MonStrain

Entwicklung eines neuartigen, ortsaufgelösten Dehnungsmesssystems auf Kohlenstofffaserbasis zur Echtzeit-Strukturüberwachung und Validierung von Lastannahmen

Im Rahmen des Projekts MonStrain wurde seitens des TUD-ILK die weitere Erforschung eines neuartigen Kohlenstofffasersensors zur Dehnungsmessung (CF-Dehnungssensor) sowie dessen Integration in einen Tragflächendemonstrator angestrebt. Das Messprinzip des CF-Dehnungssensors basiert auf der ortsaufgelösten Widerstandsbestimmung eines vorgeschädigten Kohlenstofffaser-(CF)-Rovings durch elektrische Zeitbereichsreflektometrie (EZBR). Aufgrund der gezielt eingebrachten Faserbrüche erreicht der Sensor eine sehr hohe Sensitivität und einen Dehnungsmessbereich von bis zu 3 % bei einer Ortsauflösung im einstelligen Millimeterbereich. Allerdings war die Sensorlänge zu Beginn des Forschungsvorhabens auf 15 cm begrenzt, weshalb im Rahmen des Projektes besonders die Skalierung zu größeren Messlängen angestrebt wurde. Zunächst wurden die Sensoreigenschaften erweitert. Hierzu wurde im Rahmen eines Unterauftrages ein Laserbehandlungsprozess für CF entwickelt, welcher die Sensitivität durch eine gezielte Vorschädigung einstellbar macht. Eine weitere Reduktion des Widerstands wurde durch eine metallische Beschichtung der CF erreicht, wodurch die Entwicklung längerer CF-Dehnungssensoren ermöglicht wurde. Zur Dehnungsberechnung aus den EZBR-Daten wurde eine Auswertestrategie auf Basis von künstlichen neuronalen Netzwerken entwickelt, um eine Echtzeitstrukturüberwachung zu ermöglichen. Der abschließend gefertigte Tragflächendemonstrator zeigt das Potenzial der Sensortechnologie auf.

Foto eines Flugzeugflügels im Außenbereich. Menschen stehen im Hintergrund und laden etwas aus einem Transportmittel aus. — Tragflächendemonstrator mit integriertem CF-Dehnungssensor bei der Auslieferung.

Zwei Fotos nebeneinander. Links: Menschen fassen mit ihren behandschuhten Händen an ein längliches, metallisches Bauteil. Rechts: Längliches Bauteil, Kabel sind in das Bauteil integriert. — Mitglieder des Akaflieg Dresden e.V. und des ILK bei der Integration des CF-Dehnungssensors in den Tragflächendemonstrator (links) und skalierter CF-Dehnungssensor mit zusätzlicher Messstelle (rechts).

Zeitraum

01.01.2021 – 30.06.2024

Projektpartner

Assoziierter Partner

Akaflieg Dresden e.V.

Förderung/Finanzierung

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK): Luftfahrtforschungsprogramm LuFo VI-1
Förderlinie "Ökoeffizientes Fliegen und disruptive Technologien"
Förderkennzeichen: 20E1904