Untersuchung von Teilaspekten der Auslegung von Flugzeugstruk­turen aus Komposit-Hohlprofilen

Überblick

Seit jeher ist das Streben nach geringer Strukturmasse im Flugzeugbau eine Hauptmotivation für den Einsatz neuer Werkstoffe. Aus diesem Grund finden in den letzten Jahrzehnten Faserverbundwerkstoffe mehr und mehr Anwendung in der Luftfahrt. Im Kleinflugzeugbau besteht beispielsweise die Möglichkeit, Verstrebungen von Tragwerk, Leitwerk und Fahrwerk, die derzeit noch überwiegend aus metallischen Werkstoffen gefertigt werden, künftig durch Hohlprofile aus Glas- oder Kohlefaserverbundkunststoffen zu ersetzen.

Bei der Auslegung der entsprechenden Bauteile müssen allerdings, im Verglich zu Konstruktionen aus metallischen Werkstoffen, einige Aspekte besonders beachtet werden. Die Anisotropie dieser Werkstoffe macht Berechnungsverfahren komplexer. Auf Grund der nahezu beliebig einstellbaren Laminatarchitektur eröffnen sich darüber hinaus mehr Variablen zur Einstellung der Werkstoffparameter als bei Metallen.

Daher ist es sinnvoll, für Kompositstrukturen angepasste Lösungen zu entwickeln. Dies umfasst Verschiedene Aspekte. Die Weiterentwicklung von Berechnungsmethonen ermöglicht eine bessere Vorhersage der Bauteileigenschaften. Neue konstruktive Lösungen für bestehende Probleme, wie zum Beispiel die Anbindung an andere Strukturelemente, müssen gefunden werden. Dabei sollten sowohl die Anpassung konventioneller Lösungen, wie z. B. dem Nieten, als aus die Neuentwicklung von Verfahren, wie z.B. dem Schweißen, ins Auge gefasst werden. Auch müssen die Schwachpunkte von Faserverbundwerkstoffen, wie unter anderem die Impactresistenz und die Empfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen (Temperatur, UV-Strahlung, Luftfeuchtigkeit), betrachtet und untersucht werden. Um die Resultate der in diesem Kontext durchgeführten Berechnungen und theoretischen Überlegungen validieren zu können, sind experimentelle Untersuchungen unabdingbar.

© John Fielding, CC BY 2.0

© Glory Cycles, CC BY 2.0

© Speedoflight1, CC BY-SA 4.0

Aufgabenschwerpunkte

Im Rahmen einer Studienarbeit könnten beispielsweise folgende Teilaspekte der Auslegung von Flugzeugstrukturen aus Komposit-Hohlprofilen untersucht werden:

• Literaturrecherche (Aufbereitung des Standes der Technik)
• Weiterentwicklung von Berechnungsmethoden (analytisch, numerisch)
• Entwicklung konstruktiver Lösungen (Verbindungselemente, geklebte / geschweißte Einbauteile …)
• Simulation (Impactsimulation, Bewertung der Festigkeit von Konstruktionen…)
• Experimentelle Untersuchungen (Materialcharakterisierungen, Komponententests …)