Verbessertes Design durch thermalen Systemleichtbau

Abstract

Die betriebssichere Auslegung von thermisch belasteten Leichtbaustrukturen ist eine besondere Herausforderung. Strukturen in und um Triebwerksbereiche, wiederkehrende Raumfahrtstrukturen und strukturelle Umgebungen von Batterie- und Brennstoffzellen müssen einer folgenreichen Kombination von Temperatur und mechanischer Belastung widerstehen: Zum einen wirken die Wärmedehnungen als zusätzliche Lasten, zum anderen erweicht die Matrix bei hohen Temperaturen. Beides führt fatalerweise zu einer Traglastreduktion. Zudem ist meist unsicher, wie die Thermallasten im Bauteil auftreffen und welchen Schwankungen sie unterliegen. Aufgrund dieser Komplexität verwendet die bisherige Auslegung Vereinfachungen und konservative Annahmen. Strukturversuche zeigen jedoch, dass auch oberhalb typischer Einsatztemperaturen mechanische Tragreserven existieren. Um diese Potenziale zu nutzen, haben wir eine neue Berechnungsmethodik entwickelt, die räumliche Temperaturverteilungen berücksichtigt. Funktionale Zusammenhänge erlauben nun sogar analytische Vorhersagen, welche Leichtbaupotenziale freigesetzt werden können.