Entsprechend den technologischen Erfordernissen ist es das Ziel dieser Arbeit, einen Beitrag hin zu einem erweiterten Spektrum an Kernstrukturen, die eine Anwendung in der Luftfahrt finden können, zu leisten. Dabei sollen vor allem auch die multifunktionalen Eigenschaften genutzt werden. Dazu werden zu Beginn die umfangreichen Anforderungen an Kernverbunde im Luftfahrteinsatz ausführlich analysiert. Aufgabe der umfangreichen theoretischen Betrachtung zur Kernverbundbauweise im allgemeinen und zu den speziellen Anforderungen in der Luftfahrt ist es, ein grundlegendes Verständnis für diese Technologie in luftfahrtspezifischen Anwendungen zu erarbeiten. Darauf basierend wird eine fundierte Beurteilung des Stands der Technik auf seine Anwendbarkeit im Flugzeug ermöglicht. Neben den grundlegenden Anforderungen wird dabei auch gleichzeitig ein Vergleich zur Wabenreferenz durchgeführt. Schaumstoffe bilden dabei die Gruppe der Kernstrukturen, die für einen sehr breiten Einsatz interessant sind. Ver- und bearbeitungstechnisch sind die anwendbaren Verfahren sehr einfach, wodurch der geometrischen Vielfalt kaum Grenzen gesetzt sind. Zudem lassen sich alle bestehenden Herstellungsprozesse ohne Schwierigkeiten anwenden. Daneben sind kaum Probleme mit durch Feuchtigkeit induzierten Schäden oder Telegraphing zu erwarten, wie sie bei Wabenstrukturen auftreten können. Nachteile der Schaumstoffe sind ihre geringe Schadenstoleranz und die im Vergleich zur Wabe moderaten spezifischen mechanischen Eigenschaften. Dies sind u.a. auch die Gründe, warum Bauteile in Großraumflugzeugen bis jetzt nicht mit strukturellen Schaumkernstrukturen realisiert wurden. Durch einen analytischen Vergleich der mechanischen Eigenschaften zwischen der Wabengeometrie und der Schaumstruktur wird gezeigt, dass das mechanische Prinzip der Schubwände in der Wabe dem der Biegebalken im Schaumstoff eindeutig überlegen ist, wodurch sich der Unterschied in den spezifischen Eigenschaften einfach erklären lässt. Als Fazit der durchgeführten Untersuchungen kann festgehalten werden, dass verstärkte Schaumstoffe den Anforderungen hinsichtlich geometrischer Flexibilität und Verarbeitbarkeit in optimaler Form genügen. Die Verstärkungen haben, obwohl die Versuche eindeutig den weiteren Optimierungsbedarf gezeigt haben, das mechanische Niveau des Kerns stark angehoben und zusätzliche Eigenschaften im Bereich der Schadenstoleranz generiert. Durch eine anwendungsorientierte Weiterentwicklung ist zukünftig ein erweitertes Kernstrukturspektrum zu erwarten. Entsprechend hohe Chancen ergeben sich für die Erfüllung des anfänglich formulierten Ziels, einen Beitrag zur ökologischen und ökonomischen Optimierung der zukünftigen Flugzeuggenerationen durch Kernverbundleichtbau, zu leisten.
Due to the technological necessity, it is the task of the thesis to make a contribution to the increase of the spectrum of core materials for aircraft application. Especially multifunctional core properties should be considered there as well. Therefore it is the first task to do a delailed analysis of the requirements on sandwich materials in aircraft application. Major aim of this fundamental theoretical study on sandwich constructions in general as well as on aerospace requirements is to generate basic understanding of this technology in aerospace application. Based on this study it will be possible to review the state of the art about its potential for aerospace applicalion. Apart from the base requirements there will also be a comparison with honeycomb structures as a reference. Considering simple processing and flexibility in shapes, as well as the number of applicable part production processes, one of the most interesting groups among the existing core concepts are foam cores. Additionally the have a given thermal and acoustic insulation. The small closed cells promise a reduced problem with water intrusion into the part. The flat surface will not provoke any telegraphing in the facesheets like it might appear in honeycombs sandwiches. Great disadvantages of foam cores are their damage tolerance and their moderate specific mechanical properties. Thats also one of the reasons why parts in large civil aircrafts have not jet been produced with a structural foam core. An analytical mechanical comparison between honeycombs and foams gives the explanation: the mechanical principle of shear is better than the mechanic of beams. To make nevertheless use of the advantages of foam cores, different reinforcing methods have been developed. The analysis of local reinforcements shows the mechanical potential in comparison with honeycombs. Additionally literature studies show great improvements in damage tolerance. These cores offer also the possibilily to tailor the core mechanics which might be another advantage. Disadvantages of existing reinforcing methods are the high price due to the way of production or moderate specific mechanics due to a low fibre volume contents. Based on these facts an allernative reinforcing method is going to be developed under consideration of material properties and production method. As a conclusion of the done work it can be said, that foams and reinforced foam cores fulfil the requirement of geometrical flexibility without huge restrictions. The reinforcements have increased the core mechanics up to an interesting level. Further improvements of the material will lead to even better properties. Additional properties like a great damage tolerance have been generated. With an application oriented improvement of the core, an enlarged spectrum of core materials for aircraft application can be expected. Due to this there is a great chance to fulfil the aim from the very beginning, to improve the economical and ecological performance of future aircrafts by sandwich constructions.
Beitrag zur Gestaltung, Auslegung und Optimierung von Kernverbunden für die Luftfahrtanwendung
2009
219 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
Beitrag zur Gestaltung, Auslegung und Optimierung von Kernverbunden für die Luftfahrtanwendung
GWLB - Gottfried Wilhelm Leibniz Bibliothek | 2009
|Beitrag zur Gestaltung und Auslegung von 3D-verstärkten Faserverbundschlaufen
TIBKAT | 2007
|