Lastgerechte Faserverläufe auf gekrümmten Strukturen am Beispiel eines bauraumkonformen und aerodynamischen Typ-V-Wasserstoff-Drucktanks und einer Triebwerk-Ringstruktur mit Entwicklungsprozess-begleitender Validierungsstrategie

Abstract

Faserverbundwerkstoffe mit ihren herausragenden richtungsabhängigen Eigenschaften in Kombination mit der Tailored Fiber Placement (TFP) Technologie erlauben die Umsetzung von Leichtbaustrukturen mit minimaler Masse. Im Rahmen des Vorhabens wird die TFP-Technologie mit der etablierten, effizienten und robusten Filament Winding (FW) Technologie kombiniert. Damit lassen sich die derzeitigen Fertigungsrestriktionen des Wickelns (geodätische Faserablage) auflösen, wodurch isotensoide Faserverbundstrukturen mit erweiterter Gestaltungsfreiheit entstehen. Der Einsatz von variabel-axialen Faserverstärkungen wird an einem aerodynamisch konformen ellipsoiden Typ-V Wasserstoff-Drucktank und einer doppelt gekrümmten Triebwerk-Ringstruktur eines Zwischengehäuses umgesetzt. Dafür werden Anforderungen aus dem Einsatz der Komponenten an die Technologie abgeleitet. Anschließend werden Design- und Auslegungsmethoden erarbeitet, welche die Vielzahl der einstellbaren Parameter mit den strukturellen Anforderungen und den technologischen Möglichkeiten von TFP und FW berücksichtigen. Die TFP-Technologie wird zur Herstellung gekrümmter Patches weiterentwickelt und am Triebwerkring erprobt. Die Wickeltechnologie zur nichtgeodätischen Faserablage und Integration von TFP-Patches wird für die Auslegung bauraumkonformer Typ-V Wasserstoff-Drucktanks neugestaltet. Es wird eine entwicklungsprozess-begleitende Strukturvalidierung erarbeitet und der Strukturnachweis exemplarisch an beiden Komponenten durchgeführt. Der Entwicklungs- und Validierungsprozess findet kombiniert virtuell-experimentell statt. Der durch die fortschreitende Digitalisierung und die wachsende Komplexität geprägte Entwicklungsprozess und die Daten werden dabei in einer kollaborativen Entwicklungsumgebung gestaltet. Ergebnisse sind ein arbeitsfähiges, kollaborativen Forschungsdatenmanagementsystems (FDM), ein Prozessmodellierer, Workflows zur Datenqualitätskontrolle und automatisierte Datenverarbeitungsfunktionen.