SpaceNDT

Ausgangssituation / Motivation

Moderne Materialien und Fertigungstechniken sind ein wesentlicher Bestandteil der europäischen Bemühungen um eine strategische Unabhängigkeit im Raumfahrtbereich (ESA Cross-Cutting Initiatives). Sowohl additiv gefertigte (AM) Bauteile als auch Faserverbundwerkstoffe/Composites (Technischer Bereich 24: Materialien & Prozesse) haben hohe Prioritäten in der ESA-Technologieharmonisierung.

Raumfahrthardware stellt hohe Anforderungen an die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der eingesetzten Leichtbaustrukturen, die durch die Missionsziele definiert werden. Dabei müssen die Stabilität und Zuverlässigkeit über die Lebensdauer der Komponente garantiert werden.

Inhalte und Zielsetzungen

Die wichtigsten Herausforderungen bei der Herstellung von ausfallsicheren Strukturen für die Raumfahrt umfassen eine detaillierte strukturelle Charakterisierung, die optimale Auslegung von Komponenten, die Untersuchung der thermomechanischen Wechselwirkungen und ein systematisches Structural Health Monitoring.

Zur Erreichung dieser Ziele sind ein simulationsbasiertes Engineering, die thermomechanische Analyse sowie eine umfassende zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) unerlässlich.

Methodische Vorgehensweise

Im Zuge von SpaceNDT (FHW, AAC, FOTEC, PEAK) werden wir einen multimodalen und skalenübergreifenden ZfP-Ansatz entwickeln, der Röntgen-Computertomographie (XCT), Phasenkontrast-Röntgenbildgebung (PCI) und Infrarot-Thermografie kombiniert (IRT).

Digitale Shearografie (DS), akustische Emission (AE) und Ultraschallprüfung (US) ergänzen diese Bildgebungstechnologien für definierte Bauteile. Mit dieser Kombination verschiedener Verfahren untersuchen wir die Defektausbreitung, z.B. von Rissen oder Delamination, in AM, Composite- und Hybridbauteilen während statischen und zyklischen in-situ und ex-situ Belastungstests.

Das erste Ziel ist die Erstellung eines umfassenden Fehlerkatalogs. Dies ist speziell für AM-Komponenten essentiell, da spezifische ECSS-Standards noch nicht vollständig etabliert sind. Das zweite Ziel ist die Anwendung der Finite-Elemente-Methode (FEM), um den Einfluss von Defekten auf die Ermüdungslebensdauer in ausgewählten Komponenten vorherzusagen.

Durch die Kombination fortgeschrittener NDT-Techniken werden wir detaillierte Informationen über die Defektinitiierung und -fortpflanzung sammeln, die bestehende Standardmethoden wie US bei weitem übertreffen.

Erwartete Ergebnisse

In einem Feedback-Ansatz sollen die Ergebnisse aus Ermüdungsanalysen direkt zur Optimierung von Konstruktionskriterien der untersuchten Komponenten beitragen, um letztendlich allgemeine Empfehlungen zur Optimierung der Bauteilauslegung, z.B. für AM-Komponenten basierend auf der Untersuchung von Referenz- und realen Bauteilen zu formulieren.

Das Hauptziel dieses Projekts ist die Erstellung von ZfP-Protokollen zur Überprüfung der Schadenstoleranz in bruchkritischen Komponenten, um schließlich "Best Practice Analysis Guidelines" für AM-, Composite- und Hybridbauteile zu entwickeln.

Der multidisziplinäre Ansatz von SpaceNDT ergänzt europäische Raumfahrtaktivitäten und stärkt gleichzeitig die Rolle Österreichs als leistungsstarken und kompetenten ESA-Partner im Raumfahrtbereich in Bezug auf ZfP und High-Tech-Komponenten.

Projektleitung

FH OÖ Forschungs & Entwicklungs GmbH

Projektpartner:innen

• Aerospace & Advanced Composites GmbH
• FOTEC Forschungs- und Technologietransfer GmbH
• Peak Technology GmbH

FH OÖ Forschungs & Entwicklungs GmbH
FH-Prof. PD DI Dr. Johann Kastner
Stelzhamerstraße 23
A-4600 Wels