Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik
Funktionsintegration im Leichtbau Aktuelle Forschungsprojekte im DLR
Prof. Dr.-Ing. Martin WiedemannInstitut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
DGLR-Vortrag, Berlin, 31. Januar 2011
2Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDirektor: Prof. Dr.-Ing. M. Wiedemann
Stellv. Direktor: Prof. Dr.-Ing. J. M. Sinapius
Wir sind die Experten für Entwurf und Realisierung innovativer Leichtbausysteme.Unsere Forschung dient der Verbesserung von Sicherheit Kosteneffizienz Funktionalität Umweltverträglichkeit
Wir schlagen die Brücke zwischen Grundlagenforschung und industrieller Anwendung
Hochleistungsleichtbauanpassungsfähig – effizient – tolerant
in
Energie Verkehr Luftfahrt Raumfahrt
3Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Vom Werkstoff zum
intelligenten Materialsystem
MultifunktionswerkstoffeDr. P. Wierach
Mehr Funktion in den Werkstoff
StrukturmechanikDr. A. Kling
Mit uns können Sie rechnen!
Vom Phänomen über die
Modellbildung zur
Simulation
FunktionsleichtbauDr. C. Hühne
Unser Design für Ihre Struktur!
Von Anforderungen über Konzepte
zu multi-funktionalen Strukturen
Forschen im Industrie-Maßstab
FaserverbundtechnologieDr. M. Kleineberg
Maßgeschneiderte Fertigungskonzepte
AdaptronikDr. H.P. Monner
Die Adaptronik-Pioniere
VerbundprozesstechnologieDr. M. Meyer
Von der Idee bis zum Prototypen und darüber
hinaus
Von der Struktur zum
adaptiven System
Für den nachhaltigen
Gesamtprozess
4Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
MultifunktionswerkstoffeDr. P. Wierach
Mehr Funktion in den Werkstoff
• Faserverbundwerkstoffe• Nanocomposites• Smart Materials• Integrierte Bauteilüberwachung• Werkstoffcharakterisierung
Vom Werkstoff zum intelligenten
Materialsystem
StrukturmechanikDr. A. Kling
Mit uns können Sie rechnen!
• Methoden des Gesamtentwurfs• Stabilität• Schadenstoleranz • Strukturdynamik• Thermalanalyse• Multiskalenanalyse• Prozesssimulation
Vom Phänomen über die Modellbildung zur Simulation
FunktionsleichtbauDr. C. Hühne
Unser Design für Ihre Struktur!
• Entwurf, Konstruktion, Berechnung
• Bauweisen und Bewertung• Multifunktionale Strukturen• Formvariable
Strukturen• Hybride Strukturen
Von Anforderungen über Konzepte zu multi-funktionalen
Strukturen
5Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
FaserverbundtechnologieDr. M. Kleineberg
Maßgeschneiderte Fertigungskonzepte
• Neue Fertigungs-Verfahren
• Hybride Fertigung• Reparatur / Fügen• Prozessautomatisierung
AdaptronikDr. H.P. Monner
Die Adaptronik-Pioniere
• Simulation des adaptiven Gesamtsystems
• Aktive Vibrationsunterdrückung• Aktive Lärmreduktion• Aktive Gestaltkontrolle
Von der Idee bis zum Prototypen und
darüber hinaus
Von der Struktur zum adaptiven
System
Forschen im Industriemaßstab
VerbundprozesstechnologieDr. M. Meyer
• Automatisiertes FP und TL• Online QS im Autoklaven• automatisierte Bauteilherstel-
lung in großen Stückzahlen • Simulationsmethoden für
maximale Zuverlässigkeit und Bewertung der Prozesse
Für den nachhaltigen
Gesamtprozess
6Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
ProduktorientierteForschung
Forschungsgebiete
GrundlagenorientierteForschung
Leichtbau
Sicherheit
Funktionalität
Kosten
Komfort
Umwelt-verträglichkeit
Zukunftsforschung Anwendungsforschung
Luftfahrt Weltraum Verkehr EnergieMulti-funktions-werkstoffe
Struktur-mechanik
Funktions-leichtbau
Faserverbund-technologie Adaptronik
Verbund-prozess-
technologie
7Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Leichtbau
Sicherheit
Funktionalität
Kosten
Komfort
Umwelt-verträglichkeit
Zukunftsforschung, unsere Visionen
Von Nano über Mikro zu Makro
Robuste Gesamtstrukur
Lernende CFK-Prozessierung
Autark agierende Faserverbundstrukturen
Nachhaltige Produktionsprozesse
Strukturkonforme Funktionsverdichtung
8Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Leichtbau
Sicherheit
Funktionalität
Kosten
Komfort
Umwelt-verträglichkeit
Zukunftsforschung, unsere Visionen
Von Nano über Mikro zu Makro
• CNT-Aktuatorik• Wirkung mikroskaliger Defekte
aus der CFK-Prozessierung• Funktionsintegration durch
