Neue Verbindungstechnik für Flugzeugteile

Die zuverlässige Aushärtung des Harzes und der Klebeschicht ist wesentlich für die Intaktheit und solide mechanische Leistung geklebter Reparaturstellen an Verbundteilen. Bislang verwendete man herkömmliche Heizdecken zur Leitung von Wärme zur Reparaturfläche, indem an einer oder zwei Stellen Temperaturmessungen durchgeführt wurden. Obgleich diese Methode bei kleinen Reparaturen gute Resultate liefert, sind häufig große Temperaturabweichungen, d. h. heiße und kalte Stellen, zu beobachten, wenn größere Flächen erwärmt werden müssen.

Mit Hilfe der EU-Finanzmittel des Projekts "Flexible conductive composite repair heaters" (CONDUCTOR) haben Wissenschaftler eine neue Heizlösung, eine sogenannte leitfähige Außenhautheizung (Conductive Skin Heating, CSH), entwickelt, um die inhomogene Temperaturverteilung zu minimieren. Bei diesem Verfahren kommen im Vergleich zu Heizdecken geringere Ströme und Spannungen zum Einsatz. Infolgedessen sollten die CSH-Matten viel billiger ausfallen und die elektrischen Gefahren für die Bediener und alle elektronischen Peripheriegeräte deutlich reduziert werden. Da dieses Verfahren die Erwärmung sehr dünner Folien zulässt, können die CSH-Matten außerdem sehr flexibel und einfach an komplexe dreidimensionale Geometrien anzupassen sein.

Die Wissenschaftler definierten die wichtigsten Designparameter und die Reparaturprozessbeschränkungen für die Erstellung der technischen Daten und des Gesamtdesigns des neuen CSH-Systems. In der Absicht, ein geeignetes Material für CSH auszuwählen, das den Anforderungen standhält, entschieden sie sich für ein metallbeschichtetes Material und eine Streckmetallfolie.

Der Einsatz von verfügbaren Finite-Elemente-Codes unterstützte eine Simulation des Wärmeübertragungsmechanismus bei Kompositreparaturen. Man modellierte einen representativen Reparaturfall, um die Wärmeverluste durch Wärmeleitung und Konvektion zu berechnen, welche die Hauptursachen für steile Temperaturgradienten darstellen. Diese rechnerische Untersuchung erleichterte die Wahl des geeigneten CSH-Materials.

Die Wissenschaftler starteten außerdem die Vorbereitung der optimierten CSH-Prototyp-Hardware einschließlich aller Elemente. Auf diese Weise optimierte man die CSH-Parameter und die Feinabstimmung entsprechend dem Erwärmungssteuerungsalgorithmus.

CONDUCTOR befindet sich im Einklang mit den Clean-Sky-Zielen in Bezug auf umweltfreundliche Reparaturlösungen, welche die sichere, ökologisch wie auch ökonomisch sinnvolle Langzeitnutzung eines Flugzeugbauteils garantieren. Der vorgeschlagene Reparaturprozess sollte Zuverlässigkeit und Leistung verbessern und gleichermaßen die Zeit minimieren, die ein Flugzeug wegen Reparaturen am Boden verbringen muss.