Ermüdungstests in der Luftfahrtindustrie

Bevor ein Flugzeug zum ersten Mal abhebt, kommt es auf den Prüfstand. Dort werden die Lasten aufgebracht, die in verschiedenen Betriebssituationen zu erwarten sind. Ziel ist dabei, genau herauszufinden, wie sich die Flugzeugstruktur in unterschiedlichen Situationen verhält. In diesen Prüfungen müssen mögliche Konstruktionsfehler aufgedeckt werden, um maximale Betriebssicherheit zu gewährleisten.

Ermüdungstests an Flugzeugen umfassen die folgenden Disziplinen:

  • Materialprüfung: Ermüdungstests an Werkstoffproben
  • Komponentenprüfung: Betriebsfestigkeitsprüfung einzelner Flugzeugkomponenten wie Tragflächen, Türen etc. mit bis zu einigen Hundert Messkanälen
  • Tests an der Gesamtkonstruktion: Ermüdungstests an der Gesamtstruktur des Flugzeugs und statische Belastungstests am Flügel, gewöhnlich mit tausenden von Messkanälen, meistens DMS

Gesamtstrukturermüdung

Ermüdungstests an der Gesamtstruktur simulieren verschiedene, für die Gesamtkonstruktion des Flugzeugs typische Betriebssituationen wie beispielsweise Landungen, Starts, Druckanstieg oder -abfall in der Kabine. Für diese zeitlich verdichteten Prüfungen wird ein Satz von Flugsituationen definiert – windstill, turbulent, Notlandung etc. – und die zu erwartenden Lasten werden aufgebracht. Typischerweise dauern die Tests einige Jahre, um ein Vielfaches der Betriebsdauer eines Flugzeugs zu simulieren.

Statische Belastung

Beim statischen Belastungstest wird die Grenzlast auf den Flügel aufgebracht. Die Grenzlast ist definiert als die Höchstlast multipliziert mit einem Sicherheitsfaktor und beträgt beispielsweise das 1,5-fache der Last, der die Tragfläche während ihrer gesamten Betriebsdauer höchstens ein Mal ausgesetzt sein wird (=Höchstlast). Bei der Prüfung wird die Last in kleinen Schritten bis zur Grenzlast erhöht. Selbst dann müssen alle Tragflächenkomponenten einschließlich der Querruder und Landeklappen einwandfrei funktionieren. In einigen Fällen wird die Last über die Grenzlast hinaus erhöht, bis die Tragfläche bricht, um herauszufinden, ob sie zu massiv konstruiert ist.

Komponenten

Um einzelne Komponenten zu püfen, werden diese den zu erwartenden Belastungen der gesamten Flugzeugbetriebsdauer ausgesetzt - und zwar wiederholt. Das betrifft beispielsweise Türen, Tragflächen, Leitwerk, etc. Typischerweise spielen Komponententests die Lasten echter Flüge nach. Dadurch wird vor dem Zusammenbau für die Prüfung der Gesamtkonstruktion sichergestellt, dass jede Komponente für sich diesen Lasten standhält.

Bild mit freundlicher Genehmigung von IABG

Material

In der Luftfahrt ist Gewicht teuer. Daher verbessern Hersteller ständig die Werkstoffe für neue Flugzeuge. Der Trend geht zu Verbundwerkstoffen, additiver Fertigung, leichteren Legierungen und Keramik. Um die Belastbarkeit dieser Werkstoffe zu prüfen, werden einzelne Materialproben mit Lasten beaufschlagt. Diese Proben müssen unter anderem zyklischer Belastung, Zug und Druck sowie Biege- und Torsionsmomenten standhalten.

Vorteile der Lösung von HBM

Universell

  • Systeme für die zentrale oder dezentrale Datenerfassung für einige wenige bis zu Tausenden von Messkanälen
  • Patentierte 3- oder 4-Leitertechnik fürDehnungsmessstreifen zur Kompensation von Leitungswiderständen
  • Gleichspannung für höchste Messraten oder Trägerfrequenz für maximale Rauschunterdrückung
  • Einfache Anbindung an das Steuersystem über Analogausgang, Dynamic Link Library (DLL) oder EtherCAT®*

Maßgeschneidert

  • Intuitive Softwarepakete für kleine und große Kanalzahlen
  • Globale Verteilung der Messdaten über Server-Client-Architektur
  • Anwendungsspezifische Visualisierung und Berechnung, z.B. Prediction Lines
  • Integration anspruchsvoller, kundenspezifischer Echtzeitberechnungen
  • Erfassen digitaler Daten von Standard-Avionik-Bussen (ARINC 429, MIL-STD-1553)

Zuverlässig

  • Bewährte Lösungen, seit Jahrzehnten im Einsatz
  • Hunderttausende von Messkanälen im Feld
  • Komplettlösung aus einer Hand, vom Sensor, über den Verstärker bis zur Software – schlüsselfertig
  • Nahtlose Integration von faseroptischen Sensoren und Interrogatoren
  • Erfahrenes Ingenieursteam für Inbetriebnahme und Support (auch vor Ort)
*EtherCAT® ist eine eingetragene Marke und patentierte Technologie lizenziert durch die Beckhoff Automation GmbH, Deutschland
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