In den nächsten 20 Jahren werden aufgrund von rein aerodynamischen Maßnahmen Kraftstoffeinsparungen bei Flugzeugen von über 30 % erwartet. In diesem Zusammenhang wird im vorliegenden Beitrag aus rechnerischer und konstruktiver Sicht auf Entwicklung, Auslegung und Materialfragen des Leitkonzepts 'Adaptiver Flügel' (ADIF) eingegangen, bei dem Teile des Flügels künftiger Airbusgenerationen als adaptive Strukturen ausgelegt werden. Hierbei kommen Drähte aus Formgedächtnis- oder Memorylegierungen wie NiTi zum Einsatz, die mechanische Spannungen von 300 MPa bei reversiblen Dehnungen von 3 % bis zu Lastspielen von 107 übertragen können. Bei nur wenigen Lastspielen Spannungen bis 1000 MPa und Rückstelldehnungen von 8 %. Der Memory-Effekt wird durch thermische Aktivierung ausgelöst, wenn die Drähte elektrisch aufgeheizt werden. Das Dehnungs-Temperatur-Verhalten (Auftreten von Hysteresen), die Rückstellverformung und der Aufbau eines adaptiven Flügels werden anhand von Schaubildern näher erläutert. Beim Aufheizen zieht sich ein belasteter NiTi-Draht zusammen, beim Abkühlen dehnt er sich wieder aus. Anhand einer Zeichnung werden die Grundlagen hierfür, die in Änderungen der Mikrostruktur liegen, erklärt (Orientierungsänderung von martensitischen Zwillingen). Basierend auf den Vorgängen in der Mikrostruktur wird ein Modell für einen adaptiven Flügel hergeleitet. Modellbeschreibung: der Flügel besteht aus drei biegsamen Teilstücken, in denen jeweils mittig eine verformbare elastische Platte verläuft. Die Drähte sind entweder unter- oder oberhalb der Platte parallel in Flugrichtung angebracht. Hiermit können die Teilstücke unabhängig voneinander konkav oder konvex verformt werden (je nach Lage der Drähte). Die elastische Platte übt dann bei Abkühlung der Drähte eine Rückstellkraft auf das Flügelteilstück aus, wodurch dieses wieder seine ursprüngliche Form annimmt. Die Drähte haben eine Länge von 100 mm und Durchmesser von 0,29 mm. Die Biegung wird über Dehnungsmeßstreifen erfaßt und über eine Wheatstonesche Meßbrücke an eine I/O-Karte zu Regelungszwecken übertragen. Eingegangen wird noch auf die technische Realisierung und Auswahl der Formgedächtnislegierung.
Adaptiver Tragflügel mit Formgedächtnisaktuatoren
Adaptive airfoil with shape memory alloys
Konstruktion ; 53 , 5 ; 72-77
2001
6 Seiten, 14 Bilder, 1 Tabelle, 6 Quellen
Aufsatz (Zeitschrift)
Deutsch
Flugzeugbau , Tragfläche (Aerodynamik) , Kraftstoffeinsparung , adaptives System , Innovation , Formgedächtniseffekt , Nickeltitanlegierung , Rückstellkraft , mechanische Spannung , reversibler Vorgang , Dehnungsmessung , Mikrostruktur , thermische Aktivierung , Aufheizen , elastische Verformung , Martensit , Simulationsmodell