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Vor- und Nachteile von Verbundwerkstoffen in Flugzeugen

Verbundwerkstoffe sind in der Flugzeugindustrie weit verbreitet und haben es Ingenieuren ermöglicht, Hindernisse zu überwinden, die ich bei der individuellen Verwendung der Materialien hatte. Die konstituierenden Materialien behalten ihre Identität in den Kompositen und gehen ansonsten nicht vollständig ineinander über. Zusammen bilden die Materialien ein "hybrides" Material mit verbesserten strukturellen Eigenschaften. Übliche Verbundmaterialien, die in Flugzeugen verwendet werden, umfassen Glasfaser-, Kohlefaser- und faserverstärkte Matrixsysteme oder irgendeine Kombination von diesen.

Von all diesen Materialien ist Fiberglas das am häufigsten verwendete Verbundmaterial und wurde zuerst in Booten und Automobilen in den 1950er Jahren weit verbreitet verwendet.

Verbundmaterial findet seinen Weg in die Luftfahrt

Laut der Federal Aviation Agency gibt es das Verbundmaterial seit dem Zweiten Weltkrieg. Im Laufe der Jahre wurde diese einzigartige Materialmischung immer populärer und kann heute in vielen verschiedenen Arten von Flugzeugen sowie Segelflugzeugen gefunden werden. Flugzeugstrukturen bestehen üblicherweise aus 50 bis 70 Prozent Verbundmaterial.

Fiberglas wurde erstmals in der Luftfahrt von Boeing in seinem Passagierflugzeug in den 1950er Jahren eingesetzt. Als Boeing im Jahr 2012 den neuen 787 Dreamliner auf den Markt brachte, rühmte sich das Flugzeug zu 50 Prozent aus Verbundmaterial. Neue Flugzeuge, die heutzutage vom Band rollen, enthalten fast alle eine Art Verbundmaterial in ihre Designs.

Obwohl Verbundwerkstoffe aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile in der Luftfahrtindustrie weiterhin sehr häufig zum Einsatz kommen, sprechen manche davon, dass diese Materialien auch ein Sicherheitsrisiko für die Luftfahrt darstellen. Unten balancieren wir die Skalen und wägen die Vor- und Nachteile dieses Materials ab.

Vorteile

Gewichtsreduzierung ist der größte Vorteil des Einsatzes von Verbundwerkstoffen und ist der Schlüsselfaktor für die Verwendung in der Flugzeugstruktur. Faserverstärkte Matrixsysteme sind stärker als herkömmliches Aluminium, das in den meisten Flugzeugen verwendet wird, und sie bieten eine glatte Oberfläche und erhöhen die Kraftstoffeffizienz, was ein großer Vorteil ist.

Außerdem korrodieren Verbundmaterialien nicht so leicht wie andere Arten von Strukturen. Sie brechen nicht durch Metallermüdung und halten in biegeweichen Umgebungen gut stand. Zusammengesetzte Designs halten auch länger als Aluminium, was weniger Wartungs- und Reparaturkosten bedeutet.

Nachteile

Da Verbundmaterialien nicht leicht brechen, ist es schwierig zu sagen, ob die Innenstruktur überhaupt beschädigt wurde, und dies ist natürlich der wichtigste Nachteil für die Verwendung des Verbundmaterials. Im Gegensatz dazu ist es aufgrund von Aluminiumbiegungen und Beulen leicht, strukturelle Schäden zu erkennen. Außerdem können Reparaturen bei der Beschädigung einer Verbundwerkstoffoberfläche viel schwieriger sein, was letztendlich teuer wird.

Auch das im Verbundmaterial verwendete Harz wird bei Temperaturen von nur 150 Grad schwächer, was es für diese Flugzeuge wichtig macht, zusätzliche Vorkehrungen zu treffen, um Brände zu vermeiden. Brände, die mit Verbundwerkstoffen in Verbindung gebracht werden, können giftige Dämpfe und Mikropartikel in die Luft freisetzen und Gesundheitsrisiken verursachen. Temperaturen über 300 Grad können zu strukturellen Fehlern führen.

Schließlich können Verbundwerkstoffe teuer sein, obwohl argumentiert werden kann, dass die hohen Anfangskosten typischerweise durch langfristige Kosteneinsparungen ausgeglichen werden.


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