HYBATS - Hybrid ice protection on advanced natural laminar slat

Abstract

Im Rahmen des Projektes HYBATS wurden innovative Technologien zur Herstellung eines thermoplastischen, generischen Lasteinleitungselements entwickelt und erprobt. Ausgangspunkt bildeten grundlegende Materialuntersuchungen, die in Form von Coupon-Tests durchgeführt wurden, um ein geeignetes Prozessfenster für die Verarbeitbarkeit der eingesetzten Werkstoffe zu definieren. Die Ergebnisse dieser Versuchsreihe wurden sowohl durch mechanische Prüfungen als auch durch visuelle Analysen evaluiert und bildeten die Basis für die nachfolgenden Arbeitsschritte. Darauf aufbauend wurde eine vereinfachte Coupon-Geometrie (in Anlehnung an) einer Lasteinleitungsrippe konstruiert und gefertigt. Anhand dieser Bauteilgeometrie konnte das Fließverhalten der eingesetzten Chopped Tapes unter den zuvor ermittelten Verarbeitungsparametern detailliert untersucht werden. Hierbei konnten zentrale Erkenntnisse bezüglich des Füllgrades, des Porengehaltes sowie des generellen Fließverhaltens innerhalb der Kavität gewonnen werden. Die daraus abgeleiteten Ergebnisse flossen unmittelbar in die Fertigung eines geometrisch komplexeren generischen Lasteinleitungselements ein, das zusätzlich durch gezielte Funktionsintegrationen erweitert wurde. Hierbei wurden unter anderem Metallbuchsen sowie Endlosfasereinleger in die Struktur integriert und deren Einfluss auf die Bauteileigenschaften untersucht. Die Versuche bestätigten die grundsätzliche Machbarkeit der weiteren Funktionalisierung auch für komplexe Geometrien. Mit dem entwickelten Verfahren konnte schließlich gezeigt werden, dass durch den Einsatz hochfester thermoplastischer Werkstoffe die Herstellung geometrisch komplexer Primärstrukturen für die Luftfahrt möglich ist. Das Verfahren erlaubt dabei eine leichtbaugerechte und zugleich wirtschaftliche Fertigung in hohen Stückzahlen und eröffnet somit neue Perspektiven für den industriellen Einsatz der Chopped Tapes. Diese können perspektivisch dazu beitragen, Recyclingstrategien für z.B. Produktionsabfälle und Verschnittreste aufzuzeigen. As part of the HYBATS project, innovative technologies for manufacturing a thermoplastic, generic load transfer element were developed and tested. The starting point were fundamental material investigations, which were carried out in the form of coupon tests in order to define a suitable process window for the processability of the used materials. The results of this series of tests were evaluated both by mechanical testing and visual analysis and formed the basis for the subsequent work steps. Based on this, a simplified coupon geometry (based on) a load-bearing rib was designed and manufactured. This component geometry was used to examine in detail the flow behavior of the chopped tapes used under the previously determined processing parameters. This provided key insights into the fill level, pore content and general flow behavior within the cavity. The results derived from this were directly incorporated into the production of a (geometrically more complex) generic load-bearing element, which was additionally enhanced by targeted functional integrations. Among other things, metal bushings and continuous fiber inserts were integrated into the structure and their influence on the component properties was investigated. The tests confirmed the basic feasibility of further functionalization, even for complex geometries. The developed process ultimately demonstrated that the use of high-strength thermoplastic materials makes it possible to manufacture geometrically complex primary structures for aviation. The process allows for lightweight and economical production in large quantities, thus opening up new perspectives for the industrial use of chopped tapes. In the future, these could contribute to identifying recycling strategies for production waste and scrap, for example.