Nanopartikel• Very High Life Cycle Fatigue
Robuste Gesamtstrukur
• InterdisziplinäreEntwurfsmethoden
• Robuste, selbstüberwachendeCFK-Reparatur
• Strukturanalyse zukünftigerBauweisen
Lernende CFK-Prozessierung
• Virtuelle Prozess- und Prozesskettenoptimierung
• Simulationsgestützte Online-Qualitätssicherung
• Flexible Formwerkzeuge • Selbstorganisierender
Prozessablauf
Autark agierende Faserverbundstrukturen
• Aktive Strömungskontrolle und Flexible Hochauftriebsstruk-turen für Laminarflügel
• Autonome Bauteilüberwachung• De-Icing bzw. Anti-Icing
Nachhaltige Produktionsprozesse
• Fiber Placement mit kooperierenen Ablagesystemen
• Qualitätsgesicherte Autoklav-Steuerung
• Automatisierte RTM-Prozesse
Strukturkonforme Funktionsverdichtung
• Funktionsverdichtende Werkstoffe und Bauweisen
• Funktionalisierte Interieur-werkstoffe und Bauweisen
• Formvariable Strukturen, schalt-bare Materialeigenschaften
9Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
• Rumpfbauweisen• Große Rumpfausschnitte• Fertigungstechnologien
SchwerpunktRumpftechnologien
T. Ströhlein
SchwerpunktHochauftriebDr. O. Heintze
SchwerpunktSpezialstrukturen
M. Hanke
SchwerpunktWeltraum
N.N.
SchwerpunktVerkehrJ. Nickel
• Flexible Flügelvorderkante• Aktive Strömungskontrolle an
Hochauftriebssystemen
• Strukturintegrierte Antennen• Stealth-Strukturen• Radombauweisen
• Landerstrukturen• Entfaltbare Raumfahrtstrukturen• Oberstufe
• Next Generation Train• Neue Fahrzeugstrukturen
Leichtbau
Sicherheit
Funktionalität
Kosten
Komfort
Umwelt-verträglichkeit
Anwendungsforschung, unsere Schwerpunkte
10Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Funktionsintegration im LeichtbauAktuelle Forschungsprojekte im DLR
Autark agierende Faser-verbundstrukturen
Strukturkonforme Funktionsverdichtung
Formvariabler FaserverbundStrukurkonformität als DesignaufgabeStrukturintegrierte AktorikStrukturintegrierte SensorenStrukturintegrierte BeleuchtungEntfaltbare Strukturen
11Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Konzeptentwurf
Materialien & Tests
Strukturmechanik
Detail-DesignFertigung
Smarte Struktur
Formvariable Faserverbundstrukturen am Beispiel der Entstehung einer flexiblen Flügelvorderkante
12Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Verifikation
Main lever of the actuation mechanism
Drive shaft and bearing at front spar
Interface elements
Omega shaped stiffeners
Hinged Struts
Fiber reinforced skin
Front Spar
0 100 200 300 400 500 600-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
x-axis in mm
z-a
xis
in m
m
FE undeformedFE deformedMeasured deformed
13Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Funktionsintegration in Komposite
Sensors & Signal processing
Control & control hardware
Actuators & Power electronics
Sensor signal
Structure
Actuator
ExcitationF(t)
Responsex(t) Sensor
Actuator signal
Control
No vibrationNo noise
MaterialDeveloment of smart actuator and
smart sensor materials
ElementMultifunctional structure elements
with integrated actuatorsand with integrated sensors
StructureAdaptive with
Enhanced CapabilitiesIntegrated Signal processing
SystemFull
Integration
Acousticcontrol
Vibrationcontrol
Morphing
14Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Funktionsintegration in KompositeDie Integration von zusätzlichen Funktionen in Komposite erfordert die Optimierung von meist gegensätzlichen Anforderungen, z.B.:
Maximale Aktuierung, maximaler Hub
Maximale Lasttragfähigkeit
Maximale Festigkeit, maximale Steifigkeit
Der Auslegungsprozess muss diese Anforderungen erfüllen, erläutert an einem einfachen Modell für strukturintegrierte Aktuatorik:
( )33 33 3ES s T d E
033 3
0
0 0 33 3
( )0 33
30
A E
uS d El
u l d EAc
l sUEl
15Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Lastabhängige Auslenkung
16Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Maximale Arbeitsfähigkeit
KraftPb2
u0,1
Hubu0,2
Pb1
cF A/c >1
WA
cF A/c =1
17Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Strukturkonformität
20max, 2
141 ucW AA
0uucF
2/0u
Für =1 ist maximale Strukturkonformität realisiert. Strukturkonformität ist ein Maß für optimale Funktionsintegration.
