DE102016216931A1 - Anordnung und Verfahren zur On-Wing-Schubmessung von Flugzeugtriebwerken - Google Patents

Anordnung und Verfahren zur On-Wing-Schubmessung von Flugzeugtriebwerken Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) und ein Verfahren zur On-Wing-Schubmessung von Flugzeugtriebwerken (2) bzw. Turbinen-Strahltriebwerken. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der Schubkraft eines Flugzeugtriebwerks (2), wobei das Flugzeugtriebwerk (2) über eine die kraftübertragenden Elemente (3‘) einer Triebwerksaufhängung (3) mit einer bekannten Geometrie an einem Flugzeug befestigt ist, die kraftübertragenden Elemente (3‘) mit einer Anzahl an Dehnungsmesssensoren (10) versehen ist, welche die Ermittlung des Dehnungszustands der kraftübertragenden Elemente (3‘) ermöglicht, und eine der Anzahl der Dehnungsmesssensoren (10) wenigstens entsprechenden Anzahl an Temperatursensoren (11) zur Messung der Oberflächentemperatur vorgesehen ist, wobei jeweils mindestens ein Temperatursensor (11) in unmittelbarer Nähe zu jeweils einem Dehnungsmesssensor (10) angeordnet ist, umfasst die Schritte: a. Ermittlung der Temperaturen an der Oberfläche der kraftübertragenden Elemente (3‘) im Bereich der Dehnungsmesssensoren (10) durch die jeweils in unmittelbarer Nähe angeordneten Temperatursensoren (11); b. Ermittlung der Dehnung der kraftübertragenden Elemente (3‘) an den Stellen, an denen Dehnungsmesssensoren (10) vorgesehen sind; c. Ermittlung des Dehnungszustands der kraftübertragenden Elemente (3‘) auf Basis der ermittelten Dehnungen bei Kompensation der Temperatureinflüsse durch Berücksichtigung der jeweils in unmittelbarer Nähe eines Dehnungsmesssensors (10) ermittelten Temperatur; und d. Berechnung der Schubkraft des Flugzeugtriebwerks (2) aus dem ermittelten Dehnungszustand. Die erfindungsgemäße Anordnung ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur On-Wing-Schubmessung von Flugzeugtriebwerken bzw. Turbinen-Strahltriebwerken.
  • Für das steuerungstechnische Nachvollziehen des Flugzeugstandes eines Flugzeuges insbesondere im Hinblick auf die Regelung des Flugzeugtriebwerks sowie ggf. zur Identifikation von Verschleißerscheinungen, die als Hinweis auf durchzuführende Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen dienen können, ist es erforderlich, den von dem Flugzeugtriebwerk zur Verfügung gestellten Nettoschub zu ermitteln.
  • Im Stand der Technik ist es hierzu bekannt, die Schubkraft über Ersatzgrößen, wie bspw. Drehzahl und Gesamtdruckverhältnis, auf Basis thermo-aerodynamischer Größen und anhand einer zuvor erfolgten Kalibrierung in Prüfstandsversuchen zu ermitteln. Dazu werden während des Betriebs des Flugzeugtriebwerks thermodynamische Größen betreffend den Kreisprozess des Triebwerks gemessen und darauf aufbauend die vermeintliche Schubkraft über thermodynamische Parameter und spezifische Modelle an der Schubdüse (Gas-Generator-Methode), die Impulsänderung der fluidischen Durchströmung des Triebwerkes (EPR- bzw. Druckflächenmethode) oder die fluidische Leistung des Bypassverdichters (NL-Methode) berechnet. In diese Berechnungen können auch experimentell ermittelte Korrekturgrößen, wie bspw. ein Düsenkoeffizient, und sonstige Kalibrierungsfaktoren, die den Unterschied zwischen einem Prüfstandversuch und der Situation im tatsächlichen Flugbetrieb abbilden sollen, einfließen. Allerdings bleiben diese Korrekturgrößen und Kalibrierungsfaktoren während des Flugbetriebs konstant, sodass Veränderungen der Schubkraft aufgrund von außerhalb des Kreisprozesses befindlichen Komponenten eines Triebwerks, bspw. leistungsreduzierende Verschleißeinflüsse an Schubdüse oder Fan-Rotor, nicht erfasst werden können.
  • Der methodische Fehler bei einer Schubkraftermittlung gemäß diesem Stand der Technik liegt – je nach Mess- und Berechnungsmethode – bei ± 3 bis ± 5 % oder darüber.
  • Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik besteht in der mangelnden Fähigkeit, während eines Fluges evtl. auftretende Schubabweichungen schnell und ausreichend sicher auf deren Ursache zurückzuführen, um so ggf. geeignete Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Da entsprechende Analysemöglichkeiten im Stand der Technik nicht oder nur unzureichend zur Verfügung stehen, besteht dort im Wesentlichen nur die Möglichkeit, abnehmenden Schub durch eine Anpassung der Kraftstoffmenge auszugleichen.
  • Da leistungsreduzierende Verschleißeinflüsse während der Fluges gemäß dem Stand der Technik nicht überwacht werden können, ist es weiterhin vorgeschrieben, die Flugzeugtriebwerke derart zu überdimensionieren bzw. einen Überschussschub („excess thrust“) vorzusehen, dass selbst bei einem weit fortgeschrittenen Verschleiß immer noch ein vorgegebener Minimalschub („certified thrust“) erreicht wird. Eine entsprechende Überdimensionierung führt regelmäßig zu höheren Kosten und höherem Gewicht des Triebwerks.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur On-Wing-Schubmessung von Flugzeugtriebwerken zu schaffen, welche die Nachteile aus dem Stand der Technik nicht mehr oder zumindest nur noch im verminderten Umfang aufweisen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch sowie eine Anordnung gemäß dem Anspruch 7. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung der Schubkraft eines Flugzeugtriebwerks, wobei das Flugzeugtriebwerk über die kraftübertragenden Elemente einer Triebwerksaufhängung mit einer bekannten Geometrie an einem Flugzeug befestigt ist, die kraftübertragenden Elemente an der Oberfläche mit einer Anzahl Dehnungsmesssensoren versehen ist, die die Ermittlung des Dehnungszustands der kraftübertragenden Elemente ermöglicht, und eine der Anzahl der Dehnungsmesssensoren wenigstens entsprechenden Anzahl an Temperatursensoren zur Messung der Oberflächentemperatur vorgesehen ist, wobei jeweils mindestens ein Temperatursensor in unmittelbarer Nähe zu jeweils einem Dehnungsmesssensor angeordnet ist, mit den Schritten:
    • a. Ermittlung der Temperaturen an der Oberfläche der kraftübertragenden Elemente im Bereich der Dehnungsmesssensoren durch die jeweils in unmittelbarer Nähe angeordneten Temperatursensoren;
    • b. Ermittlung der Dehnung der kraftübertragenden Elemente an den Stellen, an denen Dehnungsmesssensoren vorgesehen sind;
    • c. Ermittlung des Dehnungszustands der kraftübertragenden Elemente auf Basis der ermittelten Dehnungen bei Kompensation der Temperatureinflüsse durch Berücksichtigung der jeweils in unmittelbarer Nähe eines Dehnungsmesssensors ermittelten Temperatur; und
    • d. Berechnung der Schubkraft des Flugzeugtriebwerks aus dem ermittelten Dehnungszustand.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Ermittlung der Schubkraft eines Flugzeugtriebwerks, wobei das Flugzeugtriebwerk über kraftübertragende Elemente einer Triebwerksaufhängung mit einer bekannten Geometrie an einem Flugzeug befestigt ist, wobei die kraftübertragenden Elemente mit einer Anzahl an Dehnungsmesssensoren versehen sind, welche die Ermittlung des Dehnungszustands der kraftübertragenden Elemente ermöglicht, und eine der Anzahl der Dehnungsmesssensoren wenigstens entsprechenden Anzahl an Temperatursensoren zur Messung der Oberflächentemperatur vorgesehen ist, wobei jeweils ein Temperatursensor in unmittelbarer Nähe zu jeweils einem Dehnungsmesssensoren angeordnet ist, und wobei die Dehnungsmesssensoren und Temperatursensoren mit einer Erfassungseinheit zum Erfassen der Messergebnisse der Dehnungsmesssensoren und Temperatursensoren verbunden sind, wobei die Erfassungseinheit mit einer Auswertungseinheit verbindbar ist, die dazu ausgebildet ist, die Schubkraft des Flugzeugtriebwerks gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zu ermitteln.
  • Allein aus Gründen der Übersichtlichkeit wird in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung davon ausgegangen, dass eine Triebwerksaufhängung immer mehrere kraftübertragene Elemente umfasst. Die Erfindung umfasst aber ausdrücklich auch solche Triebwerksaufhängungen, die lediglich ein kraftübertragenes Element aufweisen.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Anordnung ist es möglich, die zwischen Triebwerk und Flugzeug physikalisch übertragene Schubkraft zu messen. Eine fehlerbehaftete Berechnung der Schubkraft über Hilfsmessgrößen und Modellberechnungen mit Annahme wesentlicher Einflussgrößen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird vermieden. Außerdem bietet die direkte Messung der Schubkraft an der Systemgrenze zwischen Flugzeug und Triebwerk die Möglichkeit, schubvermindernde Einflüsse unmittelbar dem Flugzeug oder dem Triebwerk zuzuordnen. So ist es bspw. möglich, eindeutig zwischen einer Schubverminderung durch einen verschmutzten Flugzeugrumpf von Verschleißeffekten im Triebwerk selbst zu unterscheiden. Die Ermittlung der Schubkraft ist weiterhin grundsätzlich in sämtlichen Flugsituationen möglich und nicht auf solche Flugsituationen beschränkt, für die ein geeignetes Rechenmodell zu Berechnung des Nettoschubs vorhanden ist.
  • Indem die kraftübertragenden Elemente der Triebwerksaufhängung selbst als Grundlage für die Schubmessung verwendet werden, auf die erfindungsgemäß lediglich oberflächig Sensoren anzuordnen sind, kann auf eine strukturelle Veränderung der Triebwerksaufhängung, die eine umfangreiche flugtechnische Zulassung erfordern würde, verzichtet werden. Vielmehr ist es auch möglich, bereits vorhandene und im Einsatz befindliche Triebwerksaufhängung derart nachzurüsten, dass eine erfindungsgemäße Anordnung geschaffen wird und sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen lässt. Die Geometrie der Triebwerksaufhängung ist dabei genau bekannt, sodass eine rechnerische Ermittlung des Spannungszustandes in der Triebwerksaufhängung bzw. deren kraftübertragenden Elemente auf Basis einzelner Dehnungsmessungen auf der Oberfläche und darauf aufbauend die Schubkraftermittlung möglich sind.
  • Die Ermittlung des Dehnungszustandes erfolgt vorzugsweise auf Basis einer mechanischen Kalibrierung, bei der durch Aufbringen einer bekannten Prüfkraft auf die kraftübertragenden Elemente der Triebwerksaufhängung und/oder das Flugzeugtriebwerk, die Sensitivität der Dehnungsmesssensoren ermittelt wird. In anderen Worten wird ermittelt, wie sich einzelne definierte Prüfkräfte in den Messergebnissen der Dehnungsmesssensoren widerspiegeln, sodass ein Zusammenhang zwischen den Messergebnissen und der Größe der Prüfkraft geschaffen wird. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Prüfkräfte unmittelbar auf ein an der Triebwerksaufhängung montiertes Flugzeugtriebwerk ausgeübt werden, da so unmittelbar die Kraftübertragung von dem Flugzeugtriebwerk an die Triebwerksaufhängung bei der mechanischen Kalibrierung berücksichtigt werden kann.
  • Es ist bevorzugt, wenn die Kompensation der Temperatureinflüsse statische Einflüsse berücksichtigt, welche die temperaturabhängige Änderung der Werkstoffeigenschaften des Materials der kraftübertragenden Elemente der Triebwerksaufhängung im Bereich der Dehnungsmesssensoren, den Temperaturgang der verwendeten Dehnungsmesssensoren und/oder die Empfindlichkeitsänderung der verwendeten Dehnungsmesssensoren umfassen. Durch lokale Temperaturveränderungen an der Oberfläche der kraftübertragenden Elemente der Triebwerksaufhängung verändern sich das Verhalten des Materials dieser Elemente, die von dem Dehnungsmesssensoren ermittelten Messgrößen sowie deren Empfindlichkeit. Da es bei Flugzeugen im Regelfall zwischen Startund Landung auf einem Flughafen sowie der Reiseflughöhe deutliche Temperaturunterschiede gibt, ist es für die Genauigkeit der Ermittlung der Schubkraft vorteilhaft, die Temperatur auf der Oberfläche der kraftübertragenden Elemente der Triebwerksaufhängung zu berücksichtigen. Aufgrund der erfindungsgemäß in der Nähe der Dehnungsmesssensoren angeordneten Temperatursensoren ist es möglich, die Temperatur an der Oberfläche der fraglichen Elemente an den Stellen, an denen Dehnungsmesssensoren angeordnet sind, ausreichend genau zu ermitteln, die dann auch als Temperatur des jeweiligen Dehnungsmesssensors angenommen werden kann.
  • Es ist besonders bevorzugt, wenn die Kompensation der Temperatureinflüsse transiente Einflüsse berücksichtigt, welche eine ungleichmäßige Erwärmung der Triebwerksaufhängung bzw. der kraftübertragenden Elemente der Triebwerksaufhängung über ihren Querschnitt, den Verlauf der Durchwärmung der Triebwerksaufhängung bzw. der kraftübertragenden Elemente der Triebwerksaufhängung in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs der Umgebungstemperatur und/oder den Verlauf des Temperaturgangs der Dehnungsmesssensoren in Abhängigkeit des Verlaufs der Umgebungstemperatur umfassen. Es hat sich herausgestellt, dass die Berücksichtigung transienter Temperatureinflüsse für eine hohe Genauigkeit bei der Schubkraftermittlung vorteilhaft ist. Die transienten Temperatureinflüsse entstehen primär aufgrund schneller Umgebungstemperaturveränderungen, bspw. im Steig- oder Sinkflug, oder aufgrund unterschiedlicher Temperaturen auf der Oberfläche der der kraftübertragenden Elemente der Triebwerksaufhängung , die aufgrund unterschiedlicher Anströmung oder lokaler Temperatureinträge, bspw. durch das Triebwerk, entstehen können. Die Berücksichtigung der transienten Temperatureinflüsse ist wesentlich, um möglichst genau von den Messwerten der Dehnungsmesssensoren auf den Spannungszustand der Triebwerksaufhängung bzw. der kraftübertragenden Elemente der Triebwerksaufhängung und davon ausgehend auf die Schubkraft des Triebwerks schließen zu können.
  • Insbesondere die für die Kompensation von statischen und transienten Temperatureinflüssen erforderlichen Faktoren lassen sich im Rahmen von Versuchen auf einem Prüfstand, der neben dem Aufbringen von Prüfkräften sich ggf. auch die Umgebungstemperatur für die Triebwerksaufhängung einstellen und verändern lässt, ermitteln. Dabei kann aufgrund der Zulassungsbedingungen für Flugzeuge und deren Komponenten davon ausgegangen werden, dass Triebwerksaufhängungen eines Typs derart baugleich sind, dass die für eine Triebwerksaufhängung ermittelten Faktoren für die Kompensation von statischen und transienten Temperatureinflüssen auch für andere Triebwerksaufhängungen desselben Typs gelten. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt dabei grundsätzlich neben der Temperaturkalibrierung auch eine umfangreiche mechanische Kalibrierung unter Laborbedingungen. Eine erneute Kalibrierung am Triebwerk ist im Regelfall nicht erforderlich.
  • Es ist jedoch besonders bevorzugt, wenn die mechanische Kalibrierung bei vollständig an der Triebwerksaufhängung montiertem Flugzeugtriebwerk durchgeführt oder zumindest verifiziert wird, um sekundäre Lastpfade, bspw. über Schlauch-, Kabel- oder Rohrverbindungen vom Flugzeug zum Triebwerk über die Triebwerksaufhängungen zu berücksichtigen. Durch eine entsprechende Kompensation können Schubanteile, die nicht über die kraftübertragenden Elemente der Triebwerksaufhängung, sondern eben über sekundäre Lastpfade vom Triebwerk in das Flugzeug eingebracht werden, berücksichtigt werden.
  • Die Dehnungsmesssensoren können vorzugsweise Dehnungsmessstreifen, vorzugsweise in Viertel-, Halb- oder Vollbrückenanordnung umfassen. Die Dehnungsmesssensoren sind vorzugsweise so an einem kraftübertragenden Element angeordnet, dass sie die Erfassung des Dehnungszustandes in alle Raumrichtungen ermöglichen.
  • Zu Erläuterung der erfindungsgemäßen Anordnung wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Es ist erneut anzumerken, dass die Anbringung von Dehnungsmess- und Temperatursensoren ausschließlich auf der Oberfläche der kraftübertragenden Elemente der Triebwerksaufhängung erfolgt und somit keine flugtechnische Neuzulassung der Triebwerksaufhängung erforderlich ist.
  • Die erfindungsgemäß vorgesehene Erfassungseinheit ist grundsätzlich an Bord des Flugzeuges angeordnet. Die Auswerteeinheit kann ebenfalls unmittelbar an Bord des Flugzeuges angeordnet und dauerhaft mit der Erfassungseinheit verbunden sein, sodass ggf. sogar eine Berechnung der Schubkraft des Flugzeugtriebwerks in Echtzeit erfolgen kann.
  • Es ist aber auch möglich, dass an Bord des Flugzeuges die Messwerte der Dehnungsmess- und Temperatursensoren lediglich von der Erfassungseinheit erfasst werden. Die erfassten Messwerte können dann unmittelbar an eine außerhalb des Flugzeugs angeordnete Auswertungseinheit übertragen werden, die daraufhin die Schubkraft des Flugzeugtriebwerks berechnet. Alternativ können die Messwerte in einem Quick Access Recorder (QAR) zwischengespeichert werden, mit dem bei Bedarf eine bspw. mobile Auswertungseinheit verbunden werden kann, sodass die Auswertungseinheit auf Basis der zwischengespeicherten Daten die Schubkraft des Flugzeugtriebwerks berechnet.
  • Die erfindungsgemäß vorgesehene Auswertungseinheit kann vorzugsweise an Bord des Flugzeugs angeordnet und mit der Data Management Unit (DMU) des Flugzeugs verbunden sein. Weiter vorzugsweise kann die Auswertungseinheit die ermittelte Schubkraft an die DMU in Echtzeit übertragen. In anderen Worten stellt die Auswertungseinheit der DMU regelmäßig die ermittelte momentan von einem Flugzeugtriebwerk bereitgestellte Schubkraft für die weitere Verarbeitung und Steuerung des Flugzeuges zur Verfügung.
  • Alternativ ist es möglich, wenn die Erfassungseinheit und/oder die damit verbundene Data Management Unit des Flugzeugs dazu ausgebildet sind, die ermittelten Messwerte über ein Aircraft Communication Adressing and Reporting System (ACARS) zu versenden. Insbesondere zusammen mit anderen Daten betreffend den Flugzustand des Flugzeugs kann durch eine am Boden befindliche Stelle umfassend eine Auswerteeinheit die Schubkraft des Flugzeugtriebwerks ermittelt und ggf. festgestellt werden, ob und, wenn ja, welche Instandsetzungsmaßnahmen am Flugzeug oder an einem Triebwerk ggf. angezeigt sind.
  • Die Erfindung wird nun anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigt:
  • 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung.
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 zur Ermittlung der Schubkraft eines Flugzeugtriebwerks 2 eines Flugzeugs (nicht dargestellt). Das Flugzeugtriebwerk ist über eine Triebwerksaufhängung 3 umfassend kraftübertragende Elemente 3‘ mit dem Flügel 4 und darüber mit dem Flugzeug verbunden. Die Geometrie der Triebwerksaufhängung 3 umfassend die kraftübertragenden Elemente 3‘ zwischen den Anbindungspunkte an das Flugzeugtriebwerk 2 und den Flügel 4 sind bekannt und darüber hinaus zwischen den verschiedenen Flugzeugen gleichen Typs mit gleichen Flugzeugtriebwerken 2 identisch.
  • Die Anordnung 1 umfasst insgesamt vier Dehnungsmesssensoren 10 und vier Temperaturmesssensoren 11, von denen jeweils nur zwei dargestellt sind, da die jeweils anderen zwei auf der gegenüberliegenden und damit in 1 nicht dargestellten Seite der kraftübertragenden Elemente 3‘ befinden.
  • Die Dehnungsmesssensoren 10 umfassen jeweils Dehnungsmessstreifen in Vollbrückenanordnung, die jeweils eine vollständige zweiachsige Bestimmung der Dehnungen an der Oberfläche der kraftübertragenden Elemente der Triebwerksaufhängung 3 ermöglichen. Indem vier Dehnungsmesssensoren 10 vorgesehen sind, lässt sich unter Berücksichtigung der Geometrie der Triebwerksaufhängung 3 der Dehnungszustand der Triebwerksaufhängung 3 in grundsätzlich alle Raumrichtungen ermitteln.
  • Die vorgesehenen Temperatursensoren 11 sind jeweils in unmittelbarer Nähe zu den Dehnungsmesssensoren 10 angeordnet. Auch hier sind wieder zwei der Temperatursensoren 11 auf der in 1 nicht dargestellten Seite der kraftübertragenden Elemente 3‘ der Triebwerksaufhängung 3 angeordnet. Über die Temperatursensoren 11 lässt sich die jeweils lokale Oberflächentemperatur der kraftübertragenden Elemente 3‘ ermitteln. Aufgrund der unmittelbaren Nähe zu den Dehnungsmesssensoren 10 sind die gemessenen Temperaturen auch für den jeweils benachbarten Dehnungsmesssensor 10 gültig.
  • Die Dehnungsmesssensoren 10 und die Temperatursensoren 11 sind über Analog-Digitalwandler 21 und eine Erfassungseinheit 22 mit einer Auswertungseinheit 20 verbunden. Die Auswertungseinheit 20 ist dabei dazu ausgebildet, aus den von den Dehnungsmesssensoren 10 und den Temperatursensoren 11 stammenden Messdaten den momentanen Schub des Flugzeugtriebwerks 2 zu ermitteln. Dazu führt die Auswertungseinheit 20 die folgenden Schritte durch:
    • a. Empfang der von dem Temperatursensoren 11 ermittelten Temperaturen an der Oberfläche der kraftübertragenden Elemente 3‘ der Triebwerksaufhängung 3;
    • b. Empfang der Messwerte der Dehnungsmesssensoren 10, die die Dehnung der kraftübertragenden Elemente 3‘ der Triebwerksaufhängung 3 an den Stellen, an denen die jeweiligen Dehnungsmesssensoren 10 vorgesehen ist, widerspiegeln;
    • c. Ermittlung des Dehnungszustands der Triebwerksaufhängung 3 in alle Raumrichtungen auf Basis der ermittelten Dehnungen bei Kompensation der Temperatureinflüsse durch Berücksichtigung der jeweils in unmittelbarer Nähe eines Dehnungsmesssensors 10 ermittelten Temperatur; und
    • d. Berechnung der Schubkraft des Triebwerks aus dem ermittelten Dehnungszustand.
  • Um aus den Messergebnissen der Dehnungsmesssensoren 10 grundsätzlich den Dehnungszustand der Triebwerksaufhängung 3 ableiten zu können, ist eine zuvor erfolgte mechanische Kalibrierung der Dehnungsmesssensoren 10 erforderlich.
  • Bei der Temperaturkompensation werden sowohl statische als auch transiente Temperatureinflüsse berücksichtigt. Die für die entsprechende Temperaturkompensation erforderlichen Faktoren wurden zuvor an einer baugleichen Triebwerksaufhängung 3 in einem Prüfstand umfassend eine aktive Klimaregelung ermittelt und können für die Temperaturkompensation baugleicher Triebwerksaufhängung 3 herangezogen werden. Die statischen Temperatureinflüsse umfassen die temperaturabhängige Änderung der Werkstoffeigenschaften des Materials der Triebwerksaufhängung 3 bzw. der kraftübertragenden Elemente 3‘ im Bereich der Dehnungsmesssensoren 10, den Temperaturgang der verwendeten Dehnungsmesssensoren 10 und die Empfindlichkeitsänderung der verwendeten Dehnungsmesssensoren 10. Die transienten Temperatureinflüsse umfassen eine ungleichmäßige Erwärmung der Triebwerksaufhängung 3 bzw. der kraftübertragenden Elemente 3‘ über ihren Querschnitt, den Verlauf der Durchwärmung der kraftübertragenden Elemente 3‘ in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs der Umgebungstemperatur und den Verlauf des Temperaturgangs der Dehnungsmessstelle 10 in Abhängigkeit des Verlaufs der Umgebungstemperatur.
  • Durch die entsprechende Temperaturkompensation kann auf Basis der mechanischen Kalibrierung in jedem Flugzustand ein genauer Wert des von dem Flugzeugtriebwerk 2 an den Flügel 4 und damit an das Flugzeug übertragenen Schubs ermitteln. Dabei wird der tatsächliche Schub ermittelt und nicht ein aufgrund von Modellannahmen aus Hilfsgrößen errechneter Schub.
  • Der von der Auswertungseinheit 20 ermittelte Schub wird in Echtzeit an die Data Management Unit 23 des Flugzeugs übertragen und dort bei der Steuerung des Flugzeugs berücksichtigt. Von der Data Management Unit 23 wird die von der Auswertungseinheit 20 ermittelte Schubkraft weiterhin zusammen mit anderen Werten über den Flugzustand des Flugzeuges über ein Aircraft Communication Adressing and Reporting System 24 an einen Empfänger auf den Boden (nicht dargestellt) übermittelt, wo diese Informationen weiter ausgewertet werden können.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Ermittlung der Schubkraft eines Flugzeugtriebwerks (2), wobei das Flugzeugtriebwerk (2) über eine die kraftübertragenden Elemente (3‘) einer Triebwerksaufhängung (3) mit einer bekannten Geometrie an einem Flugzeug befestigt ist, die kraftübertragenden Elemente (3‘) mit einer Anzahl an Dehnungsmesssensoren (10) versehen ist, welche die Ermittlung des Dehnungszustands der kraftübertragenden Elemente (3‘) ermöglicht, und eine der Anzahl der Dehnungsmesssensoren (10) wenigstens entsprechenden Anzahl an Temperatursensoren (11) zur Messung der Oberflächentemperatur vorgesehen ist, wobei jeweils mindestens ein Temperatursensor (11) in unmittelbarer Nähe zu jeweils einem Dehnungsmesssensor (10) angeordnet ist, umfassend die Schritte: a. Ermittlung der Temperaturen an der Oberfläche der kraftübertragenden Elemente (3‘) im Bereich der Dehnungsmesssensoren (10) durch die jeweils in unmittelbarer Nähe angeordneten Temperatursensoren (11); b. Ermittlung der Dehnung der kraftübertragenden Elemente (3‘) an den Stellen, an denen Dehnungsmesssensoren (10) vorgesehen sind; c. Ermittlung des Dehnungszustands der kraftübertragenden Elemente (3‘) auf Basis der ermittelten Dehnungen bei Kompensation der Temperatureinflüsse durch Berücksichtigung der jeweils in unmittelbarer