Verbundwerkstoffe in der Flugzeugstruktur

Verbundwerkstoffe sind in der Flugzeugindustrie weit verbreitet und haben es den Ingenieuren ermöglicht, Hindernisse zu überwinden, die bei der individuellen Verwendung der Materialien aufgetreten sind. Die konstituierenden Materialien behalten ihre Identität in den Verbundstoffen und verschmelzen ansonsten nicht vollständig miteinander. Zusammen bilden die Materialien ein "Hybridmaterial" mit verbesserten strukturellen Eigenschaften. Übliche Verbundwerkstoffe, die in Flugzeugen verwendet werden, umfassen Glasfaser-, Kohlefaser- und faserverstärkte Matrixsysteme oder eine beliebige Kombination dieser Systeme.

Von all diesen Materialien ist Glasfaser das am häufigsten verwendete Verbundmaterial und wurde in den 1950er Jahren erstmals in Booten und Automobilen eingesetzt.

Verbundwerkstoff macht seinen Weg in die Luftfahrt

Nach Angaben der Luftfahrtbehörde (Federal Aviation Agency) gibt es das Verbundmaterial seit dem Zweiten Weltkrieg. Im Laufe der Jahre wurde diese einzigartige Materialmischung immer beliebter und ist heute in vielen verschiedenen Flugzeugtypen sowie in Segelflugzeugen zu finden.Flugzeugstrukturen bestehen im Allgemeinen aus 50 bis 70 Prozent Verbundmaterial.

Fiberglas wurde in der Luftfahrt von Boeing in den 1950er Jahren zum ersten Mal in der Luftfahrt eingesetzt. Als Boeing 2012 seinen neuen 787 Dreamliner einführte, rühmte es sich, dass das Flugzeug zu 50 Prozent aus Verbundmaterial bestand. Neue Flugzeuge, die heute von der Linie rollen, enthalten fast alle Verbundmaterialien in ihren Konstruktionen.

Obwohl Verbundwerkstoffe aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile nach wie vor sehr häufig in der Luftfahrtindustrie verwendet werden, geben einige an, dass diese Materialien auch ein Sicherheitsrisiko für die Luftfahrt darstellen. Nachfolgend gleichen wir die Waagen aus und wägen die Vor- und Nachteile dieses Materials ab.

Vorteile

Die Gewichtsreduzierung ist der einzige große Vorteil des Verbundwerkstoffverbrauchs und der Schlüsselfaktor für die Verwendung in der Flugzeugstruktur. Faserverstärkte Matrixsysteme sind stärker als herkömmliches Aluminium in den meisten Flugzeugen. Sie bieten eine glatte Oberfläche und erhöhen die Kraftstoffeffizienz, was einen großen Vorteil darstellt.

Verbundwerkstoffe korrodieren auch nicht so leicht wie andere Strukturen. Sie reißen nicht durch Metallermüdung und halten in strukturellen Biegeumgebungen gut stand. Verbundwerkstoffkonstruktionen halten auch länger als Aluminium, was weniger Wartungs- und Reparaturkosten bedeutet.

Nachteile

Da Verbundwerkstoffe nicht leicht brechen, lässt sich schwer feststellen, ob die Innenstruktur überhaupt beschädigt wurde. Dies ist natürlich der größte Nachteil bei der Verwendung des Verbundmaterials. Im Gegensatz dazu ist es aufgrund von Aluminiumbiegungen und -beulen leicht, strukturelle Schäden zu erkennen. Außerdem können Reparaturen wesentlich schwieriger sein, wenn eine Verbundfläche beschädigt wird, was letztendlich teuer wird.

Das Harz, das in Verbundwerkstoffen verwendet wird, schwächt sich bereits bei Temperaturen um 150 Grad. Daher ist es für diese Flugzeuge wichtig, zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, um Brände zu vermeiden. Mit Verbundwerkstoffen verbundene Brände können giftige Dämpfe und Mikropartikel in die Luft abgeben, was zu Gesundheitsrisiken führen kann. Temperaturen über 300 Grad können strukturelles Versagen verursachen.

Schließlich können Verbundwerkstoffe teuer sein, obwohl die hohen Anfangskosten typischerweise durch langfristige Kosteneinsparungen ausgeglichen werden.