Druckluftbeschleuniger (Gaskanone)

• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 537373841

Beantragt wird ein Druckluftbeschleuniger (Gaskanone) zur Durchführung von Stoßversuchen mit hoher Aufprallgeschwindigkeit (High-Velocity Impact, HVI) an Leichtbaustrukturen aus metallischen oder faserverstärkten Werkstoffen, um Schädigungsmechanismen zu verstehen und simulativ beschreiben zu können und neuartige Strukturkonzepte bzgl. ihrer Schadensresistenz oder Energieabsorptionsfähigkeit bewerten zu können. Solche HVI-Belastungen spielen im Flugzeugbau und anderen technischen Disziplinen eine große Rolle, weil sie für eine Vielzahl der Strukturkomponenten aus Sicherheitsgründen die dimensionierenden Lastfälle darstellen. Als Beispiel seien der Vogelschlag, Hagelschlag, Impact durch Reifen- oder Felgenbruchstücke etc. genannt. Bei der Erforschung neuer, nachhaltigerer oder leichterer Flugzeugbauweisen ist die experimentelle und numerische Betrachtung von HVI-Belastungen von höchster Bedeutung. Eine solcher Druckluftbeschleuniger basiert auf dem Prinzip der schlagartigen Expansion eines Gases aus einem Druckbehälter, welches ein in einer Führungshülle gebettetes Projektil entlang eines langen Rohrs beschleunigt, um dieses auf eine fest eingespannte Probe oder Strukturkomponente zu schießen. Das Auftreffen des Projektils auf der Versuchsstruktur und die Strukturantwort werden zum einen mittels Hochgeschwindigkeitskameras sowie optischer 3D-Dehnungsfeldmessung per Aramis-Sensor, zum anderen mittels Dehnmessstreifen, Kraftsensoren oder Beschleunigungssensoren qualitativ und quantitativ ausgewertet, wofür ein Hochgeschwindigkeitsmessverstärker mit einer genügend hohen Anzahl an Messkanälen erforderlich ist. Im Bereich der Luftfahrtforschung sind insbesondere größere Projektile relevant, also Vogelersatzprojektile aus Gelatine, Reifenteile, Felgenteile, Drohnenkomponenten, etc. Daher beantragen wir eine Gaskanone mit ausreichend großem Rohrdurchmesser (220 mm) für Projektilmassen im Bereich von 900-3.600 g bei Impactgeschwindigkeiten von etwa 100-250 m/s. Die Ziele der mit diesem Forschungsgroßgerät im Rahmen der Neuberufung von Prof. Heimbs verbundenen Forschung beinhalten die Untersuchung des hochdynamischen Material- und Schädigungsverhaltens von Leichtbauwerkstoffen inkl. der Entwicklung widerstandsfähigerer Materialien, die Erforschung von Impact-Schutzsystemen (für die Sicherheit von Strukturen, Tanks, Passagieren), die Erforschung neuartiger Impactlastfälle wie Drohnenkollision, die Erforschung von vereinfachten, standardisierten Ersatzprojektilen, die Verbesserung und Validierung von numerischen Simulationsmethoden, die experimentelle Demonstration der Impactresistenz von in vielen Forschungsprojekten gewünschten Großdemonstratoren oder Prototypen, die Entwicklung von branchenspezifischen Richtlinien, Standards und Anforderungen sowie die Verwertung und den Transfer der HVI-Forschungserkenntnisse aus der Luftfahrtforschung in die Bereiche Automobilbau, Schienenverkehr oder Windkraftanlagen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Druckluftbeschleuniger (Gaskanone)
• Gerätegruppe: 2920 Schlagprüfmaschinen, Vibrations- und Beschleunigungs-Prüfanlagen
• Antragstellende Institution: Technische Universität Braunschweig
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Sebastian Heimbs