LaSt - Einsatz der TFP-Technologie zur hybriden Fertigung von gekrümmten Luftfahrtstrukturen in Kombination mit Faserwickeln

Abstract

Faserverbundwerkstoffe mit ihren herausragenden richtungsabhängigen Eigenschaften erlauben die Realisierung von hochbeanspruchten Leichtbaustrukturen, welche insbesondere in der Luftfahrt Anwendung finden. Im Rahmen des Vorhabens wurde ein Konzept erarbeitet, um die etablierte TFP-Technologie für die Herstellung von hochkomplexen 3-dimensionalen lokalen Verstärkungsstrukturen für Anwendungen im Bereich der Luftfahrtindustrie weiterzuentwickeln. Die daraus resultierende neue TFP(hV)-Technologie wurde konzeptionell mit der ebenfalls verbreiteten Filament Winding (FW) Technologie kombiniert, um aktuell noch vorhandene Fertigungsrestriktionen des Wickelns (geodätische Faserablage) aufzulösen, wodurch Faserverbundstrukturen mit erweiterter Gestaltungsfreiheit realisiert werden können. Die Vorzüge der neuen TFP(hV)-Technologie wurden im Projektverlauf anhand der Triebwerkringstruktur eines Zwischengehäuses demonstriert. Hierfür wurde ein repräsentatives Bauteil ausgewählt und hinsichtlich der relevanten Bauteileigenschaften und Verarbeitungskriterien vorrangig in Bezug auf TFP und FW spezifiziert. Hightex stellte seine Expertise insbesondere aus TFP-technologischer Hinsicht zur Verfügung und ließ die Erkenntnisse aus der Weiterentwicklung von TFP(hV) in die Anforderungsliste mit einfließen. Darauf aufbauend wurden anschließend Design- und Auslegungsmethoden insbesondere für die Realisierung des Technologiedemonstrator der Treibwerksringstruktur entwickelt und iterativ zunächst an einer generischen Prüfstruktur erfolgreich validiert. Anschließend wurde diese Auslegungsmethode auf die seriennahe doppelt gekrümmte Triebwerksringkomponente übertragen und eine TFP-integrative Verstärkungsstruktur entwickelt und gefertigt. Abschließend wurden die Vorteile von TFP mit der Wickeltechnologie zur nichtgeodätischen Faserablage und Integration von TFP-Patches kombiniert sowie die Erarbeitung eines Konzeptes für einen bauraumkonformen Typ-V Wasserstoff-Drucktank unterstützt. Fibre composites, with their outstanding directional properties, enable the creation of highly stressed lightweight structures, which are used in particular in aviation. As part of the project, a concept was developed to further advance the established TFP technology for the production of highly complex 3-dimensional local reinforcement structures for applications in the aviation industry. The resulting new TFP(hV) technology was conceptually combined with the equally widespread filament winding (FW) technology in order to overcome the manufacturing restrictions currently still associated with winding (geodesic fibre placement), thereby enabling fibre composite structures with greater design freedom to be realised. The advantages of the new TFP(hV) technology were demonstrated during the course of the project using the engine ring structure of an intermediate housing. A representative component was selected for this purpose and specified in terms of the relevant component properties and processing criteria, primarily with regard to TFP and FW. Hightex contributed its expertise, particularly in terms of TFP technology, and incorporated the findings from the further development of TFP(hV) into the list of requirements. Based on this, design and layout methods were then developed, particularly for the realisation of the technology demonstrator for the engine ring structure, and were initially validated iteratively on a generic test structure. This design method was then transferred to the near-series double curved engine ring component, and a TFP-integrative reinforcement structure was developed and manufactured. Finally, the advantages of TFP were combined with winding technology for non geodesic fibre placement and integration of TFP patches, and the development of a concept for a type V hydrogen pressure tank conforming to the installation space was supported.