Verbessertes Design durch thermalen Systemleichtbau

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

Gehen mit dem Wind: adaptive Turbofan-Einlässe

Turbofan-Triebwerksgondeln mit formangepassten Einlässen haben das Potenzial, die Startleistung bei Seitenwind zu verbessern und den Widerstand im Reiseflug zu verringern. Gondeln sind, wie fast alle anderen Flugzeugkomponenten, ein konstruktiver Kompromiss für eine Vielzahl von Betriebs- und Randbedingungen. Wie bei anderen aerodynamischen Strukturen bestimmen ihre Formen ihre Funktionen: Dicke, abgerundete Einlässe eignen sich am besten für den Start bei starkem Seitenwind und hohen Anstellwinkeln und leiten die Strömung möglichst gleichmäßig und ablösungs- und verzerrungsfrei in das Triebwerk, was für einen sicheren Triebwerksbetrieb von entscheidender Bedeutung ist. Schlanke, scharfe Einlässe eignen sich am besten für den Reiseflug, da sie den Luftwiderstand verringern. Adaptive Inlets können das Beste aus diesen beiden Welten bieten, indem sie sich je nach Strömungsanforderungen zwischen den geometrischen Zuständen anpassen. Während das Konzept der adaptiven Inlets nicht neu ist, da sie bereits seit Jahrzehnten in Überschalltriebwerken eingesetzt werden, entwickelt das DLR zusammen mit dem Industriepartner Rolls-Royce Deutschland im LuFo-Projekt ModeGo neue Verbundwerkstoffkombinationen und Simulationsmethoden

Wenn sich das Blatt wendet - formvariable Rotorblätter für Hubschrauber

Hubschrauber zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, sowohl den Vorwärtsflug als auch den Schwebeflug zu beherrschen. Die Rotorblätter des Hauptrotors spielen dabei eine wichtige Rolle, weil deren Geometrie die benötigte Antriebsleistung und damit die Energieeffizienz des Hubschraubers beeinflusst. Für den Vorwärtsflug sind schlanke, nahezu ebene Blätter optimal, während für den Schwebeflug tordierte Blätter mit größerer Profiltiefe im Wurzelbereich vorteilhaft sind. Das neu entwickelte Konzept des adaptiven Rotors ermöglicht es, die Effizienz des Hubschraubers in beiden Flugzuständen zu maximieren, indem sich die Geometrie der Rotorblätter an die unterschiedlichen Anforderungen im laufenden Betrieb anpassen kann. Die benötigte Antriebsleistung reduziert sich dadurch im Schwebeflug um 7 %

Flugversuch am Boden - Realitätscheck für den Laminarflügel

Widerstandsarme Tragflügelumströmungen ermöglichen signifikante Treibstoffeinsparungen und eine Reduktion des CO2-Ausstoßes von bis zu 8 %. Die Laminarflügeltechnologie rückt daher immer mehr in den Fokus der Verkehrsflugzeugentwicklung. Die strukturellen Herausforderungen sind groß: Neben den Anforderungen, die auch für einen konventionellen Tragflügel gelten, müssen Laminarflügel höchsten Ansprüchen hinsichtlich der Oberflächengüte genügen. So führen bereits kleinste Stufen, Welligkeiten oder hervorstehende Nietköpfe zum Umschlag der laminaren Grenzschicht in eine turbulente. Eine eigens entwickelte Flügelvorderkante ermöglicht nun den Erhalt der laminaren Strömung und ein angepasstes Anbindungskonzept die schnelle Austauschbarkeit

Vom Labor in die Anwendung - Strukturüberwachung im Flugversuch

Mit Systemen zur Strukturüberwachung (Structural Health Monitoring – SHM) lassen sich Flugzeugstrukturen kontinuierlich im Betrieb auf Schädigungs -ereignisse und -fortschritt überprüfen. Dadurch können unerwartete Schadensereignisse bewertet und angepasste Wartungs- und Reparaturmaßnahmen abgeleitet werden, sodass die Verfügbarkeit von Luftfahrzeugen erhöht sowie die Wartungskosten reduziert werden können. Perspektivisch besteht auch die Möglichkeit, durch die Reduktion von Sicherheitsfaktoren Luftfahrtstrukturen leichter zu bauen und damit den Ausstoß von Emissionen zu reduzieren

