09.06.2020

Sikorsky setzt auf DAQ-System für sämtliche Prüfanforderungen

Heavy Rotation

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.


Materialermüdungsprüfung am Hubschrauberrumpf
Bild: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH

Strukturtests an einem Flugzeug in Originalgröße sind beeindruckend: 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 noch einmal 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. 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 zur Datenerfassung

Viele Prüfszenarien, viele Anforderungen und ein Ziel: ein DAQ-System zu finden, das mit einer einzigen Gesamtlösung alle diese Aufgaben erfüllt. In der Konzeptionsphase benannte Sikorsky einige Anforderungen, die auch bei der endgültigen Definition des DAQ-Systems eine wesentliche Rolle spielen würden. So muss das System 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. Das DAQ-System muss in einem Spezialschrank untergebracht werden, der als Shell bezeichnet wird. Diese Shell muss mobil, kompakt und robust gebaut sein und eine effiziente Schnittstelle zum DAQ-System bieten. Sie muss sich schnell und ohne Werkzeug neu konfigurieren lassen, indem Messeinheiten hinzugefügt, entfernt oder umgeschaltet werden. Weiter müssen die Messmodule außerhalb der Shell als kompakte, tragbare DAQ-Systeme arbeiten können. Abschließend muss das System 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. HBM wählte QuantumX als DAQ-System für dieses Projekt. Im Rahmen des Projekts wurde 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 CX22B-W, auf dem die PC-Software Catman AP läuft, wird kein zusätzlicher PC benötigt. Mit der Ausrüstung 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 schnelle Neukonfigurationen für sämtliche Prüfanordnungen. Catman AP bietet zudem Spezialfunktionen für Materialermüdungsprüfungen. Dazu zählen zyklusbasierte Datenaufzeichnungen und mehrere parallel arbeitende Rekorder. Darüber hinaus sind nun auch Anwendungen mit hohen Kanalzahlen möglich, indem mehrere DAQ-Stationen miteinander verknüpft werden. Dabei werden eine Vielzahl von Kanälen synchronisiert und in einer einzigen Datei gespeichert.

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