DE102005052644A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Strukturüberwachung und Schadensfrüherkennung bei Fahrzeugen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Strukturüberwachung und Schadensfrüherkennung bei Fahrzeugen Download PDF

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Abstract

Zur Strukturüberwachung und Schadensfrüherkennung bei Fahrzeugen, insbesondere bei Fahrzeugen mit einer Faserverbundbauteile umfassenden Struktur, werden zunächst operative modale Parameter für die integere Struktur des Fahrzeugs bestimmt. Dann werden im Dauerbetrieb des Fahrzeugs wiederholt aktuelle operative modale Parameter der Struktur des Fahrzeugs bestimmt und mit den für die integere Struktur des Fahrzeugs bestimmten operativen modalen Parametern verglichen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Strukturüberwachung und Schadensfrüherkennung, insbesondere bei Fahrzeugen mit einer Faserverbundbauteile umfassenden Struktur, das die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Fahrzeug mit einer schwingungsfähigen Struktur, insbesondere einer Faserverbundbauteile aufweisenden Struktur, und den weiteren Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 7.
  • Ein besonderer Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung sind Großraumflugzeuge, bei denen es sich um Fahrzeuge mit einer schwingungsfähigen Struktur handelt, die in immer stärker zunehmendem Maße Faserverbundbauteile aufweist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Großraumflugzeuge sind Leichtbaukonstruktionen, die sich im Betrieb elastisch verformen. Dabei können durch das Zusammenspiel von Masse-, Feder- und Luftkräften selbsterregte Schwingungen auftreten, die unter Umständen innerhalb von wenigen Sekunden zum Bruch der Struktur und damit zum Absturz des Flugzeugs führen. Dieses Phänomen wird als Flattern bezeichnet und tritt immer beim Überschreiten konstruktionsabhängiger kritischer Fluggeschwindigkeiten auf. Aufgrund der enormen Wichtigkeit der Flugsicherheit gerade von Großraumflugzeugen, wird ein sogenannter Nachweis der Flattersicherheit in der Zulassung von Großraumflugzeugen gefordert. Ist die Flattersicherheit bei einem Prototyp eines Großraumflugzeugs nachgewiesen, sollte prinzipiell in der Verwendung des Großraumflugzeugs kein Flatterfall mehr auftreten. Es kann aber passieren, dass sich die schwingungsfähige Struktur des Flugzeugs verändert. Eine solche Veränderung könnte z. B. auf einer Delamination bei einem einzelnen Faserverbundbauteil oder dem Riss in einem Anschluss von Bauteilen aus Metall beruhen. Treten solche Schäden auf, dann ist die Flattersicherheit des Flugzeugs möglicherweise nicht mehr gewährleistet. Bei sehr großen Schädigungen können zwei bisher getrennte Eigenschwingungsformen des Großraumflugzeugs im Flug aufeinander fallen, d. h. aufgrund der Veränderung der schwingungsfähigen Struktur jetzt bei derselben Frequenz auftreten, was einen Flatterfall zur Folge haben könnte. Bei kleinen Schädigungen, z. B. aufgrund lokaler Delamination bei Faserverbundbauteilen, findet ebenfalls eine Änderung der schwingungsfähigen Struktur statt, die Nichtlinearitäten in der Antwort der Struktur auf Schwingungsanregungen zur Folge haben kann. Diese strukturellen Nichtlinearitäten führen dazu, dass Sub- oder Superharmonische bestimmter Frequenzen eine Kopplung von Eigenschwingungsformen bewirken können, die ebenfalls einen Flatterfall zur Folge haben kann.
  • Gleichzeitig wird der Entwicklung und dem Einsatz von Faserverbundbauteilen im Bereich der Luftfahrt in den letzten Jahren vermehrt Aufmerksamkeit geschenkt, während bei Großraumflugzeugen der Klasse Airbus A340 lediglich einige wenige Bauteile, wie z. B. das Seitenleitwerk, die Seitenruder oder Komponenten der Triebwerksgondeln, in Faserverbundbauweise ausgeführt sind, ist bei Großraumflugzeugen der neuesten Generation, wie dem Airbus A380, die Anzahl an Komponenten, die aus Faserverbundmaterial gefertigt werden, signifikant gestiegen. So werden zusätzlich zu den zuvor genannten Bauteilen z. B. Segmente des Rumpfs, die Rippen der Flüge oder die so genannte Center Wing Box aus Faserverbundbauteilen ausgebildet. Bei der geplanten Boing 787 sollen Faserverbundmaterialien die bisher verwendeten Metalle wie Aluminium oder Titan nahezu komplett ersetzten.
