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Kostengünstigerer Bauteilentwurf für Flugzeuge

Die europäische Luftfahrtindustrie hat sich ehrgeizige Ziele für die Reduzierung der Entwicklungs- und Betriebskosten gesetzt: kurzfristig sollen die Kosten um 20%, langfristig sogar um 50% gesenkt werden. Die EU-Forscher bauten auf den Ergebnissen eines früheren EU-Projekts auf, das Designprozeduren für Flugzeug-Verbundwerkstoffe verbesserte, indem die Ergebnisse auf den Nachweis von Beschädigungen ausgeweitet wurden.
Kostengünstigerer Bauteilentwurf für Flugzeuge
Verbundwerkstoffe aus dünnwandigem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) sind für ihre Fähigkeit bekannt, Energie absorbieren zu können und knickfest zu sein. Aufgrund der günstigen Kombination dieser Eigenschaften mit einem geringen Gewicht stehen diese Werkstoffe in der Luftfahrtindustrie hoch um Kurs, denn Reduzierungen im Gewicht führen zu bedeutenden Einsparungen im Kraftstoffverbrauch.

Und so ist es zwar klar, dass diese Materialien wiederholtes Knicken ohne Veränderungen in ihrem Verhalten tolerieren - in welchem Maße sie allerdings Beanspruchungen ausgesetzt werden können, ohne schwere Beschädigungen davonzutragen, wurde bisher nicht ausreichend untersucht. Derzeit in Gebrauch befindliche Simulationswerkzeuge sehen kein Versagen von Luftfahrzeugbauteilen vor, was in übermäßig konservativen Designspezifikationen resultiert.

Dem Cocomat-Projekt ("Improved material exploitation at safe design of composite airframe structures by accurate simulation of collapse") kam die Aufgabe zu, eine gründliche Versagensanalyse von Verbund-Flugzeugplatten aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen durchzuführen und genaue Simulationen zum Versagen von Bauteilen zu entwickeln.

Die Forscher verglichen das Wissen der Partner in Hinsicht auf Versagensanalysen unbeschädigter und beschädigter Platten, um Mängel in der vorhandenen Simulationssoftware zu identifizieren. Sie entwickelten vor diesem Hintergrund Modelle und bauten Testplatten. Sie erarbeiteten bessere, auf die Zertifizierung ausgerichtete Versagenssimulationsmethoden, die sich auf moderne Finite-Elemente-Modelle konzentrierten, sowie schnelle Designtools zur Reduzierung der für Entwurf und Analyse benötigten Zeiten. Die Wissenschaftler dehnten dann die experimentelle Datenbasis mittels Tests unbeschädigter und beschädigter Platten aus. Schließlich entwickelte das Team durch Industriepartner validierte Entwurfsrichtlinien.

Insgesamt konnte das Cocomat-Projekt die vorhandene Datenbank zu Eigenschaften von Werkstoffen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff deutlich erweitern. Auch Informationen zum Versagen unbeschädigter und beschädigter Bauteile unter statischen Lastbedingungen und Kurzzeitbelastungen sind nun enthalten. Die Forscher lieferten wichtige Simulationstools für die schnelle Entwicklung und langsamere Zertifizierungsverfahren sowie Leitlinien für Entwurfsüberlegungen.

Somit konnte das Cocomat-Projekt für bedeutende Fortschritte beim Entwurf von Rumpfbauteilen aus auf kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen basierenden Verbundwerkstoffen sorgen. Die Ergebnisse sollten bedeutende Senkungen der Entwicklungs- und Betriebskosten für die europäische Luftfahrtindustrie nach sich ziehen, und in Form einer gesteigerten Wettbewerbsfähigkeit, eines reduzierten Kraftstoffverbrauchs und einer gesünderen Erde spürbar werden.

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Fachgebiete

Aerospace Technology
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