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Global in flight health monitoring platform for composite aerostructures based on advanced VIBRATION based methods

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Moderne Plattform liefert Informationen über Ort und Schweregrad von In-Flight-Defekten

Eine EU-Initiative unterstützte die Entwicklung einer neuartigen schwingungsbasierten In-Flight-Zustandsüberwachungsplattform, die Mängel anhand von Modellierungen anstelle von realen Ereignissen erkennen soll.

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Eine während des Flugs realisierte Zustandsüberwachung (In-Flight Structural Health Monitoring) von Kompositflugzeugkomponenten kann eine komplexe Aufgabe sein, die viele Sensortypen erfordert. Das Schwingungsverhalten ist eine gut geeignete allgemeine umfassende Eigenschaft, die eine potenzielle merkliche Verringerung der Sensoranzahl möglich erscheinen lässt. Der praktische Einsatz schwingungsgestützter Zustandsüberwachungsstrategien erfordert jedoch viele Trainingseinheiten in der realen Welt, um bei Fehlererkennung, -identifikation und -lokalisierung Erfolg zu haben. Das EU-finanzierte Projekt VIBRATION ersetzte die Mehrzahl der realen Tests with durch Simulationstraining und konnte dadurch viel Zeit und Kosten sparen. Die Projektpartner entwickelten eine In-situ-SHM-Plattform, welche die Möglichkeit einer Beschädigung an einem Kompositbauteil während des Flugs anhand von Änderungen der Schwingungsmerkmale abschätzen kann. Zu diesem Zweck fertigten sie zunächst 40 kleinmaßstäbliche Kompositausleger. Deren Schwingungsreaktion wurde untersucht, um eine Grundlinie für einen gesunden Zustand des Bauteils zu bilden. Die Tests haben dazu beigetragen, die gesamte Schwankungsbreite von Materialien, Fertigungsprozessen und Nachbearbeitungen erkennen zu lassen. Einige der kleinformatigen Ausleger wurden anschließend an bestimmten Stellen und unter speziellen Bedingungen beschädigt. Diese Ausleger außerdem in Bezug auf ihre Schwingungsreaktion analysiert und dann mit mängelfreien Zuständen verglichen. Die hohe Variabilität der Reaktionen führte zur Entwicklung von speziell dafür vorgesehenen mathematischen Analysewerkzeugen, die mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit beschädigte Teile von unbeschädigten unterscheiden können. Die Forscher erfanden eine Schadenserkennungsmethode, um sicherzustellen, dass die Wahrscheinlichkeit einer falsch positiven Erkennung nahezu Null ist. Sie führten eine numerische Modellierung am Bauteil aus, um die Anzahl der visuellen Versuche am Ausleger zu erweitern und die Genauigkeit der Schadensprognose zu erhöhen. Die Bewertung der Schadenserkennungsleistung misst die Wahrscheinlichkeit eines Schadens an einem Kompositauslegerbauteil und bezeichnet den Schwellenwert zwischen einem unbeschädigten und einem schadhaften Teil. Die In-Flight-Plattform für strukturelle Zustandsüberwachung für Luftfahrtkomposite auf Grundlage von Schwingungssignalen sollte nun die Komplexität der Sensornetzwerke reduzieren sowie die Sicherheit von Fluggästen und Besatzung verbessern. Sie wird außerdem beträchtlich Zeit und Kosten für Inspektion und Wartung reduzieren und somit die Wettbewerbsposition der Luftfahrtindustrie stärken.

Schlüsselbegriffe

Zustandsüberwachung, Structural Health Monitoring, Flugzeugkomponenten, Schwingungsverhalten, VIBRATION, Schadenserkennung

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