Airbus Operations GmbH
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR)
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. (FhG)
INVENT Innovative Verbundwerkstoffe Realisation und Vermarktung neuer Technologien GmbH
MICOR Gesellschaft für industrielle Wärme und Trockentechnik mbH
SWMS Systemtechnik Ingenieurgesellschaft mbH
TU Braunschweig
TU Hamburg
Universität Stuttgart
Wölfel Engineering GmbH + Co. KG
LuFo VII-1: HELIOS – Projektnummer 20W2402
Teilvorhaben TU Braunschweig
Innerhalb des Verbundprojekts HELIOS entwickelt die TU Braunschweig eine Konstruktionsmethode mit dem Ziel, frühzeitig Fertigungstoleranzen abzuleiten und gleichzeitig den experimentellen Versuchsaufwand zu reduzieren. Die TU Braunschweig validiert dazu den Ansatz des virtuellen Testens für pastös verklebte Längsnähte. Dieser Ansatz basiert auf einer statischen Analyse der Festigkeit und des Versagensverhaltens unter Berücksichtigung von Fertigungsrandbedingungen. Des Weiteren entwickelt die TU Braunschweig schnelle Rechenmethoden zur numerischen Bestimmung der Restfestigkeit als Beitrag für den umfassenden Schadenstoleranznachweis. Zuletzt wird die Integration von Rissstoppelementen in die Längsnaht untersucht. Die Aufsichtsbehörden nennen diese explizit als eine von drei erforderlichen Optionen zur Zertifizierung nietfreier Klebschichten in Primärstrukturen. Darüber hinaus können Rissstoppelemente, die die Spannung in der Klebschicht reduzieren, auch die statische Verbindungsfestigkeit erhöhen. Sie stellen damit eine attraktive fertigungstechnische Alternative zu aufwändigen Schäftungen und Stufungen der Fügepartner dar. Daher ist ein weiteres Ziel der TU Braunschweig eine Modellierungsstrategie zu finden, um Rissstoppelemente in den virtuellen Tests zu berücksichtigen. Nach Projektende sollen die Methoden für die Entwicklung zukünftiger Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge zur Verfügung stehen.
Problemstellung
Um die ambitionierten Klimaziele der Luftfahrt zu erreichen, müssen zukünftige Flugzeuggenerationen deutlich leichter gebaut werden. Herkömmliche Bauweisen mit genieteten Verbindungen schöpfen das Leichtbaupotenzial von Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) nicht vollständig aus. Für die angestrebten hohen Produktionsraten fehlen durchgängige, industrialisierte Prozessketten für nietfreie Fügetechnologien. Zudem erfordern innovative und automatisierte Bauweisen neue validierte Auslegungs- und Nachweisverfahren, um die Zulassung und Sicherheit dieser fortschrittlichen Strukturen zu gewährleisten.
Projektziel
Das Gesamtvorhaben HELIOS zielt auf die Entwicklung und Validierung neuartiger Konstruktionsprinzipien und Technologien für gewichtsoptimierte und hochratenfähige CFK-Rumpfschalen ab. Kern des Projekts ist die Konzeption einer Rumpfschalen-Architektur, die auf nietfreie Fügetechnologien wie dem Kleben von Längsnähten und dem hybriden Verschweißen von Spant-Haut-Verbindungen basiert. Bis zum Ende der Projektlaufzeit sollen die technologische Machbarkeit nachgewiesen und die Prozessketten hinsichtlich ihres Leichtbaupotenzials, ihrer Hochratenfähigkeit und Kosteneffizienz bewertet werden.
Durchführung
Die Arbeiten im Verbund sind in fünf Hauptarbeitspakete gegliedert: Anforderungen & Konstruktionsprinzipien, ganzheitliche Konstruktions- & Fertigungslösungen, ganzheitliche Montage- & Integrationslösungen, Nachweismethodik & generische Technologien sowie Validierung & Bewertung. Airbus Operations GmbH ist der Verbundführer dieses Vorhabens. Alle Verbundpartner aus Industrie und Forschung entwickeln Schlüsseltechnologien, darunter innovative nietfreie Fügeverfahren, angepasste Auslegungs- und Nachweismethoden sowie automatisierte Verfahren zur Qualitätssicherung. Die Ergebnisse werden durch Strukturtests und zerstörungsfreie Prüfungen an Validatoren erprobt und bewertet.