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Pressemitteilung BoxID: 580004 (CSEM)
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Zerstörungsfreie Prüfung von Mikrodefekten in primären Strukturen aus Verbundwerkstoffen ermöglicht umweltfreundlichere und zuverlässigere Flugzeuge

Luftfahrt-Technologie: das CSEM koordiniert das europäische Projekt EVITA

(PresseBox) (Neuchâtel, ) Verbundwerkstoffe werden seit den 1970er Jahren in kleinen Mengen in der zivilen Luftfahrt eingesetzt. In der Herstellung sicherheitsrelevanter tragender primärer Strukturen* kommen Verbundwerkstoffe jedoch erst in der jüngsten Generation moderner Flugzeuge wie dem Airbus A380 in grösseren Mengen zum Einsatz. Vorangetrieben wird diese Entwicklung durch Verbesserungen des Verhältnisses „Belastbarkeit zu Gewicht“, welche durch Verbundwerkstoffe gegenüber Metallen realisierbar sind (es sind bis zu 20% möglich). Der Ein-satz solcher Materialien hilft somit konsequent, den Treibstoffverbrauch pro Passagier um bis zu 17% im Vergleich zu Flugzeugen des gleichen Typs zu senken. Der sichere und zuverlässige Ein-satz solcher Leichtbauverbundwerkstoffe ist auf die Unterstützung durch Forschung an neuen zerstörungsfreien Prüfverfahren angewiesen, welche die Charakterisierung und Prüfung von defekt induzierten Ausfallmechanismen ermöglichen. Europa hat kürzlich das dreijährige Forschungsprojekt EVITA mit einem Budget von 1.55 Millionen Euro gestartet, welches zum Ziel hat, fortgeschrittene Phasenkontrast Röntgen-Detektionsverfahren für die Prüfung von grossflächigen dicken Verbundwerkstoffstrukturen zu entwickeln. Das Projektkonsortium wird vom CSEM koordiniert und vereint Industriepartner wie Dassault Aviation, GMI Aero (KMU aus Frankreich) sowie akademische Partner wie die Universität Manchester und die Technische Universität Athen.

Abgesehen von der bemerkenswerten Ausnahme der Formel 1 Rennwagenkonstruktion, welche schon zu Beginn der 1980er Jahre Verbundwerkstoffkonzepte einsetzte, war der Einsatz von Verbundwerkstoffen lange Zeit auf nicht strukturkritische sekundäre Komponenten beschränkt. Zivile Luftfahrtunternehmen zeigten sich bis anhin sehr zurückhaltend in der Einführung von Verbundwerkstoffen in primären tragenden Strukturen. In den frühen 2000er Jahren, mit zunehmender Erfahrung im Einsatz von Verbundwerkstoffen und aufgrund der Vorgaben des Umweltschutzes (vorangetrieben durch ACARE** mit Emissionsreduktionsvorgaben von 50% Reduktion CO2 und 80% NOx bis 2020) stieg die strategische Bedeutung der konsequenten Nutzung des Potentials von Verbundwerkstoffen für alle Flugzeughersteller. Moderne Materialien entwickeln sich typischerweise viel schneller als die dazu passenden analytischen Charakterisierverfahren. Aus diesem Grund stützt sich die Flugzeugindustrie nach wie vor auf Spezifikationen aus dem Metallbau, sogar wenn Leichtbaumaterialien mit ganz anderen mechanischen Eigenschaften eingesetzt werden. Zuverlässige und effiziente Inspektionsverfahren werden auch vermehrt von Fluggesellschaften und deren Serviceorganisationen gefordert, welche Interesse am Einsatz von Verbundwerkstoffen in Reparaturen von beschädigten Primärstrukturen zeigen, um die Flugtauglichkeit ihrer Flotten länger aufrecht zu halten. Das EU Projekt EVITA adressiert den Mangel an zerstörungs-freien Prüfverfahren für nicht-metallische Verbundwerkstoffe bis zu Mikrometer Defektgrössen während der gesamten Lebensdauer (vom Design über die Herstellung bis zur Reparatur).

