Zum Potential auxetischer Strukturen im Triebwerksbau

Die vorliegende Studie untersucht die potentiellen Einsatzfelder auxetischer Strukturen im Triebwerksbau. Auxetische Strukturen sind durch eine negative Querkontraktionszahl gekennzeichnet. Statt sich wie herkömmliche Metalle zusammenzuziehen, dehnen sie sich bei einer Zugbelastung quer zur Kraftrichtung aus. Für die Potentialanalyse werden drei Anwendungsszenarien untersucht: Die Verwendung der Struktur

(1) zum Abbau von Energie

(2) zur kinematischen Kompensation inhomogener Randbedingungen

(3) als Aktuator zur aktiven Beeinflussung des Gaspfades.

Der begrenzte Bauraum im Triebwerk in Kombination mit den Randbedingungen der additiven Fertigung, erschwert den Einsatz auxetischer Strukturen, sodass eine Anwendung nur unter folgenden Bedingungen möglich ist:

• Die Fertigungstoleranz muss deutlich kleiner als die Aktuatorhöhe sein (ca. 1%).

• Die mechanische und thermische Belastung der Struktur muss klein sein.

• Die benötigte Verschiebung darf ca. 5% der Aktuatorhöhe nicht übersteigen.

Die drei untersuchten Anwendungsfälle offenbaren nur kleine Potentiale auxetischer Strukturen im Triebwerksbau. Folgendes wird durch die Resultate der vorliegenden Arbeit ermöglicht:

• „Response-Surface-Modell“ als Vorauslegungstool

• Konstruktionsrichtlinien zur Verwendung auxetischer Strukturen

• Schnelle Potentialabschätzung weiterer Anwendungen