Ein DAQ-System für sämtliche Prüfanforderungen: Sikorsky setzt auf QuantumX von HBM

In der Hubschrauberentwicklung kommen komplexe Prüfsysteme in verschiedenen Prüfszenarien mit vielfältigen Anforderungen zum Einsatz. Das Sikorsky-Instrumentierungsteam, verantwortlich für die Prüfstände am Boden, stand vor der schwierigen Aufgabe, ein Datenerfassungssystem (DAQ-System) zu finden, das sämtliche Prüfanforderungen erfüllt. 

Sikorsky hat in HBM den Partner gefunden, der diese Anforderungen erfüllt. Das Sikorsky-Team und die HBM-Anwendungsexperten haben gemeinsam ein Problemlösungskonzept erarbeitet.

 

 

 

Problem

Hubschrauber sind komplexe Maschinen mit einer Vielzahl von Teilsystemen, die alle geprüft und qualifiziert werden müssen.

Lösung

Der HBM-Messverstärker QuantumX ist das ideale DAQ-System für die Prüfanforderungen von Sikorsky. QuantumX ist modular, skalierbar und durch das flexible Systemkonzept einfach und schnell konfigurierbar. Zudem unterstützt QuantumX sehr viele verschiedene Sensor- und Aufnehmertypen.

Ergebnis

QuantumX hilft Sikorsky dabei, schneller zum Ziel zu kommen.  Die Flexibilität, Skalierbarkeit und Modularität minimieren den Konfigurationsaufwand und maximieren die Testzeit.

Worauf es bei Helikoptertests ankommt

Strukturtests an einem Flugzeug in Originalgröße sind immer sehr beeindrucken: komplette von Stahlkäfigen umgebene Rumpf- und Flügelstrukturen, die extremen Belastungen durch eine Vielzahl an Aktuatoren ausgesetzt sind, Flügel am Rande der Belastbarkeit und Tausende von Dehnungsmessstreifen (DMS) und andere Sensoren.

Wenn ein Hubschrauber getestet werden muss, gelten andere Spielregeln. Allein im Bereich der Strukturprüfung sind die Anforderungen hochspeziell und doch verschieden. Anders als in der Welt der Flugzeuge, wo sich die Datenerfassung weitgehend auf Anlagen für Full-Scale-Tests fokussiert, verfügt ein typisches Hubschrauber-Prüflabor über viele verschiedene Prüfstände.

Der erforderliche Prüfungsumfang

Rotierende Teile (Radnabe, Zugglieder, Achsen, Hebel usw.) erfordern einen hohen Aufwand bei der Bauteilprüfung. Die Prüfungen reichen von kleinen, einfachen Prüfständen, z.B. für eine einzelne Rotorblatt-Steuerstange, bei denen die Last anhand eines einachsigen Lastkonfigurators eingeleitet wird, bis zu komplexen Prüfanlagen, beispielsweise für die Nabe des Hauptrotors.

Ein bedeutender Teil der Prüfungen beschäftigt sich mit den Rotorblättern. Die Blätter des Haupt- und des Heckrotors müssen auf Materialermüdung geprüft werden, der gesamte Lebenszyklus des Helikopters wird mit einem hohen Sicherheitsfaktor simuliert. Zufällig entnommene Hubschrauber-Rotorblätter aus der Produktion werden als Testprüflinge verwendet, dazu werden sie mit den geeigneten Verbindungselementen für die Prüfstandmontage ausgestattet. Da die angewandten Belastungen sehr hoch sind, werden die Rotorblätter routinemäßig in kurzen Abschnitten geprüft, um Lasteinleitungen und Biegungen besser handhaben zu können.

Die Prüfung des Flugwerks ist sehr wichtig. Der Rumpf wird in Originalgröße auf Materialermüdung und statische Belastung geprüft. Dabei kommen große Teststrukturen, eine Vielzahl von Aktuatoren und Tausende von DMS zum Einsatz.

In bestimmten Fällen können einzelne Rumpfabschnitte auf kleineren Prüfständen für tiefgreifende Analysen getestet werden.

Insbesondere das Getriebe besteht aus kritischen Komponenten. Dazu werden Spezialprüfstände für die Prüfung über die gesamte Lebensdauer aufgebaut. Auf diesen werden  die Belastungen simuliert, die durch den Rotor sowie Extrembedingungen, z.B. zu hohe Drehmomenten oder Öllecks, verursacht werden können. Bei Messungen in diesen Bereichen geht es hauptsächlich um Drehmoment, Rotation, Druck und Temperatur. Daneben spielen alle Aktuatoren, Hydraulik- und Steuerungssysteme eine entscheidende Rolle im Hubschrauber und sollte unter keinen Umständen ausfallen oder Fehlfunktionen aufweisen.

In den wichtigsten Prüfszenarien müssen Temperatur, Last und Druck gemessen werden müssen. In einem etwas größeren Maßstab können bei Umwelttestkampagnen einzelne Bauteile oder sogar ganze Flugwerke in Klimakammern geprüft werden, um ihr Verhalten unter extremer Kälte oder Hitze zu analysieren. Dadurch wird sichergestellt, dass alle kritischen Bauteile der Maschine auch unter widrigen Umweltsituationen ihre Funktion ausführen und ordnungsgemäß reagieren.

