Auswahl der richtigen Flugzeugteile mit Schadenstoleranzanalyse

Wenn man an Flugzeugsicherheit denkt, denken die meisten Menschen an Sauerstoffmasken, Rettungsausrüstung oder modernste Designinnovationen. Doch die Sicherheit hängt von der Zuverlässigkeit aller verbauten Komponenten ab – von jeder Schraube und Mutter bis hin zu den modernsten Triebwerken.

Jedes Flugzeugteil hat seine eigene Lebensdauer. Die Schadenstoleranzanalyse (DTA) ist ein wichtiger Faktor für die Lebensdauer der verschiedenen Teile. Die DTA bewertet das Verhalten verschiedener Strukturen unter Belastung, beispielsweise wenn sich Risse, Löcher und andere Fehler bilden.

Während ältere Denkmodelle vorschrieben, dass Teile nicht ausfallen sollten – oder dass sie in regelmäßigen Abständen oder sobald sich Risse zeigten, ausgetauscht werden sollten – verfolgt DTA einen anderen Ansatz. Bei DTA gehen Wartungs- und Reparaturteams davon aus, dass es unweigerlich zu einer Verschlechterung der Teile kommt.Und dass Flugzeuge fliegen können mitmanche sichtbare Schäden – solange sie innerhalb bestimmter Schwellenwerte erkannt und überwacht werden (Skybrary).

Dieser differenziertere Ansatz verändert die Art und Weise, wie Beschaffungsentscheidungen getroffen werden. Neben Kosten und Verfügbarkeit müssen die Teams auch die Ermüdungs- und Bruchmechanik berücksichtigen. Angesichts zunehmend alternder Flotten, höherer Nutzungszyklen und einer zunehmenden Anzahl von Verbundwerkstoffen spielt die DTA eine entscheidende Rolle bei Kaufentscheidungen im Hinblick auf behördliche Genehmigungen und Betriebskontinuität.

Schadenstoleranzanalyse in der Luftfahrt verstehen

Schadenstoleranz (DT) ist eine Design- und Wartungsphilosophie, die davon ausgeht, dass im Laufe der Zeit Risse, Fehler und Korrosion in Flugzeugkomponenten auftreten (Skybrary).

Diese Philosophie entstand in den 1970er Jahren und ersetzte die „Fail-Safe“- und „Safe-Life“-Ansätze, die in den vorherigen Jahrzehnten vorherrschend waren.

Beide Ansätze hinterließen Lücken. Die Ausfallsicherheit berücksichtigte nicht die versteckte Ermüdungsentwicklung, während die Lebensdauersicherheit die Variabilität der Teileverschlechterung unter verschiedenen Bedingungen unterschätzte. DTA schloss diese Lücken, indem es Inspektion und Überwachung in die Sicherheitsgleichung einbettete.

Die Regulierungsbehörden formalisierten diesen Wandel schnell. Die US-amerikanische Luftfahrtbehörde Federal Aviation Administration kodifizierte die DTA-Anforderungen inRundschreiben 25.571-1A, in dem dargelegt wird, wie Flugzeuge ihre Fähigkeit unter Beweis stellen müssen, Ermüdung, Korrosion und Unfallschäden zu tolerieren, bis diese gefunden und behoben werden können.

Diese Empfehlung bildet weiterhin den Grundstein für die Zertifizierung moderner Flugzeuge und stellt sicher, dass bei der Konstruktion und Wartung von Strukturen davon ausgegangen wird, dass Mängel auftreten können.

Die Schadenstoleranzanalyse ist heute eine branchenweite Sicherheitsmaßnahme. Die DTA schreibt vor, dass Teile und Baugruppen realen Bedingungen wie zyklischer Belastung, Vibrationen und rauen Umgebungen standhalten müssen. So wird sichergestellt, dass Betreiber und Lieferanten sich auf die Sicherheit über den gesamten Lebenszyklus statt auf kurzfristige Lösungen konzentrieren.

FAA und internationale Regulierungsrahmen

Die Federal Aviation Administration (FAA) hat Ermüdung und Schadenstoleranz zu einer ihrer technisch anspruchsvollsten Disziplinen gemacht.