BP2/BP
18Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
PiezokompositeRobuste Aktuatoren und Sensorend33-Komposite mit geringer BetriebspannungKommerzialisierung durch PI-CeramicIntegration von Mikrosystemen
Kontaktierung
Leitendes Mesh/Vlies
PZT-Folie
Polyester Vlies mit Epoxy
19Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Herausforderung:
Höherharmonische Verwindung (+/-2°) eines Hubschrauberrotorblattes zur Reduktion von Lärm und Vibrationen und zur Leistungssteigerung
Lösung:Integration von gerichtet wirkenden Flächenaktuatoren in eine anisotrope Rotorblatthaut (Zug-Torsionskopplung)Entwicklung/Bau eines Modellrotorblattes zur Verifikation der Ergebnisse im Schleudertest und im Windkanal
Reduktion derLärmentwicklung
Verminderung der Überschalleffekte
Verminderungder AblösungseffekteVerminderung
der Ablösungseffekte
Reduktion derLärmentwicklung
Verminderung der Überschalleffekte
Strukturintegrierte Aktuatorik:Aktiv verwindbares Rotorblatt
20Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Nutzung der anisotropen Verbundeigenschaften
Verformung () hängt vom Lagen-aufbau des Verbundes, und damit von den richtungsabhängigen Material-eigenschaften der Einzelschichten ab.
a
a
P PN M M
i i i
ai i jk ,i i i
a
f ,Y , I ,T ;
f ,Y ,k ,E I ;
k ET I
NPM
Orthotropierichtung Y WerkstoffelastizitätKopplungskoeffizient EnergieeintragTemperatur Trägheitsmomente
äußere LastenKräfte des aktivierten Materials
Strukturnachgiebigkeit
21Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Design des aktiven Rotorblattes (AT2)
Referenz: BO-105 RotorSpezielle Aktuatorgeometrie (40°)Aktivierung der 6 Segmenteindividuell möglichSensoren in die Haut integriertAktuatorfläche: 1600 cm²Zug-Torsionskopplung
1515
22Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Schleudertest des aktiv verwindbaren Rotorblattes
23Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Experimentelle Ergebnisse
Ergebnisse der SchleuderversucheHöher harmonische Blattspitzenverwindung unter Zentrifugallasten(Reduzierte Aktuatorspannung, n=1043 rpm)
0123456789
0.15H
z
1/rev
2/rev
3/rev
4/rev
5/rev
6/rev
tip tw
ist a
ngle
p-p
[°]
Upp=2000V (extrapolated)
Upp=1200V (measurement)
24Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Verteilung des Torsionsmomentes
0123456789
0.15H
z
1/rev
2/rev
3/rev
4/rev
5/rev
6/rev
tip tw
ist a
ngle
p-p
[°]
Upp=2000V (extrapolated)
Upp=1200V (measurement)
25Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Strukturintegrierte BeleuchtungBeleuchtung mit integrierter Elektrolumineszenzfolie
Lasttragende StrukturBeleuchtung mit einer A4 großen EL-FolieWandstärke ca. 2mm, weniger ist möglichEL-Folie vollständig eingebettet
z.B. Korrosion, Schwingungen, (Brand)Lichtleistung: Bei Tageslicht ist kein Leuchten erkennbarEL-Folie durch Glasfasergewebe auf der Front geschützt, diese Lage ist auf der Struktur nicht zu erkennenAnschlüsse auf der Rückseite für die Stromversorgung und die Ansteuerung
26Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Strukturintegrierte BeleuchtungBeleuchtung mit integrierten LED‘s
Lasttragende StrukturBeleuchtung mit 120 weißen LEDsWandstärke ca. 4mm, weniger ist möglichLED‘s sind vollständig geschützt,
z.B. Korrosion, Schwingungen, (Brand)
Lichtleistung ca. 380W/m2 (Abhängig von der Anzahl)
