Allein die deutschen Fluggesellschaften haben jährlich zwischen 18 und 45 Millionen Euro Gesamtschaden durch Vogelschlag. Diese Angaben beruhen auf Auswertungen einer international agierenden Fluggesellschaft sowie des Deutschen Ausschusses zur Verhütung von Vogelschlägen im Luftverkehr e.V. (DAVVL). Von der Existenz dieser Organisation weiß Matthias Schlamp, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor Faserverbundtechnik an der Fakultät Maschinenbau der Ostbayerischen Technische Hochschule Regensburg (OTH), auch erst, seitdem er an dem Forschungsprojekt „BIRD“ arbeitet. Schlamp ist Mitarbeiter des Teams von Prof. Dr.-Ing. Ingo Ehrlich, das sich drei Jahre lang gemeinsam mit der Würzburger Firma iNDTact GmbH mit dem „Impactverhalten gekrümmter Strukturbauteile von Luftfahrzeugen durch Vogelschlag zur Entwicklung eines SHM-Systems für faserverstärkte Kunststoffe“ beschäftigt.
Dabei soll zusammen mit der Kooperationsfirma ein Prototyp entwickelt werden, mit dem Schäden etwa an Flugzeugflügeln oder Flugzeugnase durch aufprallende bewegliche Hindernisse wie Vögel lokalisiert und klassifiziert werden können. „Durch eine vollständige Schadensbeurteilung sollen Standzeiten von Flugzeugen oder Bauteilwechsel aufgrund von Vogelschlägen reduziert werden können“, erklärt Schlamp.
Matthias Schlamp ist Projektmanager des Forschungsprojekts „BIRD“. Foto: OTH Regensburg
Tragflügelelemente im Labormaßstab
Um das angestrebte Forschungsziel zu erreichen, wurden von der Arbeitsgruppe bereits rund 100 ellipsenförmige Probekörper aus faserverstärkten Kunststoffen gefertigt. Die sind unterschiedlich gekrümmt und bilden die Tragflügelelemente im Labormaßstab nach. Bei deren Untersuchung richten sich die Wissenschaftler der OTH nach bestehenden DIN-Prüfnormen. Dabei werden die Probekörper auf einer Platte festgespannt, um anschließend ein definiertes Fallgewicht aus einer bestimmten Höhe auf sie fallen zu lassen. Dadurch entsteht ein Schadensbild, das mittels Sensor, Digitalmikroskop und Ultraschall ausgewertet wird. Der dafür eingesetzte Sensor der Kooperationsfirma ermittelt durch das beim Aufprall entstehende akustische Signal eine Frequenzkurve, anhand derer später auf die Schädigungsart geschlossen werden soll.
Auch mit bloßem Auge ist der Schaden zu erkennen – vorausgesetzt, es handelt sich um einen glasfaserverstärkten Kunststoff. „Aufgrund dessen Transluzenz, also Lichtdurchlässigkeit, können wir hierbei mit der Gegenlichtmethode arbeiten“, sagt Schlamp. Dies gilt allerdings nicht für kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK), bei dem man allenfalls ein paar Kratzer sieht. Durch ihr geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Festigkeit sind aber gerade CFK-Bauteile im Flugzeugbau sehr gefragt: Beim Airbus A350 etwa liegt ihr Anteil am Gesamtgewicht bei 52 %. Wenn nun also beim Start oder bei der Landung Vögel oder andere aufgewirbelte Kleinteile der Landebahn auf ein Flugzeug aufprallen, ist der Schaden nicht immer sichtbar – und es ist nicht überprüfbar, um welche Art von Schaden es sich handelt.
Vogelschlag-Schäden erkennen und klassifizieren
Das Structural-Health-Monitoring-System, kurz SHM-System, aus dem Labor der OTH soll den Schaden nicht nur erkennen, sondern auch grundlegend klassifizieren. „Es ist ein Unterschied, ob die Faser bricht oder ob es sich um Delaminationen handelt, also ob sich die einzelnen Schichten voneinander lösen.“ Je nachdem müsse ein Bauteil vollständig ausgetauscht werden, nur repariert werden, oder aber es sei aufgrund sehr geringer Schädigung überhaupt keine Maßnahme nötig. Aus den im Labor simulierten Aufprallereignissen erstellt Schlamp eine Referenzdatenbank, mit der sodann reale Schädigungen abgeglichen werden können. Die Ergebnisse von „BIRD“ sind ebenso auf Schäden etwa durch Hagelkörner an Rotorblättern von Windkrafträdern übertragbar.
Im aktuellen Sommersemester arbeiten im Labor Faserverbundtechnik an der Fakultät Maschinenbau der Ostbayerischen Technische Hochschule Regensburg neben Matthias Schlamp, dem das Projektmanagement unterliegt, zwei Laboringenieure mit Unterstützung von studentischen Hilfskräften sowie je drei Master- und Bachelorkandidaten an dem Forschungsvorhaben. Gefördert wird das Vorhaben an der OTH Regensburg vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.