Nach Angaben der Agentur muss bewertet werden, wie Materialien und Strukturen auf Einsatzzyklen reagieren, insbesondere auf wiederholte oder schwankende Belastungen, die zu Ermüdung und Risswachstum führen (FAA). Diese Arbeit integriert Metallurgie, Bruchmechanik, zerstörungsfreie Prüfung (NDI) und probabilistische Modellierung, um die Konstruktions- und Prüfstandards für jedes zertifizierte Flugzeug festzulegen.

Rundschreiben 25.571-1Ableibt der wichtigste Leitfaden für US-Hersteller und Betreiber. Seine Anforderungen an die Schadenstoleranz erstrecken sich auf Rumpfhäute, Tragflächen, Motoraufhängungen, Fahrwerke und andere Komponenten, bei denen unentdeckte Risse schwerwiegende Folgen haben können.

Auf internationaler Ebene haben die Regulierungsbehörden ihre Standards an den Ansatz der FAA angepasst und gleichzeitig die Anforderungen an die länderspezifische oder regionale Aufsicht angepasst.

Die Europäische Agentur für Flugsicherheit (EASA) übernimmt die Richtlinien der FAA, legt aber häufig Wert auf eine Harmonisierung zwischen verschiedenen nationalen Fluggesellschaften mit unterschiedlichen Flotten. Die britische Zivilluftfahrtbehörde (CAA) schreibt Ermüdungs- und DTA-Bewertungen für alternde Flugzeuge im Rahmen zusätzlicher Lufttüchtigkeitsspezifikationen vor.(Flugzeugkonstruktionen).

Der Drang nach globaler Einheitlichkeit wurde von Regulierungsbehörden und zahlreichen Sicherheitsvorfällen vorangetrieben, bei denen die Ermüdung von Teilen unentdeckt blieb. Nach dem Unfall des Aloha Airlines Flugs 243 im Jahr 1988 (FAA) haben die Regulierungsbehörden weltweit die Anforderungen an umfassende Ermüdungstests und Schadenstoleranzprüfungen verschärft.

Entwicklung der Schadenstoleranzphilosophie

Die Entwicklung hin zu mehr Schadenstoleranz stellt einen der bedeutendsten Sicherheitsfortschritte in der Flugzeugkonstruktion dar. In der Nachkriegszeit dominierten die Prinzipien der sicheren Lebensdauer. Komponenten erhielten lediglich eine feste Lebensdauer auf Grundlage von Testdaten und wurden vor einem vermuteten Ausfall ausgemustert. Mit zunehmender Größe und Komplexität der Flugzeuge war dieser Ansatz jedoch aufgrund der Variabilität der Betriebsbedingungen nicht mehr ausreichend.

Der Wendepunkt kam, als Verkehrsflugzeuge alterten und ermüdungsbedingte Unfälle die Grenzen von Annahmen über die Lebensdauer und Ausfallsicherheit deutlich machten. Ausfälle konnten früher als vorhergesagt auftreten, oder Redundanz konnte Probleme verschleiern, bis sie sich über mehrere Belastungspfade ausbreiteten, wie beim Aloha-Airlines-Vorfall 1988.

Schadenstoleranz entwickelte sich zu einer pragmatischen Philosophie: Man geht von der Existenz von Rissen aus, konstruiert Strukturen, die diesen standhalten, und entwickelt Inspektionsprogramme, um das Wachstum vor dem Versagen zu erkennen. Dieser Ansatz erforderte neue Methoden wie die Analyse der Bruchmechanik und die probabilistische Lebensdauervorhersage, die die Rissbildung und das Wachstum unter realen Betriebsbedingungen quantifizieren konnten (ScienceDirect).

Seit den 1970er Jahren hat sich diese Philosophie mit Fortschritten in der zerstörungsfreien Prüftechnik, der digitalen Modellierung und bei Verbundwerkstoffen weiterentwickelt. Heute geht es bei der Schadenstoleranz nicht mehr nur darum, auf Risse zu reagieren, sondern diese vorherzusehen. Prädiktive Analytik und Zustandsüberwachungssysteme ermöglichen es Fluggesellschaften und Zulieferern, den Zustand von Komponenten in Echtzeit zu verfolgen. Dadurch wird Schadenstoleranz zu einer proaktiven statt einer reaktiven Strategie.

Schlüsselprinzipien der Schadenstoleranzanalyse

Die Schadenstoleranzanalyse (DTA) basiert auf mehreren Grundprinzipien, die sowohl Flugzeugherstellern als auch Teilelieferanten als Orientierung dienen.