Flugzeugkonstruktion für geringsten Treibstoffverbrauch ohne Einschränkung der Sicherheit

“Wir erwarten, dass die Entwicklung dieser neuen zerstörungsfreien Prüftechnik erlaubt, in Zukunft deut-lich leichtere Flugzeuge zu bauen. Dies deshalb, weil sie eine deutliche Senkung der Toleranz-Defektschwelle für primäre Verbundwerkstoffstrukturen ermöglicht und demnach kleinere Sicherheitsfaktoren*** in der Designphase anwendbar werden. Die daraus folgende markante Verminderung des Treibstoffverbrauchs wird sowohl die Betriebskosten der Flugzeugflotte senken als auch Treibhausgasemissionen in die Atmosphäre reduzieren“, stellt CSEM-Projektkoordinatorin, Dr. Ana Maria Madrigal, fest. Der Mangel an effizienten zerstörungsfreien Testmethoden für die Analyse und die Beherrschung von Ausfallmechanismen zwingt die Industrie, primäre Strukturkomponenten mit überhöhten Sicherheitsfaktoren zu entwickeln, womit das Potential zur Gewichteinsparung durch Verbundwerkstoffe nur ungenügend ausgeschöpft wird. EVITA wird Lösungen erarbeiten für die Erkennung von mikroskopischen Rissen, Schichtablösung, Poreneinschlüsse bis zu 1% und wellenförmige Faserdeformationen innerhalb der Verbundwerkstoffstrukturen. Solche messtechnische Fähigkeiten erlauben die Reduktion der Sicherheitsfaktoren während der Designphase ohne einschränkende Kompromisse für die Sicherheit. Zusätzlich wird präzisere und zuverlässigere Schadens-Detektion aus dem Flugbetrieb ermöglicht, so dass effiziente Reparaturprozesse auch für kritische primäre Strukturkomponenten angewendet wer-den können. Dies wird die gesamte Sicherheit auch für alternde Flugzeugflotten, welche länger im Betrieb bleiben, langfristig aufrechterhalten. Das Projektkonsortium vereint industrielle, institutionelle und akademische Kompetenzen und leistet einen entscheidenden internationalen Beitrag in der Erforschung marktrelevanter Umsetzung. Die industriellen Projektpartner sind in der Luftfahrtindustrie gut positioniert und die akademischen Partner in relevanten Forschungsfeldern tätig, welche den Fortschritt in modernen Verbundwerkstoffmaterialien und Verarbeitungsprozessen vorantreiben.

* Primäre Strukturen: Komponenten oder Unterbaugruppen, welche notwendig sind um das komplette Fluggewicht inklusive der Nutzlast statisch tragen zu können. Im Falle eines Schadens können diese Strukturen das gesamte Flugzeug in Gefahr bringen.

** ACARE: Advisory Council for Aviation Research and Innovation in Europe

*** Sicherheitsfaktoren: Das Verhältnis zwischen Bruchspannung und der geschätzten maximalen Spannung unter normalen Flugbedingungen

Über EVITA

Unter dem Begriff EVITA (Non-Destructive EValuation, Inspection and Testing of Primary Aeronautical Composite Structures Using Phase Contrast X-Ray Imaging) wurde das Konsortium unter Führung von Experten des CSEM zusammengestellt. Das Projekt wird finanziert durch das 7. Forschungsrahmenprogramm der Europäischen Kom-mission, im Rahmen der Thematik Transport und verfügt über ein Budget von 1.55 Millionen Euro (EU Beitrag: 1.2 Millionen Euro). Das Projekt EVITA wird von Dr. Ana Maria Madrigal vom CSEM (Schweiz) koordiniert. Das EVITA Konsortium be-steht aus 5 Partnern aus Europa: CSEM (Schweiz), DASSAULT AVIATION (Frankreich), GMI AERO (Frankreich), UNIVERSITY MANCHESTER COMPOSITE RESEARCH CENTER (England), NTUA NATIONALTECHNICAL UNI-VERSITY ATHENS. (Griechenland). Weitere Informationen zu EVITA auf der Projektwebseite www.evita-project.eu/

CSEM

CSEM - ein Innovationszentrum

Das CSEM (Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA) ist eine 1984 gegründete, private Research and Technology Organization (RTO), die sich auf Mikro- und Nanotechnologie, Mikroelektronik, Systems Engineering und Kommunikationstechnologien spezialisiert hat. Dutzende von täglich verwendeten Produkten aus den Branchen Automation, Uhren, Medizinaltechnik, Pharma, Cleantech, Sicherheit und Transport wurden vom CSEM entwickelt und anschliessend in die Industrie transferiert. An die 400 hoch qualifizierte Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus diversen wissenschaftlichen und technischen Bereichen arbeiten für das CSEM in Neuchâtel, Zürich, Alpnach, Landquart und Muttenz. Weitere Informationen auf www.csem.ch

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