Defekte bei Luftfahrzeugen während des Betriebs erkennen und reparieren

Üblicherweise entfallen über 30 % der Gesamtkosten eines Luftfahrzeugs auf dessen Inspektion und Reparatur. Und dies beinhaltet noch nicht die entgangenen Gewinne, die durch die Ausfallzeiten für den geplanten Ersatz von Teilen entstehen und sich bei einem Passagierflugzeug auf 250.000 EUR pro Tag belaufen.

Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts ALAMSA (A life-cycle autonomous modular system for aircraft material state evaluation and restoring system) entwickeln Wissenschaftler derzeit hochmoderne zerstörungsfreie Inspektionstechnologie und selbstreparierende Materialien. Die kontinuierliche In-situ-Überwachung der strukturellen Integrität wird eine frühzeitige Selbstreparatur ermöglichen und so die Ausfallzeiten am Boden minimieren. Die Innovationen unterstützen die Instandhaltung kleiner Luftfahrzeuge und stellen einen wichtigen Schritt in Richtung wartungsfreier Flugzeuge dar.

Bei der zerstörungsfreien Überwachung kommen hochmoderne nichtlineare Spektroskopieverfahren für elastische Wellen zum Einsatz, eine innovative Klasse vibro-akustischer Ultraschallverfahren. Diese sind empfindlicher und können Innenräume abbilden, die mit herkömmlichen Verfahren nicht zu beobachten sind. Darüber hinaus kann eine Vielzahl von Defekten der strukturellen Integrität nachgewiesen werden, darunter Mikrorisse, Schichtablösungen und ein Nachlassen der Klebverbindungen. Mehrere unterschiedliche Typen nichtlinearer Bildgebungsverfahren (Oberflächen- oder Unter-Oberflächen-Bildgebung, Tomografie und Zeitumkehr) wurden entwickelt, verbessert und mit einer Auswahl von Verbundwerkstoffproben und -bauteilen getestet.

Die Fähigkeit zur Selbstreparatur konzentriert sich auf thermisch aktivierte und magnetisch aktivierte Materialien. Die intrinsisch selbstreparierenden (thermisch aktivierten) Materialien wurden durch Inklusion der flüssigen Reparaturstoffe in eine mit Hohlräumen versehene duroplastische Polymermatrix erstellt. Diese versprechen, die mechanischen Eigenschaften mehr als einmal durch reversible Prozesse wiederherzustellen. Die extrinsischen selbstreparierenden Materialien bestehen aus magnetischen Nano- und/oder Mikropartikeln, die in ein thermoplastisches Polymer eingebettet sind, das durch ionische Vernetzungen stabilisiert wird (Ionomer).

Zahlreiche Modelle unterstützen die Entwicklung der innovativen Technologien. Diese werden eine nachhaltige Grundlage für zukünftige Projekte darstellen und wichtige Erkenntnisse zur nichtlinearen Interaktion von Wellen mit Defekten in Luftfahrtanwendungen und allgemein in Verbundwerkstoffen liefern. Das Projekt wurde mit starker Präsenz auf zahlreichen internationalen Konferenzen und Messen sowie durch Veröffentlichungen in expertengeprüften wissenschaftlichen Fachzeitschriften verbreitet.

Die derzeit im ALAMSA-Projekt entwickelten Technologien für Qualitätssicherung, Inspektion und Wartung werden die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Luft- und Raumfahrtindustrie steigern und gleichzeitig die Sicherheit der Passagiere erhöhen.