Entwicklung eines Prüfkonzeptes zur Traglastanalyse eines Flugzeugspantes aus CFK

Kurzfassung

Spante gehören im Flugzeugbau zu den wichtigsten tragenden Konstruktionselementen im Rumpf. Bisher werden Spante aus Aluminium gefertigt. Wegen ihres geringen Werk-stoffgewichtes bei gleichzeitig hoher Festigkeit werden faserverstärkte Kunststoffe im-mer mehr im Flugzeugbau eingesetzt. In dieser Arbeit wird ein Prüfkonzept entwickelt, mit dem die Traglast von Flugzeugspanten aus Carbonfaser-verstärktem Kunststoff (CFK) experimentell bestimmbar ist. Aus den allgemeinen Lasten auf Flugzeugrümpfe werden die Belastungen von Spanten erarbeitet und mit Hilfe von FE-Analysen ein re-präsentativer Lastfall zur Umsetzung ausgewählt. Auf der Grundlage eines bei der EADS vorhandenen Versuchsaufbaus wird mit FE-Analysen eines repräsentativen Spantes ein Innendruckprüfkonzept erarbeitet. Drei verschiedene Entwürfe für die konstruktive Um-setzung dieses Innendruckprüfkonzeptes werden vorgestellt und hinsichtlich ihrer Kos-ten, Genauigkeit der Lasteinleitung und Prüfaufwand verglichen und bewertet. Ein Ent-wurf wird schließlich ausgewählt und vordimensioniert. Die entwickelte Prüfeinrichtung wird mit einer FE-Analyse eines CFK-Spant-Modelles simuliert und die maximale Trag-last des Spantes abgeschätzt. Abschließend wird die Flexibilität der entworfenen Prüfan-lage aufgezeigt, indem alternative Prüfkonzepte zum Innendruckkonzept vorgestellt und mit FE-Analysen simuliert werden. Auch bei diesen alternativen Lastfällen handelt es sich um repräsentative Spantbelastungen. Vorgestellt wird ein Spantbiegekonzept und ein Konzept zur Einleitung konzentrierter Lasten in den Spant. Somit sind alle repräsen-tativen Spantlasten mit der entwickelten Prüfanlage testbar und die Traglast auf unter-schiedliche Weise bestimmbar.