Entwicklung eines kostenoptimierten CFK-Raketenmotorgehäuses in Infusionstechnik

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Judith Fried
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Entwicklung eines kostenoptimierten CFK-Raketenmotorgehäuses in Infusionstechnik Peter Ortmann Augsburg, 19.05.

1 Entwicklung eines kostenoptimierten CFK-Raketenmotorgehäuses in Infusionstechnik Peter Ortmann Augsburg, MT Aerospace AG Franz-Josef-Strauß-Straße Augsburg Phone +49 (0) info@mt-aerospace.de

2 Vorstellung / Inhalt Vorstellung des Projektes FORC Randbedingungen / Anforderungen für die Fertigung Material- und Prozessauswahl Entwicklungslogik Fertigungsentwicklung an skalierten Breadboards (SKD) Versuche in der Prozessumgebung / MFZ (DLR) Stand der Fertigung des TA 2

der Produktionsstätte für den FORC Demonstrator Hauptziele des Projektes Herstellung eines repräsentativen Technologiedemonstrators Nachweis

3 Vorstellung des Projektes FORC FORC (Fiber - reinforced Optimized Rocket Case) ist ein Entwicklungsprojekt für ein kostenoptimiertes CFK-Raketenmotorgehäuse in Infusionstechnik Unterstützender Partner ist das DLR Institut ZLP mit dem Projekt KOFFER, Entwicklung und Aufbau der Produktionsstätte für den FORC Demonstrator Hauptziele des Projektes Herstellung eines repräsentativen Technologiedemonstrators Nachweis des Design / Layout Nachweis der Performance des Demonstrator durch Burst-Test Aufbau einer belastbaren Basis für Kostenabschätzung Erreichen von TRL6 3

Randbedingungen/Anforderungen Repräsentativ für eine Ariane 6 Booster-Konfiguration Original Durchmesser (3,5 m) Reduzierte Länge (6 m statt 12 m) Repräsentative

4 Randbedingungen/Anforderungen Repräsentativ für eine Ariane 6 Booster-Konfiguration Original Durchmesser (3,5 m) Reduzierte Länge (6 m statt 12 m) Repräsentative integrierte innere thermische Isolation (EPDM) Integrierte Schürzen Integriertes Interface für Düse und Zünder Wandstärken bis zu 50 mm im Überlappbereich Schürze / Wickelkörper 4

Textil modifizierte IM-Faser Preforming Schürze DFP Dry Fiber Placement UD-Gewebe aus

5 Material- und Prozessauswahl Repräsentative innere Isolation Manuelle Applikation Preforming Druckkörper EPDM repräsentative thermische Isolation DFW Dry Fiber Winding Textil modifizierte IM-Faser Preforming Schürze DFP Dry Fiber Placement UD-Gewebe aus IM- Faser, konfektioniert für eine AFP-Anlage 3K-Epoxidharz Infusion Vakuuminfusion in einem Schuss 5

6 Datenbasis Produktspezifische Fertigungsentwicklung Entwicklungslogik TA Fertigung des Test Article Burst-Test Erreichen vontrl6 Prozessumgebung Bestimmung der Prozessparameter in Prozessumgebung (MFZ) DFW- und DFP-Versuche SKD-Ebene Untersuchung aller kritischen Parameter Kombination der Technologien Verifikation der Prozesse Platten- / Zylinder-Ebene Permeabilitätsuntersuchungen Bestimmung von Prozessparametern Coupon-Ebene Materialscreening Materialcharakterisierung 6

7 Breadboards (SKD-Ebene) Ziele Entwicklung aller relevanten Technologien / Parameter: EPDM, DFW, DFP, Infusion Einfluss der Technologien untereinander v.a. Preforming und Infusion / Tränkbarkeit Verifikation aller Prozesse für den Testartikel inkl. Reproduzierbarkeit (SKD Final 1/2) 7

8 Breadboards (SKD-Ebene) SN 1-9 SN1 SN9 Schwerpunkte / Ziele der SKD SN 1 9 Erhöhung der z-permeabilität einer gewickelten Preform Minimieren des Setzweges einer gewickelten Preform durch Vakuum Vermeiden von Ondulationen Textil-modifizierter Roving zeigt die beste Performance im Hinblick auf Permeabilität und Wickeltechnologie 8

9 Breadboards (SKD-Ebene) SN 9 Preform SN 9 Infusion SN 9 Fertiges Bauteil 9

10 Breadboards (SKD-Ebene) SN SN10 SN13 Schwerpunkte / Ziele der SKD SN Schrittweise Integration aller relevanten Komponenten: EPDM, Bosse, Schürze Optimierung des Verzweigungsbereiches Verifikation der Robustheit der Prozesse Basis für die finalen SKD mit allen relevanten Bedingungen / Parametern äquivalent zum TA 10

11 Breadboards (SKD-Ebene) SN Schürzenwerkzeug Binderaktivierung 45 - Lage Infusion Fertiges Bauteil SN 13 11

Breadboards (SKD-Ebene) SN 14 / 15 Schwerpunkte / Ziele SKD Final 1 und 2 Design / Lagenaufbau

wie TA Simulation der Infusion Vergleich der Ergebnisse Verifikation der Reproduzierbarkeit Stabile

Infusionierte Harzmasse 128 kg Faservolumengehalt Wickellaminat 62 % Schürzenlaminat 60 %

12 Breadboards (SKD-Ebene) SN 14 / 15 Schwerpunkte / Ziele SKD Final 1 und 2 Design / Lagenaufbau identisch zum TA Alle relevanten Komponenten integriert: EPDM, 2 Schürzen, Bosse Infusionsstrategie wie TA Simulation der Infusion Vergleich der Ergebnisse Verifikation der Reproduzierbarkeit Stabile Prozesse Ergebnisse Zylinder Schürze Erfolgreiche Integration aller Komponenten Preformmasse 290 kg Infusionierte Harzmasse 128 kg Faservolumengehalt Wickellaminat 62 % Schürzenlaminat 60 % Infusionsdauer 6 h Exzellente Laminatqualität Verifikation der Reproduzierbarkeit Stabile Prozesse Verzweigungsbereich 12

Kombination aus DFW und DFP DFW-Versuche Inbetriebnahme der Anlage MFZ

13 Versuche in Prozessumgebung DFP-Versuche Inbetriebnahme der AFP-Anlage Bestimmung der Prozessparameter Ablage einer Schürze mit TA-Lagenaufbau Kombination aus DFW und DFP DFW-Versuche Inbetriebnahme der Anlage MFZ Bestimmung der Prozessparameter Optimierung der Fadenspannung Einfluss der Dimensionen 13

14 Stand der Fertigung des TA Montage des mehrteiligen CFK-Kerns Integration in die MFZ Abdichten des Kerns vakuumdicht Vorbereitung für die EPDM-Applikation 14

15 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl. Ing. Peter Ortmann Fertigungsentwicklung Composite Tel.:

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