Rote und weiße LEDs wurden realisiert, Kombinationen möglichLEDs durch Glasfasergewebe auf der Front geschützt, diese Lage ist auf der Struktur nicht zu erkennenAnschlüsse auf der Rückseite für die Stromversorgung und die Ansteuerung
27Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Strukturintegrierte Enteisung
Elektrische Enteisung eine FlügelvorderkanteElektrische Widerstandsheizung über direkte Kontaktierung von CFK-LagenHeizende CFK-Lagen sind strukturelltragendTemperaturen > 200°C möglichEnergiebedarf sind ca. 3 kWDe-Icing Versuche bei Raumtemperatur durchgeführt
Netz
Netzteil
Heizleistung 5,25: z.B. kw/m²bei 1,75 A/cm und 30 V/m SpeisespannungOberflächentemp. ca. 130°C
Folien Pt100 Grundstrukturz.B. Flügelnase
Isolierschicht
HeizgewebeR=0,17 [ /sqr]
Durchgangs-isolierung
KupferelektrodeT-Regler
28Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Strukturintegrierte Enteisung
Flüssigkeitsenteisung eine FlügelvorderkanteEntwicklung eines auf heißen Medien basierenden TemperiersystemDe- und Antiicingsysteme integraler FVK-FlugzeugstrukturenHohe Heizraten möglichRobustes Konzept
29Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Strukturintegrierte Antennen
Integration von Antennen in FVK-StrukturenZiele
Erschließung zusätzlicher Oberflächen für die Integration von AntennenErfüllung von RadarsignaturanforderungenLastragende Struktur, Reduzierung des Zusatzgewichtes gegenüber Antennensystemen
DemonstratorenAESA Data-Link SIASATCOM-SIAFlugtest mit Data-Link SIA
30Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Strukturintegrierte Leiterbahnen
Integration von Flexleitern in die StrukturLeistungsversorgung für Beleuchtung,Sensoren, Enteisung etc.Informationsübertragung über integrierteFlexleiterUntersuchung geeigneter Flexleiter-materialien
ÄtzprozessFolie
mit CU-SchichtFolie
mit Leiterbahn
SMD-LED
Flexleiterfolie
Selbstgeätzte Leiterbahnen
31Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Strukturintegrierte Bauteilüberwachung
Zunehmende Verbreitung von Faserverbundwerkstoffen und die aus dem Betrieb zu erwartenden spezifischen Bauteilschäden sowie Forderungen nach
bedarfsgerechten WartungsintervallenKosteneffizienz durch zeitlich optimierten Betrieberhöhter Betriebssicherheit
führen zu dem Wunsch nachintegrierter Bauteilüberwachung
Generierung von Lambwellen mit Hilfe strukturintegrierter piezoelektrischer Aktuatoren Analyse der Wellenausbreitung
32Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
80 kHz 210 kHz 410 kHz 560 kHz
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0 100 200 300 400 500 600
c [m
/s]
Frequenz in kHz
Pha
seng
esch
win
digk
eit
in m
/s
S0 - Dispersion
A0 - Dispersion
Symmetrischer Mode S0
Antisymmetrischer Mode A0
CFK-Platte,Gewebe,DP-RTM -Fertigung
Lambwellenmoden in Faserverbunden
Quelle: Prof. G. Mook, OvgU Magdeburg
2Dc ε ε p
33Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Strukturintegrierte Bauteilüberwachung
Integrierte oder applizierte Aktuatorik zur WellenanregungIntegerierte Sensoren zur Detektion der Wellenbeugung oder –reflektionRekonstruktion des Schadensortes und der Schadensgröße möglich?Aussage über Resttragfähigkeit
34Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Monomodaler Lamb-Wellenaktuator
Anordnung von fünf piezokeramischen Platten (70 x 8 x 0,2 mm) zu einem Array Abstand der Piezokeramiken entspricht der halben WellenlängeAbstimmung des Aktuators auf den A0-Mode bei ca. 45 kHzAufbau und Herstellung des Aktuator als PiezokompositEinzelne Aktuatorfelder parallel geschaltet
Piezokeramik
Kontaktierung
Kupfervlies
Einbettung
AktuatorSensor (Oberseite)
Sensor (Unterseite)
+-Aluminium
++ -
λ
35Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Monomodaler Lamb-Wellenaktuator
Anregung mit fünf Aktuatorfeldern
Anregung mit einem AktuatorfeldAktuator
Sensor (Oberseite)
Sensor (Unterseite)
+Aluminium
AktuatorSensor (Oberseite)
Sensor (Unterseite)
+Aluminium
++ - -
f = 43,5 kHz
f = 43,5 kHz
Sensor (Oberseite)
Sensor (Unterseite)
S0-Mode
A0-Mode
Sensor (Oberseite)
Sensor (Unterseite)A0-Mode
36Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Signifikante Kennzeichen des DLR-KonzeptesAusgehärtetes Carbon Composite MaterialExzellente thermale Stabilität (CTE fast null)
Kritische AspekteKeine erfolgreichen On-orbit Versuche bis heute
Deployable CFRP Boom with Control System – DLR
1g :
0g :
Simulierte EntfaltungDeployment Mechanism – DLR
Strukturintegrierte EntfaltungsmechanismenEntfaltbare Masten
Skizze des Mast Querschnitts
37Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
GrundmodulAufrollbarer CFK Mast - Kontrollkonzept
Entfaltungsvorgang muss kontrolliert werdenAktuelle Kontrollkonzepte:
Klettstreifen zum Unterbinden der Selbstentfaltung Druckschlauch zum kontrollierten ausblasenElektrisch getriebener Abrollmechanismus
Mast mit Entfaltungskontrollsystem aus Klett und Druckschlauch
Folienschlauch
CFK Mast
Klett Streifen
Mast in elektrischer Abspulvorrichtung
38Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Anwendungen am Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik
Sonnensegel als alternatives, treibstoffloses Antriebskonzept (DLR Projekt)
Beschleunigung und Abbremsen mittels Strahlungsdruck der SonneTragstruktur besteht aus aufrollbaren Masten
Entfaltbare Membranantennen (ESA/DLR Projekt)Nutzung für weltraumgestützte Beobachtung von Planeten per RADARStrukturgewicht von unter 60 kg bei entfalteten Dimensionen von 18 m x 4.3 m
20 m x 20 m Sonnensegel
1:3 Modell einer 18 m x 4,3 m großen Antenne (links: entfaltet, rechts: aufgerollt für den Start)
39Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Konzeptentwurf
Materialien & Tests
Strukturmechanik
Detail-DesignFertigung
Smarte Struktur
Formvariable Faserverbundstrukturen am Beispiel der Entstehung einer flexiblen Flügelvorderkante
40Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Verifikation
Main lever of the actuation mechanism
Drive shaft and bearing at front spar
Interface elements
Omega shaped stiffeners
Hinged Struts
Fiber reinforced skin
Front Spar
0 100 200 300 400 500 600-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
x-axis in mm
z-a
xis
in m
m
FE undeformedFE deformedMeasured deformed
41Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Zusammenfassung
Faserverbundtechnologie bietet die Möglichkeit strukturkonformer FunktionsintegrationFunktionsintegration erzeugt einen Mehrwert für LeichtbaustrukturenÜber die durchgängige Prozesskette von Multifunktionsstoffen bis zur Verbundprozesstechnologie wird die Funktionsintegration in industrielle Anwendungen erprobt und abgesichert
42Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikDGLR-Vortrag „Funktionsintegration im Leichtbau“, 31.01.11, Wiedemann
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!