Änderung der Tragflächenbelastung

Ein türkischer Flugzeugbetreiber wollte die Tragflächenbelastung ändern, ohne dabei die Flugenveloppe erheblich zu beeinflussen. Jedes Flugzeug ist für eine bestimmte, durch Flattererscheinungen begrenzte Fluggeschwindigkeit ausgelegt. Somit kann alles, was die Eigenfrequenzen der Tragfläche beeinflusst, zu einer Reduzierung der Fluggeschwindigkeit und Verengung der Flugenveloppe führen. Diese Situation wird von den Flugzeugbetreibern nicht gewünscht, da die Geschwindigkeitsreduzierung eine Zunahme der Betriebskosten und eine Verlängerung der Flugdauer mit sich bringt.

Der Kunde war ein lokaler Flugzeugbetreiber, der einen Modaltest einer Flugzeugtragfläche benötigte. Da der Betreiber nicht über eine eigene technische Abteilung verfügte, ersuchte er den türkischen Dewesoft-Partner RMC Engineering um die Durchführung des Tests als Ingenieurdienstleistung.

Die Flugenveloppe der aktuellen Konfiguration war unbekannt. Daher wurde der Tragflächenmodaltest für die aktuelle und die geänderte Konfiguration durchgeführt. Außerdem handelte es sich um einen Dringlichkeitsfall, da das Flugzeug nur für einen sehr kurzen Zeitraum von zwei Tagen zur Verfügung stand.

Zunächst wurde der Reifendruck des Flugzeugs gesenkt, um flugähnliche Rahmenbedingungen zu schaffen. Die Tests mussten sehr schnell durchgeführt werden, wobei vorbereitende Modalanalysen vor Ort nur zur Datenvalidierung stattfanden. Der gesamte Datenerfassungs- und Anregungsprozess wurde mit Dewesoft-Sirius-Datenerfassungssystemen (Sirius HD und Sirius STG mit Analogausgängen) und dem Dewesoft Modalshaker MS-440 (Ausgangskraft 440 N) abgewickelt. Durch die einfache Bedienung der Hard- und Softwarekombination von Dewesoft konnte die Aufgabe tatsächlich fristgerecht erfüllt werden.

Das SIRIUS-Datenerfassungssystem ist ein flexibles, modulares, erweiterbares und sicheres USB- und EtherCAT-System. Das einfach zu bedienende Gerät verhindert häufig vorkommende Fehler während des Messvorgangs und bietet nahezu unbegrenzte Konfigurationsmöglichkeiten. Die Slices sind in Konfigurationen mit 1 bis 16 analogen Kanälen erhältlich und können durchgeschliffen werden. Darüber hinaus steht eine Reihe unterschiedlicher analoger Verstärker zur Verfügung, die es erlauben, praktisch jeden Sensor anzuschließen.

Modalshaker ermöglichen die modale Prüfung größerer und komplexerer Strukturen und die Verwendung verschiedener Anregungssignale. Bei den Modalshakern von Dewesoft handelt es sich um leichte, aber leistungsstarke elektromagnetische Aktoren, die bis zu 15 000 Hz erreichen und Kraftniveaus bis zu 440 N bei einem maximalen Hub von 25 mm bieten.

Im vorliegenden Fall wurde die Tragfläche mit mehreren einachsigen Beschleunigungssensoren des Typs Dynalabs 3002DE ausgestattet und an der Spitze ein Modalshaker angebracht. Die Struktur wurde zunächst in der Geometrie-Editor-Software grafisch definiert. Dann wurden die Anregungs- und Reaktionspunkte gewählt. Der Modalshaker sorgte für den Krafteintrag, und die Beschleunigungssensoren lieferten das entsprechende Beschleunigungs-Ausgangssignal. So wurden die Testpunkte angeregt, während die Software die Daten sammelte. Konkret wurde die Tragfläche mit zufälligen Burst-Folgen für 50 Durchschnittswerte angeregt, bei denen Beschleunigungssignale gesammelt wurden.

Die vorläufigen, aus den Peaks der Frequenzgangfunktionen (FRF) ausgewählten Schwingungsformen wurden im Dewesoft-FRF-Modul animiert. Dies erlaubte einen schnellen Einblick in die Qualität der Messungen.

Das FRF-Softwaremodul von Dewesoft ist ein Plugin für die Datenerfassungssoftware Dewesoft X3, das für die Analyse z.B. von mechanischen Strukturen oder elektrischen Systemen zur Bestimmung der Übertragungskennlinie (Amplitude und Phase) über einen bestimmten Frequenzbereich vorgesehen ist.

Das FRF-Modul wurde dazu verwendet, Burst-Zufallssignale für den Shaker zu erzeugen, und die vorläufigen Schwingungsformen wurden durch Auswahl der Peaks in den FRF-Plots animiert. FRF-Plots werden während der Messungen automatisch berechnet und erlauben es, die Phase und Kohärenz der Messstellen zu visualisieren. Die Visualisierung der vorläufigen Schwingungsformen diente dazu, das Vertrauen in die Qualität der Messungen zu sichern. Die detaillierten Analysen wurden später in der RMC-Zentrale durchgeführt.

Das FRF-Modul ist neben einer Reihe anderer Module (z. B. Ordnungsanalyse und Auswuchten) Teil des Dynamische-Signal-Analyse-Pakets (DSA), das zusammen mit den praktischen kleinen Messgeräten eine mobile Lösung für die Fehlererkennung darstellt.

Die Modaltests und -analysen ergaben, dass der Flugzeugbetreiber das Flugzeug auch nach der Belastungsänderung nutzen konnte. Da die Tests nur zwei Tage dauerten, wurde der Flugbetrieb nicht beeinträchtigt.

Die modale Prüfung von Flugzeugtragflächen erfordert in der Regel eine mindestens zweiwöchige Vorbereitungs- und Durchführungszeit. Die einfache Bedienung des Dewesoft-Datenerfassungssystems mit seinen Modalshakern erlaubte es uns jedoch, die Herausforderung in nur zwei Tagen zu meistern.

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