Drehflügler werden sicherer: Datenverknüpfung zeigt, wann Wartung nötig ist
Der Hubschrauber RACER von Airbus ist ein technisches Meisterstück. Sein Erstflug ist für 2020 angesetzt und er soll bei 25 % weniger Treibstoffverbrauch 50 % schneller sein als konventionelle Hubschrauber. Seine Kombination von Auftrieb und Schub ist einzigartig, genau wie seine Bauform, die sich mit zwei Seitenrotoren im „Boxwing“-Design vom Üblichen abhebt. Solche Eigenschaften bringen aber ganz eigene technische Herausforderungen mit sich. Anders als seine traditionellen Gegenstücke braucht der RACER mehrere seitliche Triebwerksgehäuse, um den Winkel zwischen Getriebe und Propellerwellen abzudecken. Hier setzt das Projekt iGear an. Da die Kraftübertragung bei Drehflüglern normalerweise extremen Belastungen und starken Schwingungen ausgesetzt ist, ist nicht nur eine regelmäßige Wartung nötig, sondern es werden auch Echtzeitinformationen über den Zustand der Maschine gebraucht. iGear stellt dazu ein Zustandsüberwachungssystem mit mehreren Sensoren bereit, das speziell für die Seitentriebwerke des RACER gebaut wurde. „Zustandsüberwachungen (Health and Usage Monitoring Systems, HUMS) werden gebraucht, um den Zustand der Maschine zu überwachen. iGear bezieht dabei sämtliche Zustandskenndaten, insbesondere die von Getriebe und Lagern, mit ein. Es wird wahrscheinlich noch auf dem Getriebeprüfstand getestet und kann dann für alle Getriebegehäusearchitekturen mit hochentwickelter Technik verwendet werden, wie die Seitentriebwerksgehäuse, die Avio Aero für den RACER entwickelt hat“, sagt Prof. Andrew Starr, Leiter des Instituts „Through-life Engineering Services“ (TES) an der Universität Cranfield. Der RACER von Airbus hat ein Antriebssystem mit zusätzlicher Komplexität und stellt so die gängigen HUMS vor große Herausforderungen. Dabei müssen nämlich die Schwingungssignale der rotierenden Teile unter variierenden Betriebsbedingungen überwacht werden. iGear erzeugt dazu eine Übersicht für jede einzelne Zustandsanzeige, die sich aus den Schwingungssignalen ergibt, und zwar innerhalb einer definierten Spanne von möglichen Betriebseinstellungen. Die wichtigste Innovation des Systems liegt darin, dass bei einem großen Spektrum von Geschwindigkeiten und Belastungen zahlreiche Parameter in Echtzeit berücksichtigt werden. „Mit Hilfe von Datenverknüpfung werden die Eingangsdaten im Laufe der Zeit mit bestehendem Wissen kombiniert und ergeben so eine belastbare und zuverlässige Zustandsdiagnose. Dieses Verfahren ist mit den Regeln und Abläufen der Industrie voll kompatibel, sodass die Fachleute die Möglichkeit bekommen, die Leistung zu beobachten und anzupassen“, erklärt Prof. Starr. Die passenden Technologien ausfindig zu machen war eine der schwierigsten Aufgaben für das Projekt. Darum prüfte das Team von iGear eine Vielzahl verschiedener Sensoren und Diagnosealgorithmen. Beispielsweise mussten die Sensoren ein großes Parameterspektrum abdecken, aber gleichzeitig sensitiv, konsistent und zuverlässig sein. Sie sollten Umweltschutzanforderungen genügen und bei geringem Gewicht und niedrigen Kosten leicht in das Luftfahrzeug einzubauen sein. Andererseits sollten die Algorithmen sowohl sensitiv als auch belastbar sein. Zuverlässige und gesicherte Ergebnisse bei zumutbarer Rechenlast waren gefordert. Schließlich sollten sie auch nützliche Informationen über den Lebenszyklus an den Luftfahrzeugbetreiber liefern, damit dieser entsprechende Wartungsarbeiten frühzeitig und in der optimalen Reihenfolge planen kann. „Die Laborversuche an einem industriellem Getriebegehäuse sind noch nicht abgeschlossen, aber sie zeigen schon jetzt eine gute Sensitivität gegen eingepflanzte Fehler (im Labor extra eingefügte Merkmale) und liefern reichhaltige Daten, mit denen sich die Algorithmen validieren und verifizieren lassen. Als nächstes werden wir eine größere Auswahl verschiedener Szenarien durchspielen, bevor das System in ein Flugzeug-Triebwerksgehäuse eingebaut wird“, erklärt Prof. Starr. Das System von iGear eignet sich auch für andere Luftfahrzeuge als den RACER. „Rein physisch braucht es einen einfachen Montagepunkt, von dem aus eine gute Signalübertragung möglich ist. Die Algorithmen und auch die Interpretation des Zustands können dann je nach den Betriebsbedingungen eingestellt werden“, so Prof. Starr abschließend.
Schlüsselbegriffe
iGear, Airbus RACER, Getriebe, Triebwerksgehäuse, Hubschrauber, Helikopter, Drehflügler, Wartung, HUMS
