Geschäftsfeld Luftfahrt

Sichere, zuverlässige und leistungsstarke Luftfahrt

Das Fraunhofer EMI arbeitet daran, die Sicherheit von Flugzeugen und deren Komponenten zu maximieren – und zugleich Lösungen für eine nachhaltige und leistungsstarke Luftfahrt zu entwickeln.

Leistungsangebot

Detailliertes Leistungsangebot

Das Geschäftsfeld Luftfahrt am Fraunhofer EMI beschäftigt sich mit der Charakterisierung, Modellierung, Prüfung und Optimierung von luftfahrtrelevanten Materialien, Strukturen und Komponenten, insbesondere im Leichtbaubereich. Untersucht werden zudem die Auswirkungen von Hagel, Vogelschlag und Debris Impakt sowie von Blitzschlag auf Flugzeugstrukturen. 

Charakterisierung von Werkstoffen sowie Prüfung von Strukturen, Komponenten, Fügeverbindungen
  • Mechanische Charakterisierung moderner Werkstoffe (Metalle, Verbundwerkstoffe etc.) und Fügeverbindungen
  • Testverfahren zur Untersuchung des mechanischen Verhaltens faserverstärkter Kunststoffe im Geschwindigkeitsbereich von quasistatischer bis hin zu hochdynamischer Belastung
  • Standardisierte, zerstörungsfreie (Pre-, Post- und in situ-NDT (Non-destructive Testing)) und zerstörende Prüftechniken
  • Verfahren zur Mikro- und Nanostrukturanalyse von Werkstoffen
  • Materialprüfung bei hohen Dehnraten und hochdynamische Materialtests
  • Neu- und Weiterentwicklung von Prüftechnik
Modellierung und Optimierung von Leichtbaustrukturen
  • Numerische Simulation und Modellierung von Werkstoffen
  • Mikrostruktursimulation
  • Erstellung von Materialkarten für kommerzielle FE-Programme
  • Erweiterung existierender Materialmodelle über User-Subroutinen
  • Entwicklung und Implementierung neuer Materialmodelle
  • Entwicklung eigener Berechnungssoftware (z.B. SOPHIA) zur Materialmodellierung
  • Validierungsversuche und deren Simulation auf Komponentenebene
  • Nachstellung realer Belastungen von Sitzschäumen (PU-Weichschaum) durch unterschiedliche Versuchskonfigurationen: Druck, Zug, Schub
  • Numerische Design-Optimierung bei der 3D-Bauteilauslegung für Additive Manufacturing
  • Prototypenherstellung von metallischen Bauteilen durch Additive Manufacturing
  • Prozesssimulation
Analyse und Optimierung von Flugzeugstrukturen bei Impakt durch Hagel, Debris, Vogelschlag
  • Untersuchung der physikalischen und mechanischen Prozesse bei low- and high velocity impact (tooldrop bzw. debris, Hagel, Vogelschlag)
  • Impaktversuche an Fallgewichtsanlagen (CAI)
  • Impaktversuche mit Pulverkanonen und Leichtgasbeschleunigern
  • Impaktsimulation mit kommerziellen und inhouse FE-Softwarepaketen
Beschleunigungstests
  • Schlittentests für Flugzeugsitze (16g forward, 14g down)
  • Kabinenstrukturen 
Blitzschlag
  • Experimentelle und numerische Prüfung von CFK-Strukturen bei Blitzschlag
  • Entwicklung von Blitzschutz

Wie gefährlich sind Handy und Laptop im Flugzeug?

© Irina Schmidt/stock.adobe.com
Wie gefährlich sind Handy und Laptop im Flugzeug? Fraunhofer und Airbus untersuchen Risiken von Lithiumbatterien in Flugzeugen. Dazu wurden im Batterieprüfzentrum des Fraunhofer EMI verschiedene Laptops, Tablets und Smartphones kontrolliert erhitzt, um Daten für die Untersuchung der Rauchausbreitung zu sammeln. Diese Daten dienen zur Simulation von Brand- und Rauchausbreitung in realistischen Flugzeugumgebungen.

