Flugzeugbaueinst, heute und morgen

Dr. Thomas GartnerWerkstoffe und Verfahren

Triebwerksüberholung

Dr. Thomas Gartneracatech Journalistenworkshop WerkstoffeMünchen 29.04.2009

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Inhalt

Anforderungen an Luftfahrtwerkstoffe

Neue Luftfahrtwerkstoffe in der Forschung

- Struktur und Triebwerke

Entwicklung und Stand der Technik

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Geringes GewichtHohe Festigkeit und SteifigkeitPreis und VerfügbarkeitGleiche thermische Ausdehnung (Einsatz von -60°C bis +80°C)Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit…

Anforderungen an Luftfahrtwerkstoffe- Flugzeugstruktur -

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1900 wurde ein Verfahren zur Gewinnung von Aluminium entdeckt- die Elektrolyse

1909 wurde die erste Legierung für die Luftfahrt entwickelt: „ Duralin® “(Aluminium legiert mit Kupfer, Magnesium und Mangan)

Hochlegiertes Aluminium ist bis heute ein sehr bedeutender Strukturwerkstoff

Kupfer als Legierungselement steigert zwar die Festigkeit,senkt jedoch Korrosionsbeständigkeit, deswegen „Alclad®“, Oberflächenbeschichtung aus reinem Aluminium

17.12.1903 Erster erfolgreicher motorisierter Flug (Gebrüder Wright)Der „Flyer I“ hatte einen mit Stoff bespannten Rahmen aus Fichte und Esche

Geschichte der Luftfahrtwerkstoffe

Das erste Ganzmetallflugzeug wurde 1914 vorgestellt: Junkers J1

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Geschichte der Luftfahrtwerkstoffe

A340

Aluminium 70%

Titan 7% Sonstige 2%

Stahl 8% Faser-verbund-

werkstoffe13%

- Materialeinsatz A340 und Boeing 777 -

Boeing 777

Aluminium 68%

Faser-verbund-

werkstoffe 14%

Titan 9% Sonstige 1%

Stahl 8%

Quelle: „Aluminium in der Luftfahrt“

1950 erfolgte der erste Einsatz von Faserverbundwerkstoffen im Flugzeugbau: 2% der Struktur der Boeing 707

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Einsatz Faserverbundwerkstoffe im A380

Rear PressureBulkhead Vertical

Tail Plane

Section 19

Wing RibsRadardome

Section 19.1

Horizontal Tail Plane

Ailerons

Landing Gear Doors

Wing Nose

Center wing box

Floor Beamsfor Upper Deck

Quelle: EADS

~20% CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)

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Einsatz Faserverbundwerkstoffe im Dreamliner

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Hohe Warmfestigkeit (Einsatztemperatur bis 1300°C)KriechverhaltenHoher KorrosionswiderstandGeringes Gewicht – bewegte MassenDauerfestigkeitPreis und Verfügbarkeit…

Anforderungen an Werkstoffe im Triebwerk

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Triebwerk: Schnittzeichnung und Temperaturverlauf

Verdichter: 300-500°C Turbine: 500-800°CBrennkammer: 1300°CFan: Umgebungstemperatur

LPTHPT

Ni/Co-Basis SuperlegierungenTitanlegierungen

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1791 Erste Entdeckung von Titanium durch den Amateurgeologen William Gregor, erste Benennung: Gregorite

1795 entdeckte der Chemiker M.H. Klaproth unabhängig von Gregor das Element erneut und nannte es „Titanium“

1940 – 1950Erster Einsatz von Titanlegierungen in militärischen Triebwerken

Ab 1950: Verstärkter Einsatz von Titanlegierungen für Hochleistungs-Jet-Triebwerke (F100-Super Sabre und Lockheed A-12)

Geschichte der Werkstoffe im Triebwerk- Entwicklung von Titanlegierungen -

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1913 Entwicklung von Edelstahl (13% Chrom-Anteil)

1925 Entwicklung von 18/8 Edelstahl (18% Cr, 8% Ni, 0,2% C)

- Ca. 1930 Entdeckung der Temperaturbeständigkeit von 18/8

- Erster Einsatz als Werkstoff für Triebwerke im 2. Weltkrieg

- Kriechfest nur bis 400°C

Seit 1940 Entwicklungen von Ni-Superlegierungen

- Kriech- und Spannungsrissfestigkeitbei Temperaturen über 800°C

- Hohe thermo-mechanische Ermüdungsfestigkeit- Hochtemperatur-Korrosionsbeständigkeit

- Chemische Zusammensetzungbis zu 12 verschiedene Legierungselemente

- Einsatz sehr teurer Elemente, z.B. W, Ta, Re, …

Geschichte der Werkstoffe im Triebwerk- Entwicklung von Ni/Co-Superlegierungen (1) -

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Neue Luftfahrtwerkstoffe in der Forschung- Allgemeine Ziele -

Gewicht reduzieren

„Schneeballeffekt“:weniger Gewicht/Bauteil→ kleinere tragende Struktur möglich→ „doppelte Gewichtsersparnis→ kleinere Triebwerke möglich …

Wirkungsgradsteigerung (Reduktion des Treibstoffverbrauches)

CO2 reduzieren

Erhöhung der Lebensdauer und der Zuverlässigkeit –

spart Ressourcen und Wartungskosten

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Neue Luftfahrtwerkstoffe in der Forschung- Spezifische Festigkeit eingesetzter und neuer Werkstoffe -

Quelle: MTU

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