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.