BAE Systems mit Sitz in Großbritannien ist federführend bei Entwicklung und Bau des Flugzeugs und verantwortlich für die Strukturtests am CTOL-Flugwerk.

Prüfen des F-35-Flugwerks im integrierten BAE-Systems-Programm für Strukturtests

In die Leistungsfähigkeit des Mehrzweckkampfflugzeugs F-35, Joint Strike Fighter (JSF), in den USA auch Lightning II genannt, werden große Hoffnungen gesetzt. Das Kampfflugzeug soll in drei Varianten gefertigt werden: als konventionell startendes und landendes Flugzeug (CTOL), als Kurzstartflugzeug mit Senkrechtlandekapazität (STOVL) und als trägergestützte Variante (CV); erwartet wird, dass insgesamt ca. 3000 Flugzeuge gebaut werden.

Die große Vielfalt möglicher Einsatzgebiete des Flugzeugs in Verbindung mit den unterschiedlichen Erwartungen in militärischen Kreisen bedeutet, dass die Struktur des Flugwerks sorgfältig geprüft werden muss, um eine hohe Leistungsfähigkeit über die gesamte Betriebsdauer sicherzustellen. Darüber hinaus ist das Flugzeug, wie die meisten modernen Kampfflugzeuge auch, dynamisch instabil und daher äußerst beweglich. Dies stellt zusätzliche Anforderungen an die Struktur, die während der Entwicklung des Flugzeugs und über seine gesamte Nutzungsdauer sorgfältig überprüft werden müssen.

BAE Systems mit Sitz in Großbritannien ist federführend bei Entwicklung und Bau des Flugzeugs und verantwortlich für die Strukturtests am CTOL-Flugwerk. In seiner Versuchsanlage für Struktur- und dynamische Tests (S&DT - Structural and Dynamic Test Facility) in Brough, West Yorkshire, arbeitet das Unternehmen ständig an der Entwicklung und Überwachung der Struktur von zwei F-35-Flugwerken.

Die Versuchsanlage soll quantitative Daten dafür liefern, dass die strukturelle Festigkeit von Flugwerken über die voraussichtliche Betriebsdauer den Konstruktionsspezifikationen entspricht. Sie ist spezialisiert auf Planung, Erstellung und Durchführung umfassender Strukturprüfungen über den gesamten Prüflebenszyklus.

Ein wesentlicher Aspekt des von BAE Systems für das Programm für F-35-Strukturtests verfolgten Ansatzes war die Notwendigkeit verbesserte Methoden des Umgangs mit in den Versuchen gewonnenen Informationen zu entwickeln. Ziel des Unternehmens war die straffere Gestaltung seiner Herangehensweise durch ein Überdenken alt hergebrachter Methoden.

Statische und Ermüdungstests

Bei Strukturtests der F-35 setzt BAE Systems HBM-Geräte ein, um Daten von rund 3,800 Kanälen in einem der weltweit größten Systeme für die Erfassung von Strukturdaten zu erfassen.

In der Versuchsanlage werden sowohl Ermüdungsversuche als auch statische Prüfungen durchgeführt. Ermüdungsversuche beanspruchen deutlich mehr Zeit als statische Prüfungen und basieren auf Datentrends, die Veränderungen im Strukturverhalten über der Zeit aufzeigen. Diese geben einfach Auskunft über mögliche Risse oder andere irreguläre Bedingungen im Betrieb.

Während der Versuche werden über einen beschleunigten Zeitrahmen verschiedene Strukturteile mit unterschiedlichen Lasten beaufschlagt, um mögliche Schädigungen im laufenden Betrieb zu reproduzieren. Mit komplexen, computergestützten Versuchssteuerungs- und Datenerfassungssystemen wird gelenkt, wie die Kräfte in die verschiedenen Teststrukturen eingeleitet werden; dabei wird das entsprechende Antwortverhalten genau überwacht. Die Prüflinge sind normalerweise mit Dehnungsmessstreifen bestückt, mit denen erzeugte Dehnungen in Echtzeit erfasst werden können.

Bei den Strukturtests in der Versuchsanlage werden HBM-Geräte für die Datenerfassung und -analyse eingesetzt. Zur Ausstattung gehören ein Datenerfassungssystem von HBM mit der Software catman® Enterprise, das an 32, auf acht Schaltschränke im Prüfstand verteilte MGCplus-Geräte angeschlossen ist. Die HBM-Geräte arbeiten vollständig synchron und stellen BAE Systems eines der weltweit größten Systeme für die Erfassung von Strukturdaten zur Verfügung. Das MGCplus unterstützt ein breites Spektrum von Sensoren, Aufnehmern, Feldbusanbindungen und Standard-PC-Schnittstellen und ist dadurch die ideale Wahl für diese Anwendung. Die modulare Struktur stellt sicher, dass das System problemlos erweitert oder verändert werden kann, sollten sich die Anforderungen von BAE Systems ändern.