Gibt Keimen keine Chance - Verbundoberflächen mit antimikrobiellen Eigenschaften

Der globale Flugverkehr ist ein stark expansiver Wirtschaftszweig, der sowohl der Luftfahrtindustrie als auch der Tourismusbranche hohe Umsätze ermöglicht. Die Angst vor der Verbreitung des Corona-Virus hat jedoch seit Beginn 2020 z. B. den innerdeutschen Flugverkehr zeitweise um bis zu 75% zurückgehen lassen. Konzepte zur Reduzierung der Keimlast sind zwingend erforderlich. Tatsächlich finden sich im Flugzeug auf den ausklappbaren Tischen und den Sanitäranlagen die größten Keimbelastungen. Um dieses Risiko auch für zukünftige Pandemien zu reduzieren, beschäftigen sich das DLR-Projekt Keimfreies Fliegen und das Luftfahrtforschungsprogramm-Projekt FIONA (Funktions-Integrierte Optimierte Neuartige Additive Strukturen) mit antimikrobiellen Oberflächen. Neben der aerosolbasierten Übertragung mittels kleinster Tröpfchen in der Atemluft, die erfolgreich mit Masken und Luftfiltern reduziert werden kann, liegt der Fokus bei den hier vorgestellten Projekten auf biologischen Oberflächenfilmen und deren energieeffiziente, schneller und dauerhafter Neutralisierung. Dabei soll einerseits mit Faserverbundoberflächen gearbeitet werden, in die antimikrobielle Materialien eingebettet wurden und die gleichzeitig auch thermisch aktiviert werden können. Andererseits wird die Herstellung antimikrobieller Oberflächen durch 3D-Druck untersucht. Die große Designfreiheit der additiven Fertigungstechnologie erlaubt eine schnelle Herstellung funktionsintegrierter Multimaterialbauteile, sodass für die Airlines eine wirtschaftliche Nachrüstung mit antimikrobiellen Kabinenbauteilen möglich ist

Parabelflug mit aufrollbaren Raumfahrtstrukturen

Beim Transport von Satelliten ins All ist der begrenzte Platz an Bord der Rakete die größte Hürde. Durch dieses Nadelöhr muss alles hindurch, was in den Weltraum fliegen soll. Einige Komponenten, wie Solargeneratoren oder Antennen, müssen im All jedoch große Flächen aufspannen, um ihre Funktion zu erfüllen. Daher sind faltbare und aufrollbare Strukturen ein sehr wichtiger Entwicklungszweig in der Raumfahrt. Sollen diese Strukturen besonders leicht und kompakt sein, ergeben sich zwangsläufig Konzepte, die nur in der Schwerelosigkeit des Alls funktionieren. Entfalten sich diese Strukturen auf der Erde, brechen sie unter ihrem eigenen Gewicht zusammen. Zur Überwindung des daraus resultierenden Defizits an realistischen Tests und somit zur Erbringung des Funktionsnachweises führte das DLR – teils in Kooperation mit der NASA – im Juli 2021 fünf erfolgreiche Versuche zur Entfaltung großer Strukturen an Bord eines Spezialflugzeugs unter künstlicher Schwerelosigkeit durch

Hochpräzise CNC-Roboter für die additive Fertigung von Faserverbundstrukturen

Die Steigerung von Nachhaltigkeit und Produktivität zählt zu den großen Aufgaben dieser Zeit. In der Industrie besteht daher Bedarf an präzisen und flexiblen Anlagen für die additive Fertigung. An unserem Institut kommen hierfür speziell konzipierte CNC-Roboterkinematiken zum Einsatz. In Kombination mit gezielt entwickelten Werkzeugen zur Ablage kurz- und endlosfaserverstärkter Materialien entsteht ein agiler und flexibler Prozess zur additiven Fertigung thermoplastischer Faserverbundstrukturen

Ökologisches Fliegen - Analyseansatz der Nachhaltigkeitsbetrachtung in SAUBER 4.0

Viele technische Lösungen stehen bereit und viele weitere müssen noch entwickelt werden, um Fliegen umweltfreundlich und nachhaltig zu machen. Auf diesem Weg stellen sich immer wieder die Fragen: Wie weit sind wir und welche Lösung bringt uns weiter? Diese Fragen sind durch den Aufbau von Analysefähigkeiten zu beantworten. Grundsätzliche Ansätze für die Bewertung von Nachhaltigkeitsaspekten für einzelne Branchen existieren. Für die Luftfahrt benötigen die beteiligten Disziplinen in jeder Lebenszyklusphase, auf jeder Entscheidungsebene aber weitergehende, spezifische Ansätze. Im Projekt Smart & Sustainable RTM 4.0 (SAUBER 4.0) entwickeln wir gemeinsam mit Industriepartnern ein Unterstützungssystem für die Entscheidungsfindung bezüglich Verbesserung der Nachhaltigkeit, basierend auf dem am Institut aufgebauten Eco-Efficiency Assessment Model (EEAM). Durch die Erweiterung des EEAM werden Technologien und Produktionsszenarien für den Flugzeugbau hinsichtlich ihrer Wirkung auf Umwelt und Nachhaltigkeit, also hinsichtlich ihrer Ökoeffizienz, bewertbar

Infusionsflügel - leicht, aber nicht einfach

Einen Segelflugzeugflügel im Infusionsverfahren herzustellen, klingt erst einmal gar nicht so schwierig. Wir nehmen uns ein Formwerkzeug, legen einen Lagenaufbau darauf ab, bringen ein paar Hilfsstoffe für die Vakuuminfusion auf, siegeln alles mit einer Vakuumfolie, evakuieren den Aufbau und lassen das Harz fließen. Der Rest geht dann von allein