Innovatives Rumpfdesign für sichere und saubere Flugzeuge
Die Luftfahrt ist ein Schlüsselfaktor für die Zukunft Europas, aber die Industrie steht derzeit vor der Herausforderung, Flugzeuge erschwinglicher, sicherer, sauberer und leiser zu machen. Gleichzeitig muss sie die Nachfrage erfüllen, die sich in den nächsten 20 Jahren voraussichtlich verdreifachen wird. Das Projekt WASIS (Composite fuselage section wafer design approach for safety increasing in worst case situations and joints minimizing) nahm sich dieser Herausforderung an, indem es eine neue Rumpfstruktur entwarf, die viele kostensparende Funktionen integrierte. Das Hauptziel der Forscher war es, einen steifen Rumpf zu entwickeln, indem konventionelle Aluminiumkonstruktionen durch eine Gitterkonstruktion komplett aus Verbundmaterial ersetzt wurden. Die Teammitglieder arbeiteten an einer Komposit-Rumpfstruktur auf Basis des Gitter (Wafer) versteifenden Konzepts, das die geometrischen und Masseeigenschaften von Übergangszonen in Rumpfstrukturverbindungen optimiert. Speziell entwickelte Verbindungselemente (Semi-Loops und Mikrostacheln) ermöglichen Öffnungen in der Struktur. Als Ergebnis werden nur die Rumpfhautfasern abgeschnitten, während die Gitterstege durchlaufend bleiben. Diese Mikrostacheln ermöglichen nicht nur zuverlässigere Verbindungen und verhindern die Verschwendung von teurem Verbundmaterial, sondern verbessern auch die Lastübertragung von Metallen auf Verbundwerkstoffe. Das Design des innovativen Rumpfabschnitts wurde mit dem hocheffizienten Wickelverfahren kombiniert, um Herstellungskosten und Zeitaufwand zu reduzieren. Virtuelle Tests verringerten die Anzahl von erforderlichen Prototypen, was zu weiteren Materialeinsparungen führte. Spezialwerkzeug wurde entwickelt, um einen komplexen Herstellungsprozess vollständig zu automatisieren. Die Haut, die Rippen und die eingebetteten Verbindungselementen wurden in einem einzigen Prozess hergestellt und bildeten einen einteiligen Rumpf. Die Forscher bewerteten auch die Sicherheit von kohlenstofffaserverstärkten Polymeren durch Simulationen und Tests von den ersten Planungsphasen an, um zu gewährleisten, dass die Struktur unvorhergesehen Belastungen besser standhalten kann. Weiterhin wurde das vibroakustische Verhalten untersucht. WASIS bietet eine einzigartige Gelegenheit, moderne Verbundwerkstoffe mit automatisierter Fertigung zu kombinieren, was insgesamt zu stärkeren und leichteren Flugzeugrahmen führt. Dadurch werden der Kraftstoffverbrauch und die Fertigungsstreuverluste verringert. Unterdessen werden neue Designs auch Reparaturen einfacher machen. Diese Innovationen werden die europäische Industrie fördern.
Schlüsselbegriffe
Rumpf, Flugzeuge, Verbundwerkstoffe, Gitterstrukturen, Wafer-Design, Faserwickel gitterversteifte Strukturen