Anwendungsprofil

An die Materialforschung für die Luftfahrt bestehen hohe Anforderungen: Zum einen müssen die Werkstoffe, die in den Flugzeugstrukturen verwendet werden, eine hohe Festigkeit aufweisen, um den Belastungen gewachsen zu sein, denen sie durch die hohe Fluggeschwindigkeit und die extrem unterschiedlichen Temperatur- und Druckunterschiede ausgesetzt sind. Zum anderen sollen die Werkstoffe und Strukturen möglichst leicht sein. Jede Gewichtseinsparung am Flugzeug spart Treibstoff und macht so das Fliegen umweltverträglicher und kostengünstiger.

Innovative Werkstoffe tragen also maßgeblich zur Leistungsfähigkeit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit, aber auch zur Umweltverträglichkeit der Luftfahrtbranche bei.

Das Geschäftsfeld Luftfahrt des Fraunhofer EMI leistet hier mit der Charakterisierung von Werkstoffen, der Prüfung von Strukturen, Komponenten und Fügeverbindungen sowie der Modellierung und Optimierung von Leichtbaustrukturen einen wichtigen Beitrag. Im Vordergrund der zu untersuchenden Materialien stehen Faserverbundwerkstoffe und Metalle, aber auch Hybridmaterialien und Glas. Neben standardisierten, zerstörungsfreien und zerstörenden Prüftechniken werden zunehmend Verfahren zur Mikro- und Nanostrukturanalyse angewendet. Insbesondere der Einsatz der akustischen Mikroskopie und der Mikro-Computertomographie ermöglicht die Erforschung der Materialeigenschaften relevanter Werkstoffe bis hin zu kleinsten Längenskalen. Dies ist nötig, da viele entscheidende Vorgänge im Mikro- und Nanometerbereich in den Werkstoffen ablaufen, die maßgeblich das makroskopische Verhalten, beispielsweise bei Impakt, beeinflussen.

Für die Charakterisierung und Prüfung von Werkstoffen, Strukturen und Komponenten steht neben gut ausgestatteten Prüflaboren und einer Vielzahl an numerischen Verfahren auch das Crashzentrum des Instituts zur Verfügung. Dort können zudem Beschleunigungstests, wie sie etwa für Flugzeugsitze vorgeschrieben sind, durchgeführt werden. Für die Optimierung von Leichtbaustrukturen verfügt das EMI außerdem über die Möglichkeit, metallische Bauteile additiv zu fertigen.

Immer wieder ist den Katastrophenmeldungen der Medien zu entnehmen, wie empfindlich Flugzeugstrukturen auf Impakt durch auf der Start- oder Landebahn liegende Teile (debris), durch Vogelschlag oder auch durch heftigen Hagel reagieren. Das EMI untersucht Flugzeugstrukturen bei genau diesen Impaktfällen und forscht an der Optimierung der Strukturen, um sie widerstandsfähiger zu machen. In Kombination von Experiment und Simulation analysiert das Institut diese physikalischen Vorgänge und bringt hier seine langjährige Erfahrung in der Werkstoffcharakterisierung, der Anwendung und Entwicklung numerischer Methoden sowie der Erforschung kurzzeitdynamischer Impaktfälle ein.

Ein weiteres Forschungsfeld des Geschäftsfelds Luftfahrt ist die experimentelle und numerische Untersuchung von CFK-Strukturen bei Blitzschlag sowie die Entwicklung eines geeigneten Blitzschutzes. 

Aktuelle Forschung

 

SMAUG – was passiert, wenn ein Luftfahrzeug mit einer Drohne kollidiert?

 

Clean Aviation gestartet

Clean Aviation ist Europas führendes Forschungs- und Innovationsprogramm mit dem Ziel, die Luftfahrt in eine nachhaltige und klimaneutrale Zukunft zu führen.

 

LOKI-PED – Sicherere Nutzung von Laptops, Tablets und Smartphones im Flugzeug

 

Materialprüfung bei hohen Dehnraten

Split Hopkinson Bars (SHB) sind Prüfanlagen, die es ermöglichen, qualitativ hochwertige Materialkennwerte (Spannungs-Dehnungs-Relation) bei hohen Belastungsgeschwindigkeiten zu bestimmen. 

 

Forschungsarchiv