Blitzschlag auf CFK-Strukturen

Die Einsatzgebiete von Kohlefaserverbundwerkstoffen (CFK) in luftfahrttechnischen Anwendungen sind in den vergangenen Jahren stetig gestiegen. In modernen Linienflugzeugen beträgt ihr Volumenanteil zum Beispiel am Rumpf bereits über 50 Prozent. Ausschlaggebend hierfür ist das hervorragende Verhältnis von hoher Stabilität bei gleichzeitig geringem Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Metallwerkstoffen. Die geringe elektrische Leitfähigkeit von CFK-Materialien stellt allerdings eine Herausforderung für die Blitzschlagsicherheit im Luftverkehr dar.

Aus diesem Grund testen wir zukünftig an unserer Blitzschlaganlage in Efringen-Kirchen Schutzkonzepte für CFK-Strukturen. Neben der klassischen Lösung, bei der ultradünne Metallgitternetze aus Kupfer in das Laminat integriert werden, um die punktuell eingebrachte, elektrische Energie des Blitzschlags über die gesamte Fläche der Struktur zu verteilen und abzuleiten, werden Untersuchungen an innovativen Blitzschutzkonzepten angestrebt. Ohne diese Schutzkonzepte besteht die Gefahr von Faserbrüchen, Schichtdelaminationen oder sogar der kompletten Perforation der Struktur. Die hierfür an der Anlage simulierten Blitzentladungen erreichen Spitzenströme von bis zu 200 Kiloampere bei Entladungszeiten von weniger als 100 Mikrosekunden. Die extremen Lichtverhältnisse der Lichtbogenentladung stellen eine zusätzliche Herausforderung für die Beobachtung des Vorgangs mittels Hochgeschwindigkeitskameras dar. Mit Ultraschall-, Röntgen- und CT-Diagnostik kann das Schädigungspotenzial auch in tieferliegenden Materialschichten nach dem Versuch quantifiziert werden. Ziel der Untersuchungen ist die Optimierung der Schutzkonzepte hinsichtlich Gewicht und Schutzwirkung.