MULTIFUNKTIONALE FASERVERBUNDSTRUKTUREN AM BEISPIEL EINER STRUKTURINTEGRIERTEN, ELEKTROTHERMISCHEN VORDERKANTENENTEISUNG

Abstract

Die wichtigsten Designtreiber für die militärischen Luftfahrzeuge der Zukunft sind der Preis, die Reduktion des Leergewichts und die Tarnung. Die Funktionsintegration stellt eine konstruktive Möglichkeit dar, diesen Zielen näher zu kommen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Anzahl der Einzelbauteile zu reduzieren und so Bauraum zu gewinnen. Die Entwicklung hin zum All-Electric Aircraft, die besonders im Bereich der Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) vorangetrieben wird, erweitert den Rahmen der denkbaren Funktionen für Strukturbauteile noch. So wird daran gearbeitet, den klassischen mechanischen und aerodynamischen Aufgaben eines Strukturbauteils elektronische Funktionen hinzuzufügen. Durch die Integration von Antennen können zum Beispiel glatte spaltfreie Oberflächen an Flugzeugen realisiert werden, wie sie aus Gründen der Radartarnung gefordert werden. Weitere Anwendungen sind die Dehnungsmessung durch strukturintegrierte Lichtwellenleiter oder Structural Health Monitoring (SHM) Systeme auf Basis von Piezoelementen. Ein hohes Potenzial zur Integration besteht besonders bei Strukturbauteilen, die aus Faserverbundkunststoffen gefertigt werden. Hier bietet die hohe Bandbreite an verschiedenen Fertigungsverfahren und nutzbaren Halbzeugen die Möglichkeit, die Funktion auch fertigungstechnologisch sinnvoll zu integrieren. Am Beispiel einer strukturintegrierten Vorderkantenenteisung wird gezeigt, wie diese Freiheiten genutzt werden können. So erfolgte die Fertigung der Heizelemente selbst in einem Prepregprozess, die Integration in die Vorderkantenstruktur wurde dann in einem Infusionsprozess realisiert. Als Halbzeuge kamen dabei Kohlenstofffasergelege, vorimprägniertes Kohlenstofffasergewebe, Kupfermesh und Glasfasergewebe zur elektrischen Isolation zum Einsatz. Das Ergebnis der Arbeiten ist eine multifunktionale, laminare Flügelvorderkante, die sich in Gestalt, Aussehen und Gewicht nur durch zwei mehrpolige Steckverbinder von der Ausgangsvariante unterscheidet. Der aerodynamischen und mechanischen Grundfunktion der Vorderkante konnten folgende Funktionen hinzugefügt werden: Temperaturmessung an mehreren Punkten, De-Icing, Anti-Icing, SHM durch Widerstandsmessung an den Heizelementen und SHM durch Thermographie im Heizbetrieb.