Zwiększanie bezpieczeństwa wiropłatów: synteza danych pomaga w ustaleniu czasu konserwacji i serwisu
Śmigłowiec Airbus RACER stanowi bezkompromisowe rozwiązanie technologiczne. Jego pierwsze loty zostały zaplanowane na 2020 rok. Według prognoz i oczekiwań, nowatorska maszyna ma być o 50 % szybsza od tradycyjnych śmigłowców, jednocześnie zapewniając zmniejszenie zużycia paliwa o 25 %. Śmigłowiec porusza się dzięki niespotykanemu dotąd połączeniu siły nośnej oraz ciągu, ponadto wyróżnia się wyjątkową konstrukcją z dwoma bocznymi śmigłami napędowymi zamontowanymi na zamkniętych skrzydłach. Tego rodzaju zmiany i innowacje wiążą się oczywiście z szeregiem wyzwań technologicznych. W odróżnieniu od tradycyjnych odpowiedników, śmigłowiec RACER wymaga zestawu bocznych przekładni, które umożliwiają napędzanie śmigieł i przekazywanie napędu ze skrzyni biegów ze względu na kąt ich montażu. To właśnie tego obszaru dotyczy projekt iGear. Z racji tego, że przekazywanie mocy w wiropłatach wiąże się w wielu przypadkach z olbrzymimi obciążeniami i dużymi drganiami, wymagane jest wykonywanie regularnych przeglądów oraz prac konserwacyjnych. Konserwacja wymaga jednak również dokładnych informacji na temat stanu maszyny przekazywanych obsłudze w czasie rzeczywistym. Rozwiązaniem zaproponowanym przez uczestników projektu iGear jest system monitorowania stanu maszyny oparty na wielu czujnikach, zbudowany specjalnie z myślą o bocznych przekładniach śmigłowca RACER. „Systemy monitorowania pracy śmigłowców (ang. Health and Usage Monitoring Systems, HUMS) stanowią nieodzowny element monitorowania stanu technicznego maszyn. Rozwiązanie iGear bierze pod uwagę pełen zakres parametrów, w szczególności dotyczących kół zębatych oraz łożysk przekładni. Rozwiązanie zostanie prawdopodobnie przetestowane na zestawie przekładni, dzięki czemu pozwoli na ochronę różnorodnych systemów przekładni obejmujących zaawansowane technologie, takie jak na przykład rozwiązania opracowane przez firmę Avio Aero na potrzeby bocznej przekładni śmigłowca RACER”, twierdzi prof. Andrew Starr, dyrektor instytutu Through-life Engineering Services (TES) na Uniwersytecie w Cranfield. Śmigłowiec Airbus RACER charakteryzuje się wyjątkową złożonością systemu przekazywania mocy, co stanowi poważne wyzwanie dla istniejących systemów HUMS, które muszą monitorować sygnały dotyczące drgań obracających się elementów w zmiennych warunkach pracy. Rozwiązanie iGear spełnia te wymagania dzięki generowaniu mapy obejmującej poszczególne wskaźniki stanu wyodrębnione z sygnałów dotyczących wibracji w określonym zakresie trybów pracy. Główna innowacja, na której opiera się rozwiązanie, polega na wykorzystaniu szeregu parametrów w czasie rzeczywistym, przy dużym zakresie szybkości i obciążeń. „W celu połączenia istniejących i nowych danych wykorzystujemy technologię syntezy danych, dzięki której uzyskujemy dokładną i wiarygodną diagnozę stanu urządzenia. Proces ten jest w pełni zgodny ze zbiorem zasad i procedur obowiązujących w branży, co daje ekspertom możliwość jego obserwacji i dostosowania funkcjonalności”, wyjaśnia prof. Starr. Jednym z najważniejszych elementów projektu był wybór odpowiednich technologii, dlatego zespół projektu iGear skupił się na badaniu wielu różnorodnych czujników i algorytmów diagnostycznych. Wykorzystane czujniki musiały skutecznie monitorować szereg parametrów, a jednocześnie musiały być odpowiednio czułe, dokładne i niezawodne. Wybrane czujniki musiały spełniać wymogi środowiska pracy przy jednoczesnym zachowaniu niskiej masy własnej oraz zapewnieniu łatwej integracji z konstrukcją śmigłowca. Wykorzystane algorytmy musiały natomiast łączyć czułość i dokładność z niezawodnością, co oznacza, że musiały dostarczać wiarygodne i pewne dane przy stosunkowo niskim zapotrzebowaniu na moce obliczeniowe. Najważniejszym elementem było jednak dostarczanie użytecznych informacji dotyczących cyklu życia śmigłowca jego obsłudze, aby umożliwić ustalenie priorytetów prac konserwacyjnych i utrzymania z odpowiednim wyprzedzeniem. „Obecnie nadal trwają testy laboratoryjne na przekładni przemysłowej, jednak dotychczas udało nam się potwierdzić wysoką czułość rozwiązania na usterki wprowadzone w laboratorium, natomiast zgromadzone dane pozwoliły na sprawdzenie i potwierdzenie skuteczności algorytmów. Kolejne kroki obejmą szerszy zakres scenariuszy, zanim system będzie mógł zostać zintegrowany z przekładnią w śmigłowcu”, wyjaśnia prof. Starr. System iGear może zostać zintegrowany z samolotami innymi niż RACER. „Z fizycznego punktu widzenia system wymaga jedynie prostego miejsca montażowego, który pozwala na sprawne przesyłanie sygnału. Zastosowane algorytmy mogą być dostosowywane w zależności od warunków pracy, a także zastosowanego podejścia do ustalania stanu maszyny”, podsumowuje prof. Starr.
Słowa kluczowe
iGear, Airbus RACER, przekładnia, śmigłowiec, wiropłat, konserwacja, HUMS
