Fügeverbindungen einer Helikopterstruktur.
Verbundwerkstoffe, Fügeverbindungen, Festigkeit
Im Rahmen des EU-Forschungsprojekts Clean Sky 2 entwickelt Airbus Helicopters in Zusammenarbeit mit internationalen Partnern einen flugfähigen Demonstrator eines besonders schnellen Helikopters (RACER). Das LBF liefert für das Project Pre-Development Review die rechnerische Bewertung der Festigkeit an den Fügestellen der vorderen Rumpfstruktur.
Europäische Zusammenarbeit
Mit dem RACER (Rapid And Cost-Effective Rotorcraft) entsteht im Rahmen des als Public Private Partnership (Joint Undertaking) organisierten Projekts Clean Sky 2 der Demonstrator eines Hochgeschwindigkeitshelikopters. Unter der Leitung von Airbus Helicopters sind dabei Partner aus ganz Europa an der Entwicklung beteiligt. Das Project Pre-Development Review (PDVR) überprüft die Umsetzbarkeit des Konstruktionsentwurfs und stellt einen wichtigen Meilenstein des Entwicklungsprozesses dar.
Beitrag zum Project Pre-Development Review
Die hohe Fluggeschwindigkeit des RACER bewirkt eine erhöhte aerodynamische Belastung der Rumpfstruktur. Zusätzliche Sonderlasten können sich z. B. durch die Kollision mit Vögeln ergeben. Als Beitrag zum durch Airbus Helicopters durchzuführenden Project Pre-Development Review bewertet das LBF die grundsätzliche Umsetzbarkeit der entworfenen Fügeverbindungen im Bereich der vorderen Rumpfstruktur im Hinblick auf diese Belastungen. Nach der Simulation des Vogelschlag-Szenarios durch die Kollegen des Fraunhofer EMI in Freiburg, wird am LBF die nachfolgende Bewertung der Fügestellen durchgeführt. Dabei werden sowohl die Reaktionslasten aus der Kollision wie auch die aerodynamische Druckverteilung auf der Oberfläche berücksichtigt.
Um die Beanspruchung der Fügestellen auswerten zu können, ist zunächst eine gezielte Modifikation des bestehenden Berechnungsmodells notwendig. An den als Nietverbindungen ausgeführten Schnittstellen der einzelnen Substrukturen werden zunächst im Rahmen einer Finite-Elemente-Analyse die verschiedenen Schnittlasten ermittelt. Über räumliche Transformationen werden anschließend die Scher- und Zuglasten auf die einzelnen Nieten berechnet und mit den für die verwendeten Werkstoffe und Fügeverfahren zulässigen Werten verglichen.
Die Beanspruchung aller auf diese Weise untersuchten Verbindungen der vorderen Rumpfstruktur liegt unterhalb der zulässigen Werte. Es werden keine kritischen Beanspruchungen als Folge der gegebenen Lasten identifiziert. Eine exemplarisch durchgeführte detaillierte Analyse einer Nietverbindung aus dem rechten Rumpfbereich stellt zudem den Einfluss von Biegung dar und demonstriert die konstruktive Sicherheit gegen ein Ausreißen der Nieten.
Zusammenfassung
Im Rahmen des EU-Forschungsprojekts Clean Sky 2 arbeitet Airbus Helicopters gemeinsam mit internationalen Partnern an der Entwicklung und Erforschung eines flugfähigen Demonstrators für einen neuartigen schnellen Helikopter. Das Fraunhofer LBF trägt durch die Belastungsanalyse für Fügeverbindungen der vorderen Rumpfstruktur zum Project Pre-Development Review bei. An keiner der untersuchten Verbindungen wird eine kritische Belastung festgestellt.
Finite-Elemente-Analyse der vorderen Rumpfstruktur.
This project has received funding from the Clean Sky 2 Joint Undertaking under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No AIR-GAM-2016-2017-05.
»Airbus Helicopters forscht im Rahmen des Clean Sky 2 Projektes gemeinsam mit Partnern innerhalb der Europäischen Union an Möglichkeiten, Hubschrauber umweltfreundlicher und schneller zu machen. Der Aspekt der Geschwindigkeit, die bis zu 50% höher sein soll als bei herkömmlichen Hubschraubern, fordert auch die Struktur und die Auslegung neu heraus. Mit der hervorragenden Zusammenarbeit und den zeitgerechten Ergebnissen der Fraunhofer-Gesellschaft konnten wir das Konzept unseres Hubschraubers überprüfen und absichern. Wir bedanken uns für die präzise, schnelle und zielführende Unterstützung und freuen uns auf zukünftige gemeinsame Forschung.« Herr Michael Wegmann, Airbus Helicopters Deutschland.
Ihr Ansprechpartner zu diesem Projekt
- Dipl.-Ing. Dominik Laveuve
- Tel.: +49 6151 705-491
- dominik.laveuve@lbf.fraunhofer.de
