Neuartiger Sensor zur objektiven Einschätzung von Landeabläufen
In der Luftfahrt mag man weiche Landungen. Flugzeuge sind für einen engen Bereich an Landegeschwindigkeiten konzipiert. Wenn man diese überschreitet, landet das Flugzeug unsanft und wird womöglich beschädigt. Die Frage, ob eine Landung zu hart war, kann letztendlich nur anhand der subjektiven Einschätzung der Pilotin bzw. des Piloten beantwortet werden. Im kommerziellen Flugbetrieb Europas neigen diese dazu, Landungen häufiger als unsanft einzustufen. Daraufhin wird das Flugzeug dann, gegebenenfalls unnötigerweise, zur Inspektion geschickt, wobei auch eine Bewertung durch den Flugzeughersteller nötig werden kann. Neben den direkten Wartungskosten verursachen solche Untersuchungen auch indirekte Kosten, da das Flugzeug für geraume Zeit nicht verfügbar ist. Beim gegenwärtigen System, das auf subjektiven Einschätzungen beruht, kann es folglich zu unnötigen Wartungsarbeiten und Kosten kommen.
Photonische und faseroptische Sensoren
Die Luftfahrtbranche benötigt einen Sensor zur objektiven Bewertung von Landeabläufen. Hier setzte das EU-finanzierte Projekt ALGeSMo an und entwickelte den weltweit ersten solchen Sensor, der in kommerziellen Passagierflugzeugen zur Anwendung kommen soll. Der Sensor lässt subjektives Empfinden außen vor und stützt sich auf eine rein objektive Einschätzung von Landeabläufen. Wenn eine Landung zu unsanft vonstattenging, erfahren die Ingenieurinnen und Ingenieure sofort und mit Gewissheit davon. Der Sensor beruht auf einer Kombination aus photonischen und faseroptischen Technologien. „Optische Sensoren haben viele Vorteile“, erklärt der Projektkoordinator Jerry Symons. „Erstens sind sie eigensicher, da sie gegen elektromagnetische Störungen immun sind. Darüber hinaus bieten sie auch Multiplexkapazitäten, das heißt, dass viele Messaufnehmer in eine einzelne optische Faser integriert werden können, um zahlreiche Parameter zu analysieren. Optische Sensoren stellen auch die hohe Messgenauigkeit bereit, die für diese Anwendung unerlässlich sind.“ Das System von ALGeSMo besteht aus zwei Hauptkomponenten, die beide von Grund auf vom Projektteam entwickelt wurden. Das „Gehirn“ des Systems ist eine Faseroptik-Verarbeitungseinheit, die im Avionik-Bereich des Flugzeugs installiert wird. Die Einheit erzeugt Infrarotlicht, das an die einzelnen Achsensensoren übertragen wird. An jeder Achse befinden sich zwei Räder und jedes Rad verfügt über einen eigenen Sensor. Die Sensoren bestehen aus optischen Fasern mit Faser-Bragg-Gittern in einem Träger aus Verbundwerkstoff. Jedes Faser-Bragg-Gitter reflektiert eine andere Wellenlänge zurück an die Faseroptik-Verarbeitungseinheit. Jegliche Belastung der Achsen wird durch den Verbundwerkstoff an die Faser-Bragg-Gitter weitergeleitet, was zu einer Veränderung der Wellenlänge des reflektierten Lichts führt. Die Faseroptik-Verarbeitungseinheit empfängt das Licht der einzelnen Sensoren und wandelt Veränderungen der Wellenlängen in einen Belastungswert um. Die Sensoren werden mit einer neuen Klemmvorrichtung befestigt, die speziell für die Achse des Airbus A320 entwickelt wurde.
Grünes Licht für die weitere Entwicklung
„Im Endergebnis liefert dieses System den Beweis, dass die Fähigkeiten optischer Technologien die Anforderungen der Luftfahrtbranche erfüllen“, fügt Symons hinzu. „Wir haben die meisten unserer Ziele erreicht. Das System wurde noch nicht während eines Fluges erprobt, bewährte sich aber in einer Prüfanlage, die Landungen simuliert und die Belastungen nachbildet, denen mittelgroße Passagierflugzeuge ausgesetzt sind.“ Bei den Testläufen konnte das System die Belastung bei der Landung korrekt berechnen. Die Belastungsdaten tragen auch zur Automatisierung anderer Flugzeugfunktionen bei. Dazu gehört die Optimierung des Bremsvorgangs und der Einstellungen der Trimmung und Schubkraft beim Start. Als Nächstes wird das Team mit der Verfeinerung der neuen Funktionen auf den Technologie-Reifegrad 6 beginnen, worauf die Implementierung in zukünftigen Passagierflugzeugen folgen soll. Letztendlich werden diese Bemühungen zu weniger unnötigen Wartungen und geringeren Kosten führen. Das Projekt erhielt Finanzmittel im Rahmen des gemeinsamen Unternehmens Clean Sky 2, das vom Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union sowie von Mitgliedern von Clean Sky 2 außerhalb der EU gefördert wird.
Schlüsselbegriffe
ALGeSMo, Sensor, Flugzeug, Landung, optisch, Luftfahrt, photonisch, Airbus A320