Bruchmechanik

Es wird davon ausgegangen, dass zyklische Belastungen – wiederholte Belastungen während Start, Reiseflug, Landung und Druckzyklen – Schäden beschleunigen (FAA).

Um dies zu bewältigen, nutzen Ingenieure die Bruchmechanik, um zu modellieren, wie sich Risse unter unterschiedlichen Belastungen ausbreiten. Daten zur Risswachstumsrate, typischerweise ausgedrückt in Spannungsintensitätsfaktoren, ermöglichen die Vorhersage, wie lange ein Riss stabil bleiben kann, bevor er eine kritische Länge erreicht.

Prüfbarkeitsanforderung

Ein zweites Prinzip ist die Anforderung der Überprüfbarkeit. Strukturen müssen so konstruiert sein, dass Risse mit zerstörungsfreien Prüfmethoden (NDI) erkannt werden können, bevor sie eine unsichere Größe erreichen.

Dadurch wird sichergestellt, dass die Inspektionsintervalle an die tatsächlichen Risswachstumsraten angepasst sind, wodurch ein Puffer zwischen der Erkennung und einem möglichen Ausfall entsteht.

Redundanz und Ausfallsicherheit

DTA integriert Redundanz und Ausfallsicherheit, wo dies sinnvoll ist, ohne jedoch übermäßige Abhängigkeiten zu schaffen. Während herkömmliche ausfallsichere Strukturen von mehreren Lastpfaden abhängig waren, erfordert moderne DTA die Quantifizierung, ob Backup-Elemente die Belastungen wirklich lange genug für Inspektion und Reparatur aushalten können.

Probabilistische Bewertung

Und schließlich gewinnt die probabilistische Bewertung zunehmend an Bedeutung. Die reale Variabilität bei Materialien, Herstellung und Nutzung erfordert Modelle, die Ausfallwahrscheinlichkeiten statt deterministischer Margen berechnen.

Dies ermöglicht es Aufsichtsbehörden und Betreibern, die Sicherheit mit den wirtschaftlichen Realitäten in Einklang zu bringen und sicherzustellen, dass Inspektionsprogramme sowohl effektiv als auch durchführbar sind (ScienceDirect).

Die Rolle der Materialwissenschaft und -prüfung

Die Schadenstoleranz hängt maßgeblich vom Verständnis der im Flugzeugbau verwendeten Materialien ab. Metalle wie Aluminiumlegierungen, Titan und hochfeste Stähle dominieren strukturelle Anwendungen, wobei jedes Metall ein anderes Ermüdungs- und Risswachstumsverhalten aufweist. Verbundwerkstoffe erhöhen die Komplexität zusätzlich, da ihre Versagensmechanismen häufig Delamination und Faserbruch statt der herkömmlichen Rissausbreitung beinhalten.

Materialprüfprogramme liefern die für die DTA erforderlichen Basisdaten. Gemäß den Richtlinien der FAA müssen umfassende Strukturermüdungstests mindestens über die doppelte Lebensdauer des Flugzeugs durchgeführt werden, um langfristige Schadensmechanismen zu erfassen (FAA-Rundschreiben 25.571-1A).

Diese Tests erzeugen Wöhlerkurven (Spannung vs. Zyklen) für Ermüdungs- und Bruchzähigkeitswerte, die direkt in Risswachstumsmodelle einfließen (Siemens).

Fortschritte in der Testmethodik haben das Toolkit erweitert. Coupontests im Labormaßstab werden nun durch digitale Zwillinge und Finite-Elemente-Analyse-Modelle (FEA) ergänzt, die Tausende von Belastungsszenarien nachbilden können (USDA,Dassault Systems).

Mithilfe von Wahrscheinlichkeitssimulationen können Ingenieure untersuchen, wie sich Streuungen in den Materialeigenschaften oder Umweltfaktoren – wie Korrosion oder Temperaturschwankungen – auf die Lebensdauer auswirken.

Auch ältere Flugzeuge liefern wichtige Felddaten. Ausgemusterte Komponenten werden häufig forensischen Tests unterzogen, um Vorhersagemodelle zu validieren und Inspektionsmethoden zu verfeinern (DiVA Portal). Diese Rückkopplungsschleife zwischen der Nutzung in der realen Welt und der Laborvorhersage gewährleistet eine höhere Genauigkeit bei der Festlegung von Schadenstoleranzkriterien.

