Hybride Bauweise der Rumpfstruktur eines zukünftigen Regionalflugzeugs in CFK-Bauweise
mit duroplastischer Matrix der Außenhaut sowie thermoplastischer und duroplastischer Matrix der Versteifungselemente
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TRL-Pyramide
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Laufzeit: 2024 - 2027
Leichtbau für die Luftfahrt von morgen: Hybride CFK-Strukturen für emissionsarme Regionalflugzeuge
Das EU-Forschungsprojekt HERFUSE entwickelt innovative Rumpf- und Leitwerksstrukturen für die nächste Generation hybrid-elektrischer Regionalflugzeuge. Im Mittelpunkt steht die nahtlose Integration neuer Energiequellen und komplementärer Systeme in leichtbauoptimierte Flugzeugstrukturen – mit dem Ziel, Treibhausgasemissionen im regionalen Luftverkehr signifikant zu senken.
Das DLR forscht im Rahmen von HERFUSE an CFK-CFK-hybriden Bauweisen: Außenhäute aus carbonfaserverstärktem Kunststoff mit duroplastischer Matrix werden mit Versteifungselementen kombiniert, die sowohl thermoplastische als auch duroplastische Matrixsysteme nutzen. Für eine ratenfähige und effiziente Fertigung werden geeignete Bauteilherstellungsprozesse und werkstoffgerechte Fügetechnologien entwickelt – von der Materialcharakterisierung bis zur serientauglichen Fügetechnik.
Die Luftfahrtindustrie steht vor der Herausforderung, bis 2035 deutlich emissionsärmere Regionalflugzeuge bereitzustellen. Hybride Propulsionskonzepte – die Kombination konventioneller Triebwerke mit elektrischen Antriebssträngen – versprechen erhebliche Effizienzgewinne, stellen aber neue Anforderungen an Rumpfstruktur, Gewicht, Volumen und Wärmemanagement.
HERFUSE begegnet diesen Herausforderungen mit einem ganzheitlichen Ansatz: Das Projekt optimiert Gewicht, Volumen, Sicherheit, Flexibilität und Nachhaltigkeit der Rumpf- und Leitwerksstruktur gleichzeitig. CFK-CFK-hybride Bauweisen erlauben die gezielte Kombination der Vorteile duroplastischer und thermoplastischer Faserverbundwerkstoffe – hohe Steifigkeit und Festigkeit bei gleichzeitig effizienter Verarbeitbarkeit und werkstoffgerechter Verbindungstechnologie.
DLR-Beitrag: Von der Materialentwicklung zur Press- und Fügetechnologie
Das DLR entwickelt innerhalb von HERFUSE die technologische Grundlage für CFK-CFK-hybride Rumpfstrukturen durch die Umsetzung an einem hochskalierten Rumpfdemonstrator. Der Weg dorthin beginnt bei Grundlagenversuchen (vergleichbar Technology Readiness Level 3, kurz TRL3), weiterführenden Fertigungs- und Analyseschritte auf detail-level Ebene (vergleichbar TRL4) bis hin zu dem gezeigten Demonstrator (vergleichbar TRL5).
Die Forschungsarbeiten gliedern sich in drei Schwerpunkte:
▸ Hybride Bauweisen: Entwicklung von Rumpfstrukturen, bei denen Außenhaut (duroplastische CFK-Matrix) und Versteifungselemente (thermoplastische und duroplastische CFK-Matrix) optimal aufeinander abgestimmt sind. Diese Hybridstrategie erschließt Gewichts- und Fertigungsvorteile gegenüber konventionellen Monomateriallösungen.
▸ Fertigungsprozesse: Auslegung und Qualifizierung geeigneter Herstellungsverfahren für hybride CFK-Verbundstrukturen – von der Preformfertigung bis zur Konsolidierung – mit Blick auf spätere Skalierbarkeit in der Serienproduktion.
▸ Fügetechnologien: Entwicklung werkstoffgerechter Verbindungsverfahren für die Kombination duroplastischer und thermoplastischer CFK-Komponenten. Diese Fügetechnologien sind eine Schlüsselvoraussetzung für die Strukturintegrität und Zertifizierbarkeit der Gesamtbaugruppe.
Projektziele und erwartete Ergebnisse
HERFUSE verfolgt zwei übergeordnete technische Ziele: die Entwicklung eines innovativen Rumpf- und Leitwerksdesigns für hybrid-elektrische Regionalflugzeuge sowie die Demonstration zentraler Technologien und zugehöriger Fertigungstechnologien mit hoher technologischer Reife (vergleichbar TRL5).
Einbettung in die europäische Clean-Aviation-Strategie
HERFUSE ist eng mit dem HERA-Projekt (Hybrid Electric Regional Aircraft) verknüpft und liefert quantitative Daten und Technologiebausteine für Gesamtflugzeugstudien auf Systemebene. Das Projekt ist Teil der Clean Aviation Initiative der Europäischen Union und trägt zur Erreichung der in der Strategic Research and Innovation Agenda (SRIA) definierten Umweltziele für Regionalflugzeuge bis 2035 bei.
Durch die aktive Vernetzung mit europäischen Partnerschaften für Clean Aviation stellt HERFUSE sicher, dass seine Ergebnisse nahtlos in übergeordnete Nachhaltigkeitsinitiativen der Luftfahrtbranche einfließen.
Förderung
Das Projekt HERFUSE wird durch die Clean Aviation Joint Undertaking und ihre Mitglieder unterstützt und von der Europäischen Union unter dem Grant Agreement Nr. 101140567 gefördert. Die geäußerten Ansichten und Meinungen entsprechen ausschließlich denen der Autor(inn)en und spiegeln nicht notwendigerweise die Ansichten der Europäischen Union oder der Clean Aviation Joint Undertaking wider.
