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1 Treiber der Luftfahrt Drivers of aviation Untersuchung einer Strukturüberwachung für formadaptive Systeme Exploration of structural health monitoring for active compliant systems Mit seiner Konzeptstudie CeLiner aus dem Jahr 2012 hat das Bauhaus Luftfahrt gezeigt, dass ein vollelektrischer Antrieb auch drastische Änderungen in der Flugzeugstrukturauslegung nach sich zieht. Teile des CFlügels der Studie beinhalten zum Beispiel Ideen zur Nutzung stärker ausgeprägter Formadaptivität (Englisch: active compliant systems, kurz: ACS), dem sogenannten „Morphing“. Im Jahr 2013 hat das Bauhaus Luftfahrt in weiterführenden Forschungsarbeiten erstmals mögliche Synergien zwischen dem formadaptiven oberen Flügel des CeLiners und sogenannten Strukturüberwachungssystemen (Englisch: structural health monitoring, kurz: SHM) untersucht. Die große Materialvielfalt eines „morphenden“ Flügelsystems machte die Auswahl geeigneter Sensorik zur Überwachung des Flügels nicht einfach. Die Flügelholme bestehen beispielsweise aus Karbonfaserverstärktem Kunststoff, die Rippen aus Alu minium und die Flügelhaut aus verstärktem Elastomermaterial. Aus einem umfangreichen Katalog an Kandidatentechnologien wählten die Wissenschaftler deshalb für jede Komponente des ACS den aussichtsreichsten Sensortyp aus, indem Auflösungsvermögen und Ma terialeigenschaften miteinander abgeglichen wurden. Mit der so erhaltenen Kombination moderner photonik und elektronikba sier ter Sensoren soll nicht nur das korrekte MorphingVerhalten sichergestellt werden, sondern es sollen auch mögliche Beschädigungen und Materialermüdung zuverlässig überwacht werden. Neben einer be darfsgerechten Planung von Wartungsarbeiten kön nen dank SHM bereits in der Entwurfsphase Verbesserungen der Struktureffi zienz implementiert werden. Bauhaus Luftfahrt’s 2012 preconcept study CeLiner highlighted that a fully electric propulsion system could incur dramatic changes in aircraft structural design. Parts of the study’s characteristic Cwing for example envisaged the application of active compliant systems (ACS), often referred to as “morphing” devices. In a followup study conducted in 2013, Bauhaus Luftfahrt for the first time explored the potential for synergy between such “morphing” capabilities, installed in the top part of the CeLiner’s wing, and socalled Structural Health Monitoring (SHM). The diversity of materials employed in the “morphing” system posed challenges for the identification of suitable sensor technologies to monitor the wing structure. The wing’s spars, for example, are made of carbonfibrereinforced plastics, while trusses are made of aluminium and the flexible skin consists of reinforced elastomeric materials. From an extensive pool of candidate technologies, the researchers then selected the most promising sensor type for each component of the ACS by matching sensitivity ranges with material properties. The resulting astute combination of modern photonic and electronic sensor technologies is expected to not only ensure the correct movement of the “morphing” system, but should also reliably monitor structural integrity and possible material degradation. Apart from a tailored maintenance planning during operation, such a system could enable aircraft designers to implement further improvements in structural efficiency already at the design stage. 30 Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.
1 Treiber der Luftfahrt Drivers of aviation Carbon-fibre-reinforced plastic (CFRP) leading edge and spars Optical fibre “Smart skin” Sensorsysteme für den „morphenden“ oberen Flügel des CeLinerKonzeptes: Optische Fasern (dunkelblau) messen Belastungen entlang der Holme des oberen Flügels durch Veränderung ihrer lichtleitenden Eigenschaften. Die „Smart Skin“ (orange), eine flexible Haut mit verstärkenden, elektrisch leitfähigen KarbonNanoröhrchen, kann Spannung und Druck an der Flügeloberfläche über Veränderungen im elektrischen Widerstand feststellen. Sensing systems for the CeLiner’s “morphing” top wing: Optical fibres (dark blue) measure strain incurred in the top wing’s spars through changes in their refractive properties. The elastomeric “smart skin” (orange) with embedded carbon nanotubes can detect strain and pressure via the formation of parallel conductive channels with variations in electrical resistance. Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 31
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Seite 10 und 11: Über das Bauhaus Luftfahrt About B
Seite 16 und 17: Neue Wege in der Luftfahrt - drei F
Seite 18 und 19: 1 Treiber der Luftfahrt Drivers of
Seite 40 und 41: 2 Innovative Lösungsansätze Innov
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Seite 82 und 83:
2 Innovative Lösungsansätze Innov
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98 Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.
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Zahlen und Fakten Facts and figures
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Finanzen Financial figures Das Bauh
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