Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBFNeue Türen: sicher und kosteneffizient.
PESDENA - Multiaxialer Systemprüfstand für Flugzeugtüren
Flugzeugtüren sind im Betrieb hohen strukturellen Lasten ausgesetzt. Neben dem Kabineninnendruck müssen je nach Flugmanöver unterschiedliche Rumpfverformungen ertragen werden. Dabei muss stehts eine zuverlässige Abdichtung der Druckkabine gegeben sein. Der Prüfung und Zertifizierung von Flugzeugtüren kommt daher eine besondere Bedeutung zu.
Einen, gegenüber den bisher angewandten Verfahren, völlig neuen Ansatz verfolgten AIRBUS Helicopters und das Fraunhofer LBF mit dem Forschungsprojekt »Innovative und kosteneffiziente Prüftechnik für statische und dynamische experimentelle Nachweise für Flugzeugtüren«, kurz PESDENA innerhalb LUFO V-2. Das Ergebnis ist ein multiaxialer Flugzeugtür-Systemprüfstand. Die wesentliche Neuentwicklung besteht in den unabhängig positionierbaren Schnittstellen unter einer Regelung von insgesamt 50 Freiheitsgranden. Somit können neben der Druckbelastung die Verformungszustände bestimmter Fluglastfälle exakt nachgebildet werden.
Flugzeugtüre in geöffneter Position
Prüfstandsteuerung aus der Leitwarte
Statische und zyklische experimentelle Nachweise an Flugzeugtüren
Zielsetzung des Projekts innerhalb LUFO V-2 zwischen Airbus Helicopters als Verbundführer und Fraunhofer war die Entwicklung einer Prüfumgebung, die es ermöglicht statische und zyklische experimentelle Nachweise an Flugzeugtüren durchzuführen. Die technische Herausforderung bestand darin, die Flugzeugtür mit Innendruck zu beaufschlagen und relativ dazu die Rumpfverformung mithilfe des Prüfstandes abzubilden. Der neue Prüfstand besitzt daher alle Schnittstellen zwischen Tür und Rumpf, wie sie momentan im Airbus A350 Programm – dem modernsten Zivilflugzeug am Markt – vorhanden sind. Er kann diese exakt im Raum positionieren und gleichzeitig hohe Lasten, bis zu mehreren Tonnen pro Schnittstelle aufbringen.
Beeindruckend sind die Parameter des neuen Prüfstands: Er kann 50 Freiheitsgrade regeln, erreicht eine Positioniergenauigkeit von 0,1 Millimeter, leitet Kräfte von mehr als 30t ein, erzeugt Drücke bis 1,4 barÜ und besitzt 141 Messkanäle. Dazu erforderlich sind über 20.000 Bauteile, die zusammen rund 28 Tonnen wiegen. Insgesamt wurden mehr als acht Kilometer Kabel verlegt.
Erste Versuche haben das Potential des neuen Prüfstands sowohl für statische als auch zyklische Versuche gezeigt. Innerhalb einer Ring-Validierung zwischen numerischem Modell, Messdaten aus Großversuchen und den Ergebnissen der PESDENA-Tests konnte eine hohe Übereinstimmung erzielt werden. Die innovativen Ansätze der technischen Detaillösungen werden dadurch bestätigt.
Türneuentwicklungen ohne aufwändige Großversuche
Mit dem Prüfstand ist es möglich, Flugzeugtüren unter Betriebslasten zu prüfen und gezielte Fluglastfälle nachzubilden. Bisher werden Flugzeugtüren in Großversuchen mit bedrucktem Flugzeugrumpf für die Zulassung getestet. Diese sind meist nur gegen Ende der Entwicklung eines neuen Flugzeugtyps möglich. Die Folge: Nach erstmaliger Zulassung sind tiefgreifende Veränderungen an der Tür nur mit hohen Kosten und großem Aufwand umsetzbar.
Ganz anders läuft die Prüfung mit dem neuen PESDENA-Teststand. Hier wird es zukünftig möglich sein Türneuentwicklungen ohne aufwändige Großversuche zu prüfen. Die numerische Modellierung der Tür wird mittels des Prüfstandes durch die experimentelle Validierung ergänzt. Optimierungen von Flugzeugtüren sind jetzt vor, während und nach der Entwicklungsphase eines neuen Flugzeugtyps möglich.
Fördergeber und Projektpartner
PESDENA ist ein Projekt von AIRBUS Helicopters und wurde im Rahmen von LuFo V-2 durch das BMWi gefördert. Das Fraunhofer LBF war als für die Prüfstandentwicklung und -herstellung zuständig.