Das Softwarepaket catman® Enterprise wurde speziell für Messungen mit hohen Kanalzahlen mit dem Datenerfassungssystem MGCplus entwickelt, wobei der zugehörige Messdaten-Server (Measurement Data Server (MDS)) die eigentliche Messung durchführt und Überwachung und Auswertung in Echtzeit ermöglicht. Über diesen Versuchsaufbau haben die Versuchsingenieure Zugriff auf rund 3.800 Kanäle, bestückt mit ML801-Karten und Anschlussplatten AP815 versehen mit RJ45-Steckern für die Datenerfassung.

Gemeinsame Nutzung von Daten

MGCplus und die Software catman® Professional im Einsatz für Datenerfassung und -analyse stellen sicher dass die Flugversuchinstrumente der F-35 korrekt funktionieren.

Eine weitere Herausforderung war die gemeinsame, zeitnahe Nutzung von Daten an mehreren Standorten. Dazu gehören die Standorte von BAE Systems in Brough und Samlesbury, sowie die drei Anlagen von Lockheed Martin und das Werk von Northrop Grumman in El Segundo in den USA. Dies war von großer Bedeutung um sicherzustellen, dass die Versuchsteams in Abstimmung miteinander schnell und unabhängig von ihrem tatsächlichen Standort Entscheidungen treffen konnten. Dafür lieferte HBM seine Software MD Client zur gemeinsamen Nutzung der Versuchsdaten in Echtzeit und zum Vergleichen dieser Daten mit Vorhersagen und MIN/MAX-Alarmgrenzen bei den verschiedenen, für die Strukturintegration zuständigen Teams.

BAE Systems verfügt über ein lokales Netzwerk (LAN) für die Kommunikation zwischen allen in der Versuchsanlage vorhandenen Rechnern. Der Messdaten-Server (MDS) von HBM ist so konfiguriert, dass er unter Verwendung des Industrie-Standard-Protokolls TCP-IP über Ethernet mit dem Steuerungsnetzwerk von BAE Systems kommuniziert.

Darüber hinaus nutzt BAE Systems nCode Automation™ von HBM für die Datensicherung und das automatische Erstellen von Statistikdaten während des Hochladens sowie nCode GlyphWorks® von HBM für grafische Darstellungen. nCode Automation von HBM ermöglicht automatische Datensicherung, Auswertung und Berichterstellung und bietet eine webbasierte, kollaborative Schnittstelle zur gemeinsamen Nutzung von Versuchsdaten und zugehörigen Informationen. Damit konnte BAE Systems den verschiedenen Teams innerhalb von zwei Stunden nach Abschluss eines Versuchs Daten zur Verfügung stellen. Mit den nCode-Produkten erweitert HBM sein Angebot an Werkzeugen für Datenerfassung und Analyse.

Das Team von HBM UK sorgt zusammen mit BAE Systems dafür, dass das vollständig rückführbare System stets kalibriert und voll funktionsfähig ist. Dadurch können die Versuchsingenieure allen während der Prüfung der Flugwerke erfassten Ergebnissen uneingeschränkt vertrauen. HBM UK ist nach ISO 9001 zertifiziert und kann daher kritische technische Herausforderungen optimal unterstützen.

FTI-Prüfungen

Ein weiterer Bereich in der Entwicklung der F-35, für den das Fachwissen von BAE Systems von Bedeutung ist, ist der Abbau von Risiken des Systems der Flugversuchsinstrumente (FTI - Flight Test Instrumentation) im Flugzeug. Dies war eine besonders herausfordernde Aufgabe und erforderte eine spezielle Herangehensweise. Normalerweise wird für die zentrale Aufgabe der Prüfung des Datenerfassungssystems in modernen Kampfflugzeugen das FTI-System des jeweiligen Flugzeugs selbst verwendet.

Im Falle der F-35 musste die Prüfung der Systeme an Bord jedoch sorgfältig koordiniert werden, da das System in Fort Worth, in Texas, USA, eingebaut wird, die Heckteile aber in Großbritannien gefertigt werden. Dies bedeutet, dass BAE Systems in Samlesbury jeden eingebauten Aufnehmer und die zugehörige Verkabelung im Flugzeug während der Bauphase einschalten und eine Funktionsprüfung durchführen muss. Diese Herangehensweise bietet ein hohes Maß an Sicherheit, dass das Gesamtsystem funktioniert.

Wieder bieten die Geräte von HBM den Ingenieuren von BAE Systems die Werkzeuge, die sie benötigen. MGCplus und die Software catman® Professional von HBM zur Datenerfassung und -analyse ermöglichen BAE Systems die problemlose und genaue Durchführung der Prüfungen.

Die Geräte dienen zur Erfassung der Daten einer Vielzahl ganz unterschiedlicher Aufnehmer, darunter auch Dehnungsmessstreifen, Druckaufnehmer und Beschleunigungsaufnehmer. Nach einer Beratung durch HBM hat sich BAE Systems für ein System entschieden, das auf 48 Kanälen für DMS-Eingänge, 16 Kanälen für Beschleunigungs-Eingänge und 8 Kanälen für Thermoelement-Eingänge basiert. Im Lieferumfang von HBM waren zusätzlich die Schulung vor Ort und der Support enthalten.

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