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Leichtbau in der Luftfahrt

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Für das vollelektrische Passagierflugzeug "Alice" holte sich Eviation Experten des Fraunhofer-Instituts für Gießerei-, Verbundwerkstoff- und Verarbeitungstechnik IGCV. Gemeinsam mit drei weiteren Partnern entwickelte die Augsburger Forschungseinrichtung in nur zehn Monaten eine Leichtbaulösung.

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Der Flügel ist eines der komplexesten Teile eines Flugzeugs. Er muss den Auftrieb bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Fluglagen gewährleisten und die daraus resultierenden Querkräfte und Biegemomente aufnehmen. Die erforderlichen Geometrien stellen die Flugzeughersteller vor große Herausforderungen in Konstruktion und Produktion.

Für das batteriebetriebene Passagierflugzeug "Alice" holte die israelische Firma Eviation deshalb Experten des Fraunhofer-Instituts für Gießerei-, Verbundwerkstoff- und Verarbeitungstechnik IGCV an Bord. Gemeinsam mit drei weiteren Partnern aus Asien und Deutschland entwickelte die Augsburger Forschungseinrichtung eine funktionierende Leichtbaulösung. Von der Idee bis zum Prototyp dauerte es nur zehn Monate.

"Unser Schwerpunkt am Fraunhofer IGCV liegt in der anwendungsorientierten Forschung zu intelligenten Leichtbauverfahren und automatisierten Fertigungsprozessen, mit denen sich leistungsfähige Faserverbundstrukturen kostengünstig und energieeffizient herstellen lassen", sagt Steffen Geinitz, Projektleiter am Fraunhofer IGCV für das Projekt und Abteilungsleiter im Bereich Online-Prozessüberwachung. "Dieses Know-how machte uns zu einem optimalen Partner für die Kunden und Partner aus Israel und Singapur - nicht nur für die Realisierung des Prototyps, sondern auch im Hinblick auf die spätere Serienfertigung

Gewichtung in den Flügeln

Alice besteht zu einem hohen Prozentsatz aus Verbundwerkstoffen. Für die Flügel wird CFK-Gewebe in verschiedenen Grammaturen (Flächengewicht) verwendet. Eine der Herausforderungen bei ihrer Entwicklung ist, dass die Flugzeugkonstruktion Druckpropeller mit einer Leistung von mehr als 300 PS umfasst, die sich an den Flügelspitzen und am Heck befinden. Das bedeutet, dass zusätzliche Anforderungen an die strukturelle Konstruktion erfüllt werden mussten.

Für das Projekt bündelte das Team des Fraunhofer IGCV Kompetenzen aus verschiedenen Fachbereichen der Verbundtechnologie. Die Wissenschaftler brachten ihre langjährige Erfahrung im Umgang mit CFK-Fertigungsverfahren in die Entwicklung des Alice-Flügels ein. Das Team entwickelte den Infusionsprozess und optimierte ihn für eine effizientere Produktion - und das in weniger als sechs Monaten. Darüber hinaus fertigte das Fraunhofer IGCV zwei Querruder für das Mock-up und den Prototyp, mit denen das Verfahren getestet und validiert wurde. Insgesamt benötigten die Wissenschaftler nur zehn Monate, um die Leichtbaulösung für den Flügel zu entwickeln.

Die tragenden Komponenten des 16,12 m langen Flügels - 30 mm dicke CFK-Holme - wurden im Vacuum Assisted Process (VAP) mit manueller Einbringung hergestellt. Im Gegensatz zum A350, der im Tapelegeverfahren mit Autoklavenaushärtung hergestellt wird, eignet sich das Vakuuminfusionsverfahren besser für die Herstellung von Kleinserien oder Prototypen. Darüber hinaus erachtete das Team den Erfolg mit einem anderen Infusionsverfahren als kritisch.

Das manuelle Verfahren wurde gewählt, weil eine Automatisierung für den vorgegebenen Zeitrahmen zu zeitaufwändig gewesen wäre. Dank des VAP-Infusionsverfahrens konnten Luft- und Gaseinschlüsse zuverlässig und effizient entfernt werden, was zu Porositätswerten unter 0,3% und Faservolumengehalten mit einer Genauigkeit von bis zu 1% führte. Zudem wurde die geforderte Qualität erreicht, die sonst nur mit einem aufwendigen Autoklaven- und Tapelegeverfahren möglich gewesen wäre. Die Bauteile wurden direkt vor Ort in den Werkstätten des Fraunhofer IGCV und beim Projektpartner in Singapur gefertigt.

www.igcv.fraunhofer.de

www.eviation.co