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Development of an optimized large scale engine CFRP annulus filler

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Robust gegenüber Hagel - und dabei wenig Emissionen

In der Luft- und Raumfahrtindustrie setzt man oft metallische Teile ein, die hochfest und leistungsfähig sind. Eine neuartige kostenwirksame Komposittriebwerkskomponente mit 40 % weniger Gewicht als die derzeit besten Motoren wird einen wichtigen Beitrag zum umweltfreundlicheren Luftverkehr leisten.

Industrielle Technologien

Die mit dem Wunsch nach weniger Treibstoffverbrauch und geringeren Emissionen zunehmend auf ein reduziertes Gewicht gerichtete Aufmerksamkeit hat zum Einsatz moderner kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe (CFK) in vielen Flugzeugstrukturen geführt. Ein großes Konsortium initiierte das EU-finanzierte Projekt "Development of an optimized large scale engine CFRP annulus filler" (ORCA), um die Anwendungen auszuweiten. Der Ringraumfüller glättet die Luftströmung, welche die innere luftumströmte Fläche zwischen den benachbarten Rotorblättern bildet. Die aktuellen Entwürfe sind aus Metall, zwecks Korrosionsbeständigkeit eloxiert und beschichtet, um Erosion zu verhindern. Das Team konnte nun die Realisierbarkeit des Einsatzes von CFK-Kompositen bei dieser kritischen Rotorsystemkomponente moderner Triebwerke vorführen. Die Wissenschaftler entwickelten einen Produktionsprozess unter Anwendung eines verbesserten Vorformkonzepts mit wichtigen Innovationen hinsichtlich der Integration von Verbindungsteilen. Detaillösungen wurden in den Patentanmeldungen berücksichtigt. Nach mehreren Entwurfsdurchläufen fertigten und erprobten die Forscher einen Ringraumfüller an dem modernen Niederdrucksystem des nachhaltigen und umweltfreundlichen Triebwerkskonzepts (SAGE) für das Projekt SAGE3. Die Ziele wurden erreicht und überschritten. So konnten neue Richtwerte für die kostengünstige Produktion von qualitativ hochwertigen CFK-Teilen aufgestellt werden. Der ORCA-Füller reduzierte das Gewicht um 40 % im Vergleich zu den besten vorhandenen Bauformen. Das Ganze ging mit identischen Stabilitätswerten in Hinsicht auf Folgen und Materialermüdung zu wettbewerbsfähigen Kosten einher. Die Ausnutzung der Möglichkeit weiterer Kostensenkungen wird ein noch leichteres und preiswertes Teil ergeben. Das Teil, das 2014 den JEC Europe Innovation Award in der Kategorie Luftfahrt erhielt, wurde auf Ausstellungen gezeigt und resultierte in der Anmeldung von drei Patenten. Eine Flugerprobung ist für das dritte Quartal 2014 geplant. Der ORCA-Ringraumfüller wird erwartungsgemäß den Triebwerkwirkungsgrad verbessern und Emissionen reduzieren, ohne zusätzliche Kosten zu verursachen. Das ist ein außerordentlicher Beitrag zur EU-Forschungsinitiative CleanSky und zu SAGE. Veröffentlichungen in weithin renommierten Journalen werden die internationale Position der Hochschulpartner stärken. Die Projekttechnologie wird der mit für die Jahre 2015-2016 geplanten Übernahme in die Serienproduktion außerdem wichtigen Einfluss auf die Wettbewerbsposition des Industriepartners ausüben.

Schlüsselbegriffe

Luft- und Raumfahrt, Metall-, metallisch, Komposit, Verbundwerkstoff, Motor, Triebwerk, kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff, Ringraumfüller, annulus filler, Rotor, Vorform, Patent, SAGE

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