Hagelschlag auf Flugzeugstrukturen

Für den Luftverkehr stellen Unwetterlagen kritische Lastszenarien dar. Gibt es für den Piloten keine andere Möglichkeit, als durch ein Tiefdruckgebiet zu fliegen, können dort auftretende Hageleinschläge eine Gefahr für die Flugzeuginsassen und das Flugzeug bedeuten (Abbildung 1). Am Fraunhofer EMI werden im Rahmen von Clean Sky 2 Methoden entwickelt, die es erlauben, solche Gefahren bereits im Produktentstehungsprozess mittels numerischer Simulationen zu berücksichtigen.

Für die Prognose der Schädigung der Struktur durch Hagelschlag ist dabei eine tiefe Kenntnis der Eigenschaften des Hagelkorns nötig. Eis ist in seinem Verhalten stark von seiner Temperatur und der Verzerrungsrate abhängig. Die Eigenschaften des Eises wurden zunächst mit klassischen Druckversuchen bei verschiedenen Temperaturen und Belastungsgeschwindigkeiten untersucht. Darüber hinaus wurden Beschussversuche im Geschwindigkeitsbereich zwischen 60 Metern pro Sekunde und 300 Metern pro Sekunde durchgeführt. Im ersten Schritt erfolgte der Beschuss auf einen Kraftsensor, um die Eigenschaften des Eises bei Impaktbelastung zu messen (Abbildung 2). Im zweiten Schritt wurden Platten aus in der Luftfahrt üblichem Aluminium und kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) beschossen. Die in der Literatur vorhandene Datenbasis konnte damit signifikant in einem für den Hagelschlag relevanten Temperatur- und Dehnratenbereich erweitert werden. Die Untersuchungen dienen als Grundlage für die Weiterentwicklung der numerischen Simulationen.