Abschlussbericht Protec-NSR - Hochproduktive und kostengünstige Fertigungstechnologien für die nächste Generation von Kurzstreckenflugzeugen

Abstract

Die Verringerung des Treibstoffbedarfs und damit die Reduktion von CO2 Emissionen und Treibstoffkosten ein wesentliches Entwurfsziel künftiger Flugzeuggenerationen. Dieses Ziel wird unter anderem auch durch eine Reduktion des Strukturgewichts erreicht und durch die Umsetzung von Bauweisen, die widerstandsarme Flügelkonfigurationen ermöglichen. Großes Potential hinsichtlich der Gewichtseinsparung als auch hinsichtlich neuer widerstandsarmer Bauweisen bieten faserverstärkte Kunststoffe. Konsequenter Leichtbau darf dabei jedoch dem Ziel einer hochproduktiven Fertigung nicht entgegenstehen. Gerade diese ist aber bei Kurz- und Mittelstreckenflugzeugen wie der A320 Familie von Airbus oder der Boeing 737-Max sehr wichtig. Fertigungsraten von 60 oder mehr Flugzeugen pro Monat sind keine Utopie mehr, sondern sind durch neue Endmontagelinien in Mobile, Alabama, USA und Tianjin, China mittlerweile Realität. Eine weitere Linie wird bis 2019 in Hamburg entstehen. Allerdings passiert dieser Ratenhochlauf in Zeiten, in denen im Marktsegment der Kurz- und Mittelstrecken erstmals seit Jahrzehnten wieder neue Anbieter mit innovativen Produkten in den Markt drängen. Der bislang bestehende Boeing-Airbus-Bipol hat Konkurrenz bekommen. Insofern werden neben den oben genannten Entwicklungszielen Treibstoffverbrauch, Flugleistungen und CO2-Emission vor allem die Produktkosten eine sehr große Rolle spielen. Mit den aktuellen automatisierten Fertigungsverfahren für Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen, wie sie bislang mit der Airbus A350 XWB bzw. der Boeing 787 ihren Höhepunkt erreicht haben, ist aber eine Fertigungsrate von 60 Flugzeugen zu konkurrenzfähigen Preisen nicht zu schaffen. Die Erschließung neuer Technologien für die Produktion von FVK-Großkomponenten wie Flügelschalen, Rumpfschalen oder Druckschotts der nächsten Generation ist daher erforderlich. Für die nächste Flugzeuggeneration bedarf es Fertigungsmethoden, die in der Lage sind, hohe Stückzahlen mit geringen Kosten und einer hohen Reproduzierbarkeit herzustellen. Das in dem Projekt Protec-NSR maßgeblich beteiligte Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie mit den Standorten in Augsburg und Stade adressiert diese Fragestellungen. Aufbauend auf den Aufbauprojekten GRONQA und EVo sowie Drittmittelprojekten AZUR, AZIMUT, SARISTU, MAAXIMUS und DFP-WingCover aus den Jahren 2010-2016 stellt das Projekt Protec-NSR die Entwicklung von Methoden, Simulationswerkzeugen, Technologien und Systemen für eine qualitätsgesicherte, simulationsbasierte und produktive Fertigung von Faserverbundstrukturen in den Fokus. Ebenso werden Einzelprozesse verkettet und in einem Gesamtprozess demonstriert. Eine Konkretisierung der Arbeiten auf ein spezifisches Bauteil steht hierbei weniger im Vordergrund, sondern soll für eine möglichst große Bandbreite adaptiert werden können. Zur Erprobung, Verifizierung und Validierung der in Protec-NSR erarbeiteten Werkzeuge und Erkenntnisse dienten bereits innerhalb der Projektlaufzeit zahlreiche Drittmittelprojekte vorrangig mit Airbus und PAG an seitens der Industrie definierten Use-Cases.