Eine einzige Lösung für die Datenerfassung

Versetzen wir uns nun in Lage eines Instrumentierungsingenieurs, der die Aufgabe bekommt, ein DAQ-System für ein sehr umfangreiches Paket von Prüfanwendungen zu spezifizieren. Vor dieser Herausforderung stand das Sikorsky-Instrumentierungsteam. Viele Prüfszenarien, viele Anforderungen und ein Ziel: ein DAQ-System zu finden, das mit einer einzigen Gesamtlösung alle diese Aufgaben erfüllt. Sikorsky hat HBM als Partner für das neue DAQ-System ausgewählt. Hierzu analysierten ein Team der Bodentestinstrumentierung von Sikorsky und Experten von HBM aus den USA und Deutschland die Anforderungen und begannen mit der Entwicklung eines Gesamtkonzepts für das System.

In der Konzeptionsphase benannte Sikorsky einige Anforderungen, die auch bei der endgültigen Definition des DAQ-Systems eine wesentliche Rolle spielen würden.

  • Das System muss alle in Frage kommenden Sensoren und Aufnehmer unterstützen, die in den Laboren des Unternehmens verwendet werden. Dies schließt konfigurierbare Sensortypen, Filter und Messraten, die für den Betrieb der verwendeten Hardware genutzt werden, mit ein. Hinzu kommt, dass digitale Avionikbusdaten wie MIL-STD-1553 und ARINC-429 aufgezeichnet werden müssen.
  • Das DAQ-System muss in einem Spezialschrank untergebracht werden, der als „Shell“ bezeichnet wird.
  • Die Shell muss mobil, kompakt und robust gebaut sein und eine effiziente Schnittstelle zum DAQ-System bieten. Benötigt wird Ethernet und eine kabellose Verbindung.
  • Die Shell muss sich schnell und ohne Werkzeug neu konfigurieren lassen, indem Messeinheiten hinzugefügt, entfernt oder umgeschaltet werden. Die maximale Konfigurationszeit beträgt fünf Minuten.
  • Die Messmodule müssen außerhalb der Shell als kompakte, tragbare DAQ-Systeme arbeiten können.
  • Das System muss über eine drahtlose Ethernet-Verbindung in die bestehende Netzwerkinfrastruktur des Unternehmens eingebunden werden können, um Daten, die für andere Teilnehmer freigegeben werden, während der laufenden Prüfung hochzuladen.
  • Das System muss in bestehende Steuerungssysteme sowie in Sicherheits-/Abschaltsysteme von Sikorsky eingebunden werden können, um eine Verbindung für Verriegelungseinrichtungen und Zyklenzählfunktionen sicherzustellen.

DAQ-System QuantumX

HBM wählte QuantumX als DAQ-System für dieses Projekt. Der modulare, skalierbare und flexible Aufbau von QuantumX lieferte die ideale Lösung für die Anforderungen von Sikorsky. Es ist einfach zu bedienen und schnell konfigurierbar. Ebenfalls unterstützt es eine äußerst breite Palette an Sensoren und Aufnehmern.

Im Rahmen des Projekts haben Sikorsky und HBM gemeinsam eine Shell entwickelt, die 18 QuantumX-Module fasst. Die maximale Kanalzahl pro Shell liegt somit bei über 250. Jede Shell ist eine vollständig autonome mobile Datenerfassungsstation. Durch die Verwendung des Datenrekorders QuantumX CX22B-W, auf dem die PC-Software catman®AP von HBM läuft, wird kein zusätzlicher PC benötigt.

Eine maßgeschneiderte DAQ-Station

Ausstattung der Shell:

  • Leichter, fahrbarer Schrank
  • Auf dem Schrank montierter Breitbild-Monitor
  • Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), verwaltbar über das Netzwerk
  • PTP-fähiger Ethernet-Switch für vernetzten Betrieb
  • Konnektivität für Funkübertragung mit hoher Verstärkung
  • Watchdog-Funktion
  • Innenbeleuchtung, mehrere Bürstendichtungen, Halterungen zur Kabelbefestigung
  • Ausziehbare Schublade, Tastatur und Touchpad
  • Abschließbare Glastür an der Rückseite

 

Mit der Ausrüstung von HBM kann das Team der Bodentestinstrumentierung von Sikorsky nun eine Vielzahl von DAQ-Systemen bereitstellen, die alle Prüfanforderungen erfüllen. Das auf den Kunden abgestimmte Konzept ermöglicht beispiellos schnelle Neukonfigurationen für sämtliche Prüfanordnungen. Die auf dem Datenrekorder CX22B-W laufende Software catman®AP bietet zudem Spezialfunktionen für Materialermüdungsprüfungen. Dazu zählen zyklusbasierte Datenaufzeichnungen und mehrere parallel arbeitende Rekorder.

Dank der Flexibilität und Skalierbarkeit des DAQ-Systems QuantumX sind nun auch Anwendungen mit hohen Kanalzahlen möglich, indem mehrere DAQ-Stationen miteinander verknüpft werden. Dabei werden Tausende von Kanälen synchronisiert und in einer einzigen Datei gespeichert.

Über Sikorsky

Seit dem Flug des ersten einsetzbaren Hubschraubers der Welt im Jahr 1939 ist Sikorsky Branchenführer in diesem Bereich und zeichnet sich durch einen hohen Anspruch an Innovation, Exzellenz und Sicherheit aus.

Sikorsky (ein Unternehmen von Lockheed Martin) liefert Militär- und Drehflügelflugzeuge für alle fünf Gattungen der US-Streitkräfte. Daneben bietet das Unternehmen militärische Dienstleistungen an und verfügt über kommerzielle Betreiber in 40 Ländern.

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