Drahtlose Überwachung von Strukturdefekten
Der größte Teil von Forschung und Entwicklung hat sich auf die SHM-Diagnosephase einschließlich Schadensereignissen und -orten konzentriert. Die Prognosephase entspricht der Präventivmedizin; hier sollen Fehler ermittelt oder vorhergesagt werden, um Zeit, Geld und Leben zu retten. An dem Projekt "Wireless/integrated strain monitoring and simulation system" (WISMOS) arbeitende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler kombinierten sensorbasierte Diagnosesysteme mit rechnerischen strukturellen mechanikgestützten Prognosesystemen mit dem Ziel eines integrierten diagnostisch-prognostischen SHM-Systems (DPS). Die eingebauten Sensor-Aktor-Netzwerke erkennen in Echtzeit die Verortung und das Ausmaß der strukturellen Abweichungen zwischen tatsächlichen Bauteilen und ursprünglichen Bauformen. Sie überwachen außerdem die Auswirkungen der Bauteilnutzung und planen ursachenbezogene Inspektionen (im Gegensatz zu regelmäßig erfolgenden), um korrektive Maßnahmen umzusetzen, bevor die Lufttüchtigkeit beeinträchtigt wird. Konventionelle Dehnungssensorsysteme erfordern eine große Anzahl abgeschirmter Drähte sowie zahlreiche Modifikationen an bestehenden Flugzeugbauteilen. Die Wissenschaftler entwickelten das drahtlose ZigBee-Sensorsystem, um Probleme dieser Art zu minimieren. Dieses System wurde unter Einsatz eines handelsüblichen Dehnungsmessstreifens, Sensordatenwandlers und eines drahtlosen ZigBee-Chips zur Kommunikation mit einem PC entwickelt. Außerdem wurde die zugehörige Fernfeldbelastungs-Aufnahmesoftware erstellt, um physikalische Sensorpositionen mit Knotenstandorten in einer modernen progressiven Fehleranalyse entsprechend eines numerischen Haltbarkeits- und Schadenstoleranzmodells in Übereinstimmung zu bringen. Zur Druckprüfung wählten die Wissenschaftler eine versteifte Kompositplatte stellvertretend für Flugzeugrumpf- und Tragflächenkomponenten aus und verwendeten dabei sowohl eine unversehrte Platte als auch eine mit einem Diamanteinschnitt. Man verglich die Leistung des DPS mit an der Oberfläche befestigten drahtlosen ZigBee-Sensoren mit der von konventioneller verdrahteter Dehnungsmesstechnik. Die gewonnenen Signale befanden sich in guter Übereinstimmung. Zudem zeichnete das DPS im Fall des Panels mit dem Diamantschnitt eine höhere Belastung auf, was die Positionierung eines Sensors nahe eines großen Delaminierungsbruchs anzeigt. Die WISMOS DPS-Technologie konnte erfolgreich validiert werden. Die zukünftige Forschung sollte sich sowohl auf eine Erprobung des Oberflächensensorsystems im Flugbetrieb als auch die Sensoreinbettung konzentrieren. Zudem wimmelt es schon heute an Anwendungen im Zusammenhang mit Kompositen für Verkehrsflugzeuge, Militär- und Raumfahrzeuge sowie in Bauteilen für Gebäude, Landfahrzeuge, Schiffe und noch vieles mehr.