Verbundwerkstoffe bieten zwar Gewichtseinsparungen, bringen aber auch besondere Herausforderungen mit sich. Schäden in Verbundwerkstoffen sind optisch schwieriger zu erkennen und erfordern fortschrittliche NDI-Methoden wie Ultraschall-Phased-Array oder Thermografie (Darcy & Roy Press). Da Flugzeuge der nächsten Generation immer mehr Verbundstrukturen verwenden, werden DTA-Rahmen immer wichtiger.

Prüfmethoden und -technologien

Zu den herkömmlichen Prüftechniken gehören die Sichtprüfung auf Oberflächenrisse, die Farbeindringprüfung (zur Erkennung feiner Fehler) und die Magnetpulverprüfung für Eisenwerkstoffe.

Die Industrie setzt zunehmend auf fortschrittliche Technologien zur zerstörungsfreien Prüfung (ZfP). Dazu gehören Ultraschall-Phased-Array-Systeme zur Kartierung von Defekten unter der Oberfläche, Wirbelstromverfahren zur Erkennung von Oberflächen- und oberflächennahen Rissen sowie thermografische Verfahren zur Erkennung von Delaminationen in Verbundstrukturen (Iowa State Universität,Skybrary).

Die Digitalisierung verändert Inspektionen zusätzlich. Wartungsteams setzen heute tragbare Scanner ein, die Daten direkt in digitale Zwillinge des Flugzeugs einspeisen und so Risswachstumssimulationen in Echtzeit ermöglichen. In Kombination mit probabilistischer Modellierung ermöglichen diese Tools maßgeschneiderte Inspektionsintervalle, die auf der tatsächlichen Nutzung und nicht auf allgemeinen Flottendurchschnitten basieren.

Aktuelle Forschungen unterstreichen zudem die Bedeutung von Structural Health Monitoring (SHM)-Systemen. Sensoren überwachen dabei kontinuierlich Dehnung, Temperatur und Schallemissionen und erkennen Anomalien lange vor herkömmlichen Inspektionen. Obwohl SHM die vorgeschriebenen Inspektionen noch nicht vollständig ersetzen kann, stellt es eine zunehmend leistungsfähige Ergänzung dar, insbesondere für Flugzeugkonstruktionen der nächsten Generation (ScienceDirect).

Regulatorische Anforderungen und Standards

Die Schadenstoleranzanalyse ist in den Luftfahrtvorschriften der USA, Europas (mit der EASA) und Großbritanniens (unter der Civil Aviation Authority oder CAA) tief verankert.

Auch die Internationale Zivilluftfahrt-Organisation (ICAO) hat eine Angleichung zwischen den Rechtsräumen gefördert, da sie erkannt hat, dass unterschiedliche Standards zu Ineffizienzen bei multinationalen Flotten führen können (ICAO).

Eine neue regulatorische Herausforderung betrifft die additive Fertigung und neue Verbundwerkstoffe. Da sich diese Materialien unter zyklischer Belastung unterschiedlich verhalten, verfeinern die Regulierungsbehörden die Zertifizierungsrahmen, um sicherzustellen, dass die Prinzipien der Schadenstoleranz weiterhin robust bleiben. Dazu gehört die Forderung nach einer probabilistischen Bewertung neuer Materialien und die Gewährleistung, dass zerstörungsfreie Prüfungen ihre individuellen Ausfallarten erkennen können (FAA).

Diese neuen Rahmenbedingungen schaffen eine konsistente Sicherheitsgrundlage und lassen gleichzeitig Raum für Innovationen in der Materialwissenschaft.

Fallstudien zur Schadenstoleranz in der Praxis

Fallstudien aus der Praxis veranschaulichen, wie sich die Schadenstoleranzanalyse direkt auf die Flugsicherheit auswirkt.

Eines der am häufigsten zitierten Beispiele ist der Vorfall mit Aloha-Airlines-Flug 243 im Jahr 1988, bei dem es aufgrund unentdeckter Ermüdungsrisse in der Rumpfhaut zu einer explosiven Dekompression kam. Obwohl das Flugzeug sicher landete, starb ein Passagier, Dutzende weitere wurden verletzt. Die Untersuchung ergab, dass mangelhafte Inspektionsprotokolle ein unkontrolliertes Wachstum der Risse ermöglichten. Dies veranlasste die Aufsichtsbehörden, die Anforderungen an Ermüdungsprüfungen und Inspektionsprogramme zu verschärfen (Flugzeugzellendesigns).

Ein weiterer wichtiger Fall betrifft den Triebwerksausfall einer Boeing 777-200 in der Nähe von Denver im Jahr 2021. Ein einzelnes Lüfterblatt brach aufgrund von Ermüdung, was zu einem Triebwerksbrand und Trümmern führte, die über Wohngebieten niedergingen.

Obwohl es bei dem Boeing-Flug 2021 keine Verletzten gab, ergab die Untersuchung, dass bei Routineinspektionen die frühzeitige Rissbildung nicht erkannt worden war. Dieser Vorfall unterstrich die entscheidende Rolle zuverlässiger zerstörungsfreier Prüfungen und führte zu einer erneuten Überprüfung der Inspektionsintervalle (Skybrary).

Im Gegensatz dazu hat die proaktive Anwendung von Schadenstoleranz Unfälle verhindert. So werden beispielsweise moderne Flugzeuge von Airbus und Boeing vor der Zertifizierung umfassenden Ermüdungstests unterzogen, die bis zu der doppelten erwarteten Lebensdauer dauern. Dadurch wird sichergestellt, dass kritische Strukturen Schäden ohne katastrophales Versagen überstehen können, bis Inspektionen Mängel aufdecken.

Fallstudien der FAA zeigen, dass diese Tests dazu beigetragen haben, Schwachstellen im Design zu identifizieren, sodass Ingenieure strukturelle Verstärkungen lange vor dem Einsatz der Flotte anpassen konnten (FAA AC 25.571-1A).

Tools und Software zur Schadenstoleranzanalyse

Fortschritte in der Rechenleistung haben die verfügbaren Werkzeuge für Schadenstoleranzanalysen deutlich erweitert. Industriestandardsoftware wie NASGRO und AFGROW wird häufig zur Modellierung des Risswachstumsverhaltens unter verschiedenen Lastspektren eingesetzt. Diese Programme beinhalten bruchmechanische Gleichungen, Materialdatenbibliotheken und probabilistische Modelle zur Vorhersage von Rissausbreitung und Inspektionsintervallen (Flugzeugzellendesigns).

In Forschungskontexten werden fortschrittliche Modellierungsmethoden wie erweiterte Finite-Elemente-Methoden (XFEM) und Kohäsionszonenmodelle integriert, um die Rissbildung und das Risswachstum in Verbund- und Hybridstrukturen besser vorhersagen zu können (ScienceDirect).

Die Rolle der vorausschauenden Wartung

Die vorausschauende Wartung verändert den Umgang von Fluggesellschaften und Zulieferern mit der Schadenstoleranz. Traditionell erfolgten Inspektionen in festen Intervallen, sodass zwischen den Kontrollen unentdeckte Ermüdungserscheinungen auftreten konnten. Heute kombinieren Tools für die vorausschauende Wartung Sensoren, Bordüberwachung und Datenanalyse, um Ausfälle vorherzusehen, bevor sie auftreten.

Systeme zur Strukturüberwachung (SHM) integrieren beispielsweise Sensoren in Flügel, Rumpfplatten und Triebwerkskomponenten, um Spannungen und Beanspruchungen in Echtzeit zu erfassen. Treten Anomalien auf, können diese für eine genauere Untersuchung markiert werden, lange bevor Risse eine kritische Größe erreichen. Diese Systeme reduzieren die Abhängigkeit von Vermutungen und ermöglichen eine zustandsorientierte Wartung, wodurch Ausfallzeiten und Kosten minimiert werden (FAA-Disziplin für Ermüdung und Schadenstoleranz).

Dies verbessert die Sicherheit und verlängert auch die Nutzungsdauer der Komponenten, wodurch Fluggesellschaften ihre Lagerbestände optimieren und Abfall reduzieren können.

Herausforderungen der additiven Fertigung und Schadenstoleranz

Der Aufstieg der additiven Fertigung (AM) oder des 3D-Drucks bringt neue Herausforderungen und Chancen in Bezug auf die Schadenstoleranz mit sich.

Untersuchungen zeigen, dass AM zwar Leichtbaukonstruktionen und schnelles Prototyping ermöglicht, Schwankungen in der Verarbeitungsqualität und Oberflächenbeschaffenheit jedoch die Anfälligkeit für Ermüdungsschäden erhöhen können.

Gleichzeitig eröffnet AM innovative Reparaturstrategien. Beschädigte Komponenten können mithilfe von Directed Energy Deposition (DED) oder anderen AM-Prozessen wiederaufbereitet werden. Dies kann die Lebensdauer verlängern, wenn eine robuste Schadenstoleranzbewertung durchgeführt wird (DiVA Portal).

Für Zulieferer erfordert die Integration additiver Fertigung eine strenge Validierung, um die Einhaltung der Schadenstoleranzstandards der FAA und EASA sicherzustellen. Erfolgreiche Anbieter verschaffen sich einen Wettbewerbsvorteil, indem sie kosteneffiziente, anpassbare Lösungen anbieten, die die Flugtauglichkeit gewährleisten.

Ausbildung und Expertise im Bereich Schadenstoleranz

Die Schadenstoleranzanalyse (DTA) basiert auf Softwaremodellen, Inspektionsplänen und dem Fachwissen von Ingenieuren und Technikern, die diese Prinzipien anwenden.

Schulungsprogramme umfassen häufig:

Mit der Diversifizierung der Flugzeugflotten muss sich auch die Ausbildung weiterentwickeln. Neue Materialien wie Kohlefaserverbundwerkstoffe und Hybridlaminate erfordern andere Prüfverfahren als herkömmliche Aluminiumlegierungen. Gut ausgebildete Mitarbeiter sind für die Aufrechterhaltung der Flugtauglichkeit und der Betriebseffizienz von entscheidender Bedeutung.

Regulatorische Trends und globale Standards

Die Schadenstoleranz ist streng reguliert, doch die Standards entwickeln sich parallel zur Technologie weiter. Die FAA verlangt, dass alle Transportflugzeuge bei der Zertifizierung Ermüdungs- und Schadenstoleranzbewertungen bestehen, einschließlich Bestimmungen für Schäden an mehreren Standorten (FAA-Disziplin für Ermüdung und Schadenstoleranz).

Weltweit arbeiten Regulierungsbehörden an gemeinsamen oder ähnlichen Rahmenbedingungen. Die EASA spiegelt die Anforderungen der FAA wider, während die ICAO übergreifende Sicherheitsrichtlinien bereitstellt, die Einfluss auf die nationalen Behörden haben. Im asiatisch-pazifischen Raum, wo die Flotten schnell wachsen, führen die Regulierungsbehörden strengere Protokolle zur Überwachung der Ermüdung ein, um das Wachstum zu steuern, ohne die Sicherheit zu gefährden (Verband der asiatisch-pazifischen Fluggesellschaften).

Ein klarer Trend ist die Integration digitaler Technologien in die Regulierungsaufsicht. KI-gestützte Vorhersagemodelle und digitale Zwillinge werden zunehmend als Ergänzung zu herkömmlichen Ermüdungstests akzeptiert. Dieser Wandel ermöglicht es den Regulierungsbehörden, konservativere Ansätze zu reduzieren, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen.

Für Lieferanten erhöht der Nachweis der Konformität durch validierte Schadenstoleranzanalysen das Vertrauen bei OEMs und Betreibern und ebnet so den Weg für den Eintritt in neue Märkte.

FAQs

Sind alle Flugzeugteile auf Schadenstoleranz ausgelegt?

Nicht alle Flugzeugkomponenten werden im Hinblick auf Schadenstoleranz konstruiert, obwohl die meisten primären Strukturelemente wie Flügel, Rumpf, Außenhaut, Holme, Fahrwerke und Motorhalterungen eine Schadenstoleranz aufweisen müssen.

Manche Komponenten werden jedoch nach dem Safe-Life-Prinzip konstruiert. Dabei wird davon ausgegangen, dass keine Mängel vorhanden sind und die Komponente nach einer festgelegten Anzahl von Zyklen ausgemustert werden muss. Fahrwerkselemente und rotierende Teile wie Turbinenscheiben und Lüfterblätter beispielsweise unterliegen häufig den Safe-Life-Regeln, da sich selbst kleine Risse zu schnell ausbreiten könnten, um eine sichere Reparatur zu ermöglichen.

Was ist der Unterschied zwischen Ermüdung und Schadenstoleranz?

Ermüdung bezeichnet die fortschreitende Schwächung eines Materials unter wiederholten zyklischen Belastungen, wie z. B. Druckzyklen, Starts und Landungen. Mit der Zeit bilden sich mikroskopisch kleine Risse, die sich bis zum Versagen vergrößern. Die Ermüdungsanalyse konzentriert sich darauf, vorherzusagen, wann diese Risse entstehen und wie lange ein Bauteil halten kann, bevor Risse auftreten.

Die Schadenstoleranz hingegen geht davon aus, dass bereits Mängel – wie Risse oder Korrosion – in der Struktur vorhanden sind. Anstatt zu versuchen, jeden Mangel zu verhindern, wird bewertet, ob das Flugzeug mit erkennbaren Schäden sicher weiterfliegen kann, bis diese durch Inspektionen aufgedeckt werden. Die FAA definiert Schadenstoleranz als die Sicherstellung, dass die Struktur „angemessenen Belastungen ohne Versagen oder übermäßige Verformung standhält, bis der Schaden erkannt wird“ (FAA).

Was ist der Unterschied zwischen Haltbarkeit und Schadenstoleranz?

Die Haltbarkeit misst, wie gut eine Struktur Verschleiß, Ermüdung und Umwelteinflüssen im Laufe der Zeit standhält. Sie spiegelt die allgemeine Fähigkeit eines Bauteils oder einer Flugzeugzelle wider, die vorgesehene Lebensdauer ohne übermäßigen Wartungsaufwand oder vorzeitigen Ausfall zu erreichen. Beispielsweise soll durch Haltbarkeitstests sichergestellt werden, dass Komponenten über Jahrzehnte hinweg Korrosion, Belastungen und Vibrationen standhalten.

Bei der Schadenstoleranz geht es jedoch nicht um langfristige Verschleißfestigkeit, sondern um die Widerstandsfähigkeit gegenüber einmal vorhandenen Mängeln. Während es also um die Haltbarkeit geht, wie lange etwas hält, geht es bei der Schadenstoleranz darum, wie sicher es einem vorhandenen Schaden standhält.

Die Zukunft der Schadenstoleranz bei der Auswahl von Flugzeugteilen

Mit Blick auf die Zukunft verändern Digitalisierung und moderne Werkstoffe die Art und Weise, wie die Luftfahrtindustrie Schadenstoleranzanalysen anwendet.

Mithilfe von prädiktiver Analytik, maschinellem Lernen und digitalen Zwillingen können Ingenieure nun Spannungen und Risswachstum über Tausende von Flugzyklen hinweg simulieren und sich so weniger auf rein konservative Annahmen verlassen (FAA-Ermüdungs- und Schadenstoleranz).

Gleichzeitig bringt die additive Fertigung neue Herausforderungen mit sich. 3D-gedruckte Komponenten versprechen zwar Gewichtseinsparungen und individuelle Anpassungsmöglichkeiten, erfordern aber eine strenge Validierung der Schadenstoleranz hinsichtlich mikrostruktureller Variabilität. Regulierungsbehörden entwickeln bereits Rahmenbedingungen, um sicherzustellen, dass diese Teile die traditionellen Sicherheitsstandards erfüllen oder übertreffen.

Letztendlich liegt die Zukunft der Schadenstoleranz in der Kombination fortschrittlicher Modellierung mit Inspektionsdaten, der Anwendung von KI zur Erkennung von Trends, die Menschen möglicherweise übersehen, und der Anpassung der Praktiken der Lieferanten an die sich entwickelnden Anforderungen von FAA, EASA und ICAO.

Für Teilelieferanten ist die Investition in DTA-Expertise und -Konformität die Grundlage für Marktvertrauen und langfristigen Erfolg.

Die Auswahl der richtigen Flugzeugteile erfordert ComplianceUnd Vertrauen. Mit Die fortschrittlichen datengesteuerten Tools von ePlaneAIkönnen Sie die Beschaffung rationalisieren, die Sicherheit gewährleisten und in einem Markt, in dem es vor allem auf Präzision ankommt, die Nase vorn behalten.