Nowy system monitorowania in situ zmniejsza ryzyko awarii silnika
Badacze biorący udział w projekcie i-Bearing 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.
Słowa kluczowe
iBearing, czujnik, trwałość, in situ, monitorowanie stanu, łożysko rozrusznika silnika, wskaźnik stanu
