HELIOS

Problemstellung

Um die ambitionierten Klimaziele der Luftfahrt zu erreichen, müssen zukünftige Flugzeuggenerationen deutlich leichter gebaut werden. Herkömmliche Bauweisen mit genieteten Verbindungen schöpfen das Leichtbaupotenzial von Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) nicht vollständig aus. Für die angestrebten hohen Produktionsraten fehlen durchgängige, industrialisierte Prozessketten für nietfreie Fügetechnologien. Zudem erfordern innovative und automatisierte Bauweisen, neue validierte Auslegungs- und Nachweisverfahren, um die Zulassung und Sicherheit dieser fortschrittlichen Strukturen zu gewährleisten.

Projektziel

Das Gesamtvorhaben “HELIOS” zielt auf die Entwicklung und Validierung neuartiger Konstruktionsprinzipien und Technologien für gewichtsoptimierte und hochratenfähige CFK-Rumpfschalen ab. Kern des Projekts ist die Konzeption einer Rumpfschalen-Architektur, die auf nietfreie Fügetechnologien wie dem Kleben von Längsnähten und dem hybriden Verschweißen von Spant-Haut-Verbindungen basiert. Bis zum Ende der Projektlaufzeit sollen die technologische Machbarkeit nachgewiesen und die Prozessketten hinsichtlich ihres Leichtbaupotenzials, ihrer Hochratenfähigkeit und Kosteneffizienz bewertet werden.

Durchführung

Die Arbeiten im Verbund sind in fünf Hauptarbeitspakete gegliedert: Anforderungen & Konstruktionsprinzipien, ganzheitliche Konstruktions- & Fertigungslösungen, ganzheitliche Montage- & Integrationslösungen, Nachweismethodik & generische Technologien sowie Validierung & Bewertung. Airbus Operations GmbH ist der Verbundführer dieses Vorhabens. Alle Verbundpartner aus Industrie und Forschung entwickeln Schlüsseltechnologien, darunter innovative nietfreie Fügeverfahren, angepasste Auslegungs- und Nachweismethoden sowie automatisierte Verfahren zur Qualitätssicherung. Die Ergebnisse werden durch Strukturtests und zerstörungsfreie Prüfungen an Validatoren erprobt und bewertet.

Das Konsortium besteht aus folgender Partnerlandschaft: Airbus Operations GmbH, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR), Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. (FhG), INVENT Innovative Verbundwerkstoffe Realisation und Vermarktung neuer Technologien GmbH, MICOR Gesellschaft für industrielle Wärme und Trockentechnik mbH, SWMS Systemtechnik Ingenieurgesellschaft mbH,TU Braunschweig, TU Hamburg, Universität Stuttgart, Wölfel Engineering GmbH + Co. KG

Das DLR, Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie sowie Institut für Systemleichtbau, trägt im Verbundprojekt HELIOS in mehreren Themenbereichen zum Ziel der Gewichtsreduzierung einer CFK-Rumpfschale bei. Hinsichtlich des nietfreien Fügens von Thermoset-Thermoplast Fügepartnern entwickelt das DLR hybride Schweißprozesse und sichert diese strukturmechanisch ab. Hochratenfähige, zerstörungsfreie Prüfmethoden zur Qualitätssicherung hybrider Schweißverbindungen sind ebenfalls ein Arbeitsgebiet des DLRs in HELIOS. Des Weiteren werden Thermoformmethoden weiterentwickelt für die Herstellung kosteneffizienter, hochratenfähiger Spante. Entwicklungen zur geklebten Längsnäht werden durch Restfestigkeitsmethoden des DLRs unterstützt und analytisch abgesichert. Das DLR trägt zudem bei zur Entwicklung neuartiger Konstruktionsprinzipien und bewertet die Nachhaltigkeit der neuen Lösungen über den gesamten Lebenszyklus.