  • Im Gegensatz zu den bisher im Flugzeugbau überwiegend verwendeten Metallen, weisen die neu eingesetzten Faserverbundmaterialien neben signifikanten Vorteilen auch Nachteile auf. Im Gegensatz zu Metallen ist die Bruchdehnung von Faserverbundmaterialien sehr gering. Die fehlende Plastifizierbarkeit führt zu Spannungskonzentrationen an Unstetigkeitsstellen. Darüber hinaus sind die Versagensformen grundsätzlich andere als bei Metallen. Der Prozess der Schadensausbreitung ist derzeit noch nicht voll erforscht, und die Berechnungsverfahren für das Verhalten von Faserverbundbauteilen im Falle ihrer Überbelastung sind längst noch nicht ausgereift. Weitere Nachteile von Faserverbundmaterialien sind Ihre Anfälligkeit gegenüber Umgebungseinflüssen wie Feuchtigkeit, Strahlung oder Blitzschlag. Darüber hinaus weisen sie nur moderate Temperaturbeständigkeit auf, was im Bereich der Luftfahrt zum Problem werden kann, denn auf Rollfeldern können Temperaturen bis zu +60 °C herrschen, während die Temperatur im Reiseflug bis auf –60 °C abfallen kann. All diese Faktoren können einen Einfluss auf die Struktur haben. Obwohl das Langzeitverhalten von Faserverbundbauteilen noch nicht abschließend erforscht ist, ist von der Möglichkeit des Falls auszugehen, dass Schäden zunächst lokal an Faserverbundbauteilen auftreten. Ein solcher Schaden könnte z. B. die lokal begrenzte Delamination zweier Schichten direkt unter der Deckschicht eines Seitenleitwerks sein. Ein solcher Fall tritt bei Bauteilen aus homogenen Materialien, wie Metall, nicht auf. Ein weiterer Vorteil von Bauteilen aus metallischen Werkstoffen ist die äußere Beobachtbarkeit von auftretenden Schäden. Eine Delamination innerhalb eines Faserverbundbauteils ist hingegen von außen nicht zu erkennen und könnte sich über einen längeren Zeitraum ausweiten und womöglich erst dann zum Vorschein kommen, wenn die Stabilität des Faserverbundbauteils bereits nicht mehr gewährleistet ist. Schon zuvor kann die lokale Delamination aber zu einer Unsymmetrie von Eigenschwingungsformen der das Faserverbundbauteil aufweisenden Struktur führen. Ist eine solche Unsymmetrie vorhanden, dann liegt ein nichtlineares Strukturverhalten vor, und die Sub- oder Superharmonischen einer Eigenschwingungsform können zu einer Kopplung von zwei Eigenschwingungsformen führen, die einen Flatterfall zur Folge haben können. Aufgrund des Einsatzes von Faserverbundmaterialien ist es daher wichtig, neue Verfahren zur Strukturüberwachung und Schadensfrüherkennung bereitzustellen, um weiterhin die Flattersicherheit, insbesondere bei Großraumflugzeugen, zu gewährleisten. Bei den neu zu entwickelnden Konzepten wird es darauf ankommen, dass die Überwachung in Echtzeit vorgenommen wird, da nicht klar ist, wie schnell und wie überhaupt sich eine lokale Delamination in einem Faserverbundbauteil ausbreitet und zum Versagen der gesamten Struktur führen kann.
  • Aus den vorgenannten Gründen wird die Strukturüberwachung und Schadensfrüherkennung, die im Englischen auch als Structural Health Monitoring (SHM) bezeichnet wird, seit einigen Jahren auch im Bereich der Luftfahrt vorangetrieben. Derzeit werden jedoch noch keine Echtzeitüberwachungssysteme im Flug eingesetzt. Eine Übersicht über Systeme und Technologien, die in der Zukunft in der Strukturüberwachung und Schadensfrüherkennung bei Flugzeugen eingesetzt werden sollen, wird in H. Speckmann, R. Henrich: Structural Health Monitoring (SHM) – Overview on Technologies under Development. Proceedings of the 16th WCNDT 2004 – World Conference on NDT, Montreal, Canada, 2004 gegeben. Die hier beschriebenen Technologien erwachsen vor allem dem Forschungsgebiet Adaptronik. Z. B. sollen zum Aufspüren von Delaminationen in Faserverbundbauteilen akustische Wellen durch die Faserverbundbauteile gesendet und mit speziellen Wandlern empfangen werden. Eine lokale Veränderung des Materials, z. B. aufgrund von Bruch oder Delamination kann dabei mit einem Feld solcher Sensoren aufgespürt werden. Der große Nachteil ist allerdings, dass das gesamte Faserverbundbauteil mit einer Vielzahl von Sensoren bestückt sein muss, um einen an beliebiger Stelle auftretenden Schaden sicher zu erfassen. Darüber hinaus kann das Verfahren nur am Boden, d. h. ohne die äußeren Einflüsse auf die Struktur, die im Flug auftreten, eingesetzt werden. Auch die weiteren Verfahren, die in dem genannten Dokument vorgeschlagen werden, haben den Nachteil, dass sie z. B. lokale Delaminationen nur dann aufspüren können, wenn z. B. Sensoren direkt im Bereich der Delamination vorgesehen werden. Sämtliche aus diesem Dokument bekannten Verfahren sind daher nicht in der Lage, einen im Betrieb des Flugzeugs bevorstehenden Flatterfall aufgrund eines eingetretenen vorhandenen Schadens, wie z. B. einer vorhandenen Delamination von Einzelschichten, rechtzeitig zu detektieren.
  • Im Bereich der Detektion von Schäden an Bauwerken werden bereits seit längerem Verfahren eingesetzt, die auf modalen Modellen der Struktur der Bauwerke beruhen. Ein Überblick über derartige Verfahren wird in T. Uhl, K. Mendrok: Overview of Modal Model Based Damage Detection Methods. Proceedings of the International Conference on Modal Analysis Noise and Vibration Engineering (ISMA), Leuven, Belgium, 2004, gegeben. Als eine Möglichkeit zur Schadensdiagnose wird angegeben, Änderungen der Eigenschwingungsform der betrachteten Struktur heranzuziehen. Eine gewählte Eigenschwingungsform der ungeschädigten Struktur wird hierbei mit der gleichen Eigenschwingungsform der geschädigten Struktur mit Hilfe des sogenannten Modal Assurance Criterium (MAC) verglichen. Führt man diesen Test an einer ungeschädigten Struktur durch, erhält man zwei auch in der Praxis nahezu identische Eigenschwingungsformen. Der MAC beträgt in diesem Fall 1. Vergleicht man hingegen die Eigenschwingungsformen einer geschädigten Struktur mit der Eigenschwingungsform der ungeschädigten Struktur, so ergibt sich ein Wert für den MAC, der kleiner als 1 ist. Darüber hinaus erfolgt eine Veränderung der zu der Eigenschwingungsform zugehörigen Eigenschwingungsfrequenz. Es lässt sich also ein Schaden der beobachteten Struktur mittels der modalen Daten der Struktur detektieren. Im Bauwesen wird dieses Verfahren lediglich zur nachträglichen Schadensanalyse eingesetzt. D. h., es werden Daten eines Bauwerks über einen langen Zeitraum, z. B. mehrere Wochen, aufgezeichnet und nachträglich ausgewertet.
  • Bei Bauwerken ist dieses Vorgehen sinnvoll und ausreichend, da eine auftretende Schädigung in aller Regel nicht direkt zum Versagen des gesamten Systems führt.
  • AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Strukturüberwachung und Schadensfrüherkennung bei Fahrzeugen aufzuzeigen, das auch bei Großraumflugzeugen mit einer Faserverbundbauteile aufweisenden schwingungsfähigen Struktur, einen im Flug auftretenden Schadensfall so rechtzeitig detektiert, dass ein hieraus resultierender Flatterfall vermieden werden kann. Weiterhin soll ein Fahrzeug mit einer schwingungsfähigen Struktur, bei dem das neue Verfahren implementiert ist, aufgezeigt werden.
  • LÖSUNG
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Strukturüberwachung und Schadensfrüherkennung bei Fahrzeugen mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und durch ein Fahrzeug mit einer schwingungsfähigen Struktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
  • Bevorzugte Ausführungsformen des neuen Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 6, bevorzugte Ausführungsformen des neuen Fahrzeugs in den abhängigen Patentansprüchen 8 bis 10 definiert.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Bei dem neuen Verfahren werden unmittelbar im Dauerbetrieb des Fahrzeugs, also beispielsweise während des Reiseflugs eines Großraumflugzeugs die folgenden Schritte wiederholt durchgeführt. Aktuelle operative modale Parameter der Struktur des Fahrzeugs werden bestimmt, und diese werden mit den für die zuvor für die integere Struktur des Fahrzeugs bestimmten operativen modalen Parametern verglichen. Etwaige Schäden der Struktur machen sich dabei frühzeitig durch deutliche Unterschiede der aktuellen operativen modalen Parameter gegenüber den für die integere Struktur des Fahrzeugs bestimmten operativen modalen Parametern bemerkbar. Dies gilt sowohl dann, wenn als die betrachteten operativen Parameter Eigenschwingungsformen als auch Eigenfrequenzen der Struktur gewählt werden.
  • Die Bestimmung der operativen modalen Parameter, insbesondere der aktuellen operativen modalen Parameter kann auf der Basis von Schwingungsdaten erfolgen, die mit permanent an der Struktur angeordneten oder in die Struktur integrierten Beschleunigungssensoren aufgezeichnet werden.
  • Die Häufigkeit der Wiederholung der Schritte des neuen Verfahrens, die im Betrieb des Fahrzeugs durchgeführt werden, kann so hoch sein, dass von einer fortlaufenden, d. h. ununterbrochenen Wiederholung gesprochen werden kann.
  • Wenn im Rahmen des neuen Verfahrens beim Vergleichen der aktuellen operativen modalen Parameter mit den für die integere Struktur des Fahrzeugs bestimmten operativen modalen Parameter ein über einem Grenzwert liegender Unterschied festgestellt wird, kann ein Warnsignal beispielsweise an den Piloten eines Großraumflugzeugs ausgegeben werden. Es ist aber beispielsweise auch möglich, dass statt oder zusätzlich zu dem Warnsignal die Möglichkeiten der Wahl des Betriebszustands des Großraumflugzeugs durch den Piloten auf solche Betriebszustände eingeschränkt wird, von denen erwartet werden kann, dass sich der Schaden an der Struktur des Flugzeugs nicht weiter ausweitet bzw. dass der Schaden der Struktur nicht in einen Flatterfall resultiert. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die Geschwindigkeit des Flugzeugs nach oben begrenzt wird.
  • Wie bereits angedeutet wurde, ist die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung diejenige, bei der das Verfahren an einem Flugzeug, insbesondere einem Großraumflugzeug als Fahrzeug durchgeführt wird. Auch bei anderen Fahrzeugen können aber Schäden an einer Struktur durch das neue Verfahren frühzeitig erkannt werden, um einer Zerstörung der Struktur durch einen Flatterfall vorbeugen zu können. Dies gilt beispielsweise für schnelle Straßen- oder Schienenfahrzeuge.
  • Bei dem neuen Fahrzeug mit einer schwingungsfähigen Struktur sind Einrichtungen zum Bestimmen von aktuellen operativen modalen Parametern und Einrichtungen zum Vergleichen der aktuellen operativen modalen Parameter mit den operativen modalen Parametern, die vorher für die integere Struktur bestimmt wurden und in einer Datenbank vorliegen, vorgesehen.
  • Die Einrichtung zum Bestimmen der aktuellen operativen modalen Parameter weisen vorzugsweise permanent an der Struktur angeordnete oder in diese integrierte Beschleunigungssensoren auf.
  • Zumindest eine Warneinrichtung ist bei dem neuen Fahrzeug vorgesehen, um im Fall eines stärkeren Abweichens der aktuellen operativen modalen Parameter von den operativen modalen Parametern der integeren Struktur ein Warnsignal auszugeben.
  • Wie das neue Verfahren betrifft auch das neue Fahrzeug insbesondere ein Flugzeug, wie beispielsweise ein Großraumflugzeug, dessen Struktur eine Vielzahl von Faserverbundbauteilen aufweist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert und beschrieben.
  • 1 zeigt die Funktionsweise des neuen Verfahrens in Verbindung mit einem Detail eines Faserverbundbauteils eines Flugzeugs.
  • 2 zeigt einen Schnitt durch einen Bereich des Faserverbundbauteils, das teilweise in 1 wiedergegeben ist.
  • 3 zeigt die Anordnung von Beschleunigungssensoren bei einem als Faserverbundbauteil ausgebildeten Seitenleitwerk eines erfindungsgemäßen Flugzeugs; und
  • 4 zeigt die in das Flugzeug gemäß 3 integrierten Einrichtungen zur Umsetzung des neuen Verfahrens.
  • FIGURENBESCHREIBUNG
  • In 1 ist ein Bereich eines Seitenleitwerks 1 eines Flugzeugs angedeutet, das als Faserverbundbauteil 11 ausgeführt ist. Die genauere Struktur des Faserverbundbauteils 11 wird im Zusammenhang mit 2 näher erläutert werden. Die operativen Eigenschwingungsformen des Seitenleitwerks 1 werden im Flug durch aerodynamische Kräfte 4 angeregt. In das Faserverbundbauteil 11 integrierte Beschleunigungssensoren 2 senden während des Flugs permanent Schwingungssignale 12 in Form von Beschleunigungen an einen Datenrekorder 6. Die von dem Datenrekorder aufgenommenen analogen Schwingungssignale 12 werden in digitalisierte Daten 10 umgewandelt und einem Rechner 7, der sich im Cockpit des das Seitenleitwerk 1 aufweisenden Flugzeugs befindet, zur Verfügung gestellt. Der Rechner 7 greift zusätzlich auf eine Datenbank 9 zu, in der sämtliche in vorherigen Flatterversuchen an einem Prototyp des Flugzeugs für unterschiedliche Flugzustände und somit verschiedene Lastniveaus erflogenen operativen Eigenschwingungsformen und zugehörige Eigenfrequenzen abgelegt sind. Auf dem Rechner 7 läuft eine Software zur Bestimmung der aktuellen operativen Eigenschwingungsformen und der zugehörigen Eigenfrequenzen aus dem von dem Datenrekorder 6 zur Verfügung gestellten digitalisierten Daten in Echtzeit. Wird eine Biegeeigenschwingungsform über die aerodynamischen Kräfte 4 im Flug angeregt, dann wird diese Biegeeigenschwingungsform zusammen mit ihrer Eigenfrequenz automatisch von der auf dem Rechner 7 installierten operativen Modalanalysesoftware identifiziert. Im Anschluss an die Identifikation wird eine Korrelation der in der Datenbank 9 befindlichen operativen Eigenschwingungsformen und Eigenfrequenzen mit der aktuellen identifizierten Biegeeigenschwingungsform und der zugehörigen Eigenfrequenz mittels des Modal Assurance Criterium (MAC) und einem direkten Frequenzvergleich vorgenommen. Liegt keine Schädigung des Faserverbundbauteils 11 vor, kann eine Korrelation mit Hilfe des MAC-Werts vorgenommen werden, und die für die Biegeeigenschwingung ermittelte Eigenfrequenz liegt in dem in der Datenbank 9 abgelegten Frequenzband. Weist das Faserverbundbauteil 11 allerdings beispielsweise eine lokale Delamination 5 auf, die das Schwingungsverhalten der Struktur des Seitenleitwerks 1 beeinflusst, kann keine Zuordnung der aktuell identifizierten operativen Eigenschwingungsformen und Eigenfrequenz zu den in der Datenbank abgelegten operativen Eigenschwingungsformen und dem entsprechenden Frequenzband hergestellt werden. Dies hat zur Folge, dass ein im Cockpit des Flugzeugs installiertes Warnsystem 8 aktiviert wird. Das Seitenleitwerk 1 muss umgehend einer genauen Inspektion unterzogen werden, um einen insbesondere im Fall einer Ausweitung der Delamination 5 möglichen Flatterfall zu verhindern. Zusätzlich kann von dem Rechner 7 so in die Steuerung des Flugzeugs eingegriffen werden, dass alle Betriebszustände unterbunden werden, die das Flugzeug in die Nähe eines in Verbindung mit der Delatination 5 stehenden Flatterfalls führen könnten.
  • 2 skizziert einen möglichen Aufbau des als Faserverbundbauteil 11 ausgebildeten Seitenleitwerks und die Anordnung der darin integrierten Beschleunigungssensoren 2. Das Faserverbundbauteil 11 weist zwei äußere Schalen 9 auf, zwischen denen ein Kern 13 angeordnet ist. jede der äußeren Schalen 9 besteht aus mehreren Einzelschichten 3 einer Faserverbundstruktur. Zwischen den Einzelschichten 3 sind hier die Beschleunigungssensoren 2 angeordnet und so geschützt in die Struktur des Seitenleitwerks 1 integriert.
  • Aus 3 geht hervor, wie die Beschleunigungssensoren 2 über die Fläche des Seitenleitwerks 1 bei einem konkreten Flugzeug 14 verteilt sein können. In dem Cockpit 15 des Flugzeugs 14 ist der Rechner 7 gemäß 1 angeordnet.
  • Das mit Hilfe des Rechners 7 durchgeführte Verfahren ist noch einmal grundsätzliche in 4 dargestellt. Aus dem mit dem Datenrekorder 6 aufgezeichneten Schwingungs- bzw. Beschleunigungssignalen 12 werden in einem Schritt 16 die aktuellen operativen modalen Parameter des Leitwerks 1 des Flugzeugs 14 gemäß 3 bestimmt. Hierzu gehört die operative Eigenschwingungsform 17. Diese wird in Schritt 18 mit den in der Datenbank 9 vorliegenden operativen Schwingungseigenformen 19, die zuvor für die integere Struktur bestimmt wurden, verglichen. Bei auftretenden Abweichungen wird über ein Warnsystem im Cockpit 15 des Flugzeugs 14 ein Warnsignal 20 ausgegeben. Das Warnsignal kann beispielsweise akustisch und/oder optisch sein.
  • 1
    Seitenleitwerk
    2
    Beschleunigungssensor
    3
    Einzelschicht
    4
    aerodynamische Kraft
    5
    Delamination
    6
    Datenrekorder
    7
    Rechner
    8
    Warnsystem
    9
    Datenbank
    10
    digitalisierte Daten
    11
    Seitenleitwerk
    12
    Schwingungssignal
    13
    Kern
    14
    Flugzeug
    15
    Cockpit
    16
    Schritt
    17
    Eigenschwingungsform
    18
    Schritt
    19
    Eigenschwingungsform
    20
    Warnsignal

Claims (10)

  1. Verfahren zur Strukturüberwachung und Schadensfrüherkennung bei Fahrzeugen, insbesondere bei Fahrzeugen mit einer Faserverbundbauteile umfassenden Struktur, wobei das Verfahren den Schritt aufweist: – Bestimmen von operativen modalen Parametern für die integere Struktur des Fahrzeugs, gekennzeichnet durch die folgenden im Dauerbetrieb des Fahrzeugs wiederholt durchgeführten Schritte: – Bestimmen von aktuellen modalen Parametern der Struktur des Fahrzeugs und – Vergleichen der aktuellen modalen Parameter mit den für die integere Struktur des Fahrzeugs bestimmten operativen modalen Parametern.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die operativen modalen Parameter aus der Gruppe ausgewählt werden, die Eigenschwingungsformen (17, 19) und Eigenfrequenzen der Struktur umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die operativen modalen Parameter aus Schwingungsdaten bestimmt werden, die mit permanent an der Struktur angeordneten oder in die Struktur integrierten Beschleunigungssensoren (2) aufgezeichnet werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Betrieb des Fahrzeugs wiederholt durchgeführten Schritte fortlaufend wiederholt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenn beim Vergleichen ein über einem Grenzwert liegender Unterschied zwischen den aktuellen operativen modalen Parametern und den operativen modalen Parametern der integeren Struktur festgestellt wird, ein Warnsignal ausgegeben wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einem Flugzeug 14 im Flug durchgeführt wird.
  7. Fahrzeug mit einer schwingungsfähigen Struktur, insbesondere einer Faserverbundbauteile aufweisenden Struktur, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen (2, 6, 7) zum Bestimmen von aktuellen operativen modalen Parametern und Einrichtungen (7) zum Vergleichen der aktuellen modalen Parameter mit operativen modalen Parametern der integeren Struktur, die in einer Datenbank (9) vorliegen, vorgesehen sind.
  8. Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (2, 6, 7) zum Bestimmen der aktuellen operativen modalen Parameter permanent an der Struktur angeordnete oder in diese integrierte Beschleunigungssensoren (2) aufweisen.
  9. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Warneinrichtung (8) vorgesehen ist, die ein Warnsignal (20) ausgibt, wenn beim Vergleichen der aktuellen operativen modalen Parameter mit den operativen modalen Parametern der integeren Struktur ein über einem Grenzwert liegender Unterschied festgestellt wird.
  10. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Flugzeug (14) ist.
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