Erstellung von Auslegungskriterien (Design-Rules) für Holme eines CFK-Aussenflügels

Abstract

ERSTELLUNG VON AUSLEGUNGSKRITERIEN (DESIGN-RULES) FÜR HOLME EINES CFK-AUSSENFLÜGELS Mit der Entwicklung neuer Großraumflugzeuge wie etwa dem Airbus Megaliner 2010 dringt man in bezug auf die zu erwartenden Lastniveaus und geometrischen Ausdehnungen in völlig neue Dimensionen vor. Dieses erfordert den Einsatz moderner Werkstoffe und Bauweisen, so daß für den Außenflügel CFK als Konstruktionswerkstoff vorgesehen ist. Hierbei gibt es jedoch derzeit noch große Unsicherheiten in der Auslegung derartiger Strukturen, insbesondere für stabilitätsbelastete Tragwerke sowie Bauteile mit Ausschnitten. Hier gilt es, dem Konstrukteur schnelle Auslegungskriterien zur Verfügung zu stellen, mit welchen Flügelkomponenten dimensioniert werden können. Im Rahmen einer Beauftragung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) durch die DaimlerChrysler Aerospace Airbus GmbH werden am Institut für Strukturmechanik des DLR in Braunschweig in gemeinsamen Arbeiten derartige Design-Rules für die Holme und Rippen des aus CFK gefertigten Megaliner-Außenflügels aufgestellt und in insgesamt 102 Versuchen verifiziert. Ein wesentlicher Bestandteil ist dabei die Entwicklung entsprechender Versuchseinrichtungen zur Darstellung realitätsnaher Belast-ungen und Einspannbedingungen. Für festigkeitsbeanspruchte Bauteile beinhalten die Design-Rules Ausschnitte unter-schiedlicher Geometrieen, sowohl mit als auch ohne Verstärkung. Im Falle einer Stabilitäts-belastung werden für Schub-, Druck- und kombinierte Belastungen der Laminataufbau sowie zusätzliche Stringerversteifungen unter Berücksichtigung von lokalem und globalem Beulen optimiert. Vorhandene Ausschnitte werden bei der Stabilitätsbetrachtung ebenfalls berück-sichtigt. Zur Aufstellung der Auslegungskriterien werden weitgehend analytische Berechnungen durchgeführt, wobei auch auf die Zulasungsunterlagen der Luftfahrtindustrie (Handbuch Strukturberechnung) zurückgegriffen wird. Ergänzend hierzu wird die Methode der Finiten Elemente eingesetzt. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen werden Bauteile hinsichtlich ihrer Masse optimiert. Zur Absicherung der Design-Rules werden die oben angegebenen Versuche umfangreich ausgewertet.