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Development of Integrated MEasurement Systems

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Verbessertes System zur Überwachung des Strukturzustands an Bord von Passagierflugzeugen

Fortgeschrittene integrierte Prüfverfahren können nun den Zustand eines Passagierflugzeugs während des Flugs überwachen, um Schäden oder Mängel wie Risse vor der nächsten regulären manuellen Inspektion zu erkennen.

Verkehr und Mobilität

Regelmäßige Inspektionen von Flugzeugstrukturen finden sowohl am Boden als auch während des Flugbetriebs statt. Bei diesen manuell durchgeführten Inspektionen müssen die Tests häufig unterbrochen und die Flugzeuge außer Betrieb gesetzt werden, was mit erheblichen Kosten verbunden ist.

Innovative Technologie inspiziert Flugzeuge jetzt in Echtzeit

Im Rahmen von Clean Sky 2, einer öffentlich-privaten Partnerschaft zwischen der Europäischen Kommission und der europäischen Luftfahrtindustrie, arbeitete ein Forschungsteam des EU-finanzierten Projekts DIMES an der Entwicklung eines integrierten Messsystems für Passagierflugzeuge. Das System überwacht den Zustand einer Struktur, also einer Flugzeugzelle während des Flugs, und spürt strukturelle Schäden oder Mängel wie Risse oder Delaminationen auf. Eann Patterson, der Projektkoordinator von DIMES, erklärt: „Dieses System kann den Zustand ausgewählter Bereiche einer Struktur in Echtzeit und ohne Unterbrechung im Rahmen von Bodentests und möglicherweise auch während des Fluges überwachen.“ Es kann Anzeichen für Schäden in einem viel früheren Stadium ihrer Entwicklung erkennen, als dies bei einer manuellen Inspektion üblicherweise der Fall ist.

Fortschrittliche Technologie erweist sich als vorteilhaft

Das DIMES-System wurde bereits erfolgreich bei Bodentests in Originalgröße demonstriert: an einem Teil des Rumpfes bei Airbus in Toulouse (Frankreich) und an einer Tragfläche bei Airbus in Filton (Vereinigtes Königreich). „Wir kombinierten herkömmliche Punktsensoren für die Dehnung in Form von elektrischen Widerstandsmessern mit fortschrittlicheren optischen Sensoren wie Faser-Bragg-Gittern, Infrarot-Bildgebung und digitaler Bildkorrelation“, erläutert Patterson. Alle diese Sensoren werden lokal mit Computern in der Größe von Kreditkarten überwacht, die per Fernzugriff für die Datenüberprüfung bedient werden können. Da die Kosten, der Energiebedarf, das Volumen und das Gewicht des integrierten Systems minimal sind, kann es sogar an Bord eines Flugzeugs zum Einsatz kommen.

Ferninstallationssystem wird während der Pandemie in Gebrauch genommen

In weniger als vier Monaten produzierte das Team einen ersten Entwurf für das System. Ein Jahr später, als die Labors durch die Pandemie lahmgelegt wurden, war bereits ein erster funktionierender Prototyp in einem Teil einer Tragfläche installiert – auf einem Prüfstand bei Empa, der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt in Zürich. Dies war eine großartige Leistung. „Durch die Pandemie wurde zwar das Projekt verzögert, insbesondere die Demonstrationen bei Airbus, aber auch die Entwicklung eines Ferninstallationssystems angeregt. So konnten Mitglieder unseres Teams in der Schweiz und im Vereinigten Königreich den Einbau unseres integrierten Messsystems in ein Cockpit bei Airbus in Toulouse in Echtzeit anleiten“, ergänzt Patterson. Der Erfolg dieses Projekts beruht einerseits auf der langjährigen Beziehung zwischen den Partnerunternehmen und Airbus, andererseits auf früheren Projekten, darunter das Clean Sky 2-Projekt INSTRUCTIVE, das zu bedeutenden Fortschritten in der Infrarotmesstechnik führte. Außerdem wurde eine Doktoratsstelle durch den britischen Forschungsbeirat für Technik und physikalische Wissenschaften, (EPSRC) sowie durch Airbus finanziert, was zur Entwicklung neuer Bildverarbeitungsalgorithmen für die Früherkennung von Schäden führte. Langfristig wird es wahrscheinlich eine Änderung der Methodik in Richtung zustandsgesteuerte Inspektionen von Flugzeugstrukturen geben, die bei Bodentests einen Betrieb rund um die Uhr ermöglichen und die Testdauer von zwölf Monaten auf etwa drei Monate verkürzen. „Dies wird dazu beitragen, die Entwicklungszeiten für neue Flugzeuge zu reduzieren“, schließt Patterson.

Schlüsselbegriffe

DIMES, Flugzeug, Test, Inspektion, Messsystem, Sensoren, Überwachung

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23 April 2021