Nowy system monitorowania in situ zmniejsza ryzyko awarii silnika
Badacze biorący udział w projekcie i-Bearing(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z powodzeniem opracowali wskaźniki dla łożysk rozrusznika, które pomagają przewidzieć, kiedy spadnie wydajność tych małych części o kluczowym znaczeniu dla silnika samolotu. Małe elementy o wielkim znaczeniu Sektor lotnictwa zobowiązał się do przeprowadzenia rewolucyjnych zmian w systemach energetycznych samolotów. Wszystkie innowacyjne funkcje pokładowe, które są oferowane w przypadku bardziej elektrycznych samolotów, muszą nie tylko pobierać i rozdzielać więcej energii elektrycznej, ale być też bardziej wydajne w przetwarzaniu energii mechanicznej na energię elektryczną. „Zapotrzebowanie na dodatkowe zasilanie energią elektryczną w silnikach samolotów zazwyczaj pociąga za sobą konieczność większych i cięższych systemów. My chcemy jednak zastosować inne podejście, a mianowicie sprawić, aby generatory obracały się szybciej”, podkreśla Abel Mendes, dyrektor ds. technicznych w portugalskiej firmie Active Space Technologies. Ta koncepcja nie jest jednak pozbawiona wyzwań: szybsze obroty oznaczają szybsze zużywanie się i awarie systemu. Zatem możliwość monitorowania silnika w czasie rzeczywistym za pomocą takiego rozwiązania jak iBearing jest bezcenna. iBearing to znacząca zmiana paradygmatu w tej dziedzinie. Jego celem jest zwiększenie wydajności zasilania, ale nie kosztem środowiska. Z tego względu prace projektu koncentrowały się na poprawie wydajności łożysk rozrusznika silnika, gdyż te komponenty mają podstawowe znaczenie dla działania silników. Jak twierdzą specjaliści w dziedzinie inżynierii lotniczej i kosmicznej, z uwagi na fakt, że są to niewielkie elementy, w dodatku niedostępne po zamontowaniu w silniku, trudno jest przewidzieć, kiedy może nastąpić ich awaria. Monitorowanie stanu silnika podczas lotu Tradycyjnie silniki samolotów są monitorowane przez jednostki stacji naziemnych. „Analiza danych zebranych z czujników znajdujących się w silniku podczas lotu umożliwia operatorom lepsze zrozumienie działania silnika i prognozowanie zużycia mechanicznego i awarii jego części”, tłumaczy Mendes. Czujniki, które są w stanie zmierzyć temperaturę, ciśnienie, drgania, a także przyspieszenie i hałas w sercu silnika lotniczego, pozwalają na lepszy wgląd w trwałość łożysk. „Pomiary emisji akustycznej są komplementarne w stosunku do czujników drgań, ponieważ mogą dostarczać informacji o zużyciu łożyska na wcześniejszym etapie, gdy mikropęknięcia dopiero zaczynają powstawać”, podkreśla Mendes. Na wczesnych etapach projektu badacze koncentrowali się na ocenie technologii wspomagających elektroniczne systemy sterowania „fly-by-wire” oraz na ocenie inteligentnych czujników. Następnie zaprojektowano i zmontowano tuleję zawierającą zarówno łożyska, jak i czujniki, która została przetestowana na specjalnym stanowisku badawczym, co pozwoliło badaczom uzyskać konstruktywne analizy danych i algorytmy diagnostyczne. „Zastosowanie nowatorskich technik fuzji danych umożliwiło ostateczne połączenie 20 wskaźników stanu w jeden algorytm, który jest w stanie przeprowadzić diagnostykę usterek, czyli sklasyfikować usterki i ocenić ich powagę na podstawie wielkości, poprzez porównanie nowych danych z ustalonymi znacznikami wadliwego stanu”, dodaje Mendes. Jak wyjaśnia dalej, warunki eksperymentalne są trudne do odtworzenia w laboratoriach i na stanowiskach testowych z uwagi na wysoką temperaturę, wysoką częstotliwość drgań i prędkość obrotową oraz utrudnienia w korzystaniu z szeregu różnych czujników wskutek mgły olejowej, ale mimo to zespół zdołał rozwiązać ten problem. Znoszenie wysokich temperatur i prędkości Niewielkie wymiary, samodzielne działanie i tolerancja na trudne warunki były niezbędnymi elementami projektu systemu monitorowania stanu, który byłby w stanie mierzyć bezpieczny czas użytkowania łożyska i przewidywać awarię z co najmniej 100-godzinnym wyprzedzeniem. Mając na względzie te cechy, zespołowi udało się opracować prototypowe urządzenie do monitorowania łożysk in situ, zdolne do znoszenia całego spektrum wartości prędkości obrotowych w różnych fazach lotu – zwykle od 10 000 do 30 000 obrotów na minutę. Wydajność prototypu została przetestowana w temperaturach od 150 do 200ºC, a w efekcie uzyskano zachęcające wyniki. Aby zwiększyć możliwości tego produktu w zakresie zgodności z normami, potrzebne będą dalsze prace w kierunku miniaturyzacji systemu iBearing i lepszego systemu kontroli temperatury. Produkt końcowy będzie miniaturowym elementem wyposażenia, łatwym do zamontowania w dowolnym łożysku, wymagającym jedynie minimalnego dostosowania do kształtu nowych łożysk. Ten autonomiczny system monitorowania stanu nie będzie wymagał pomocy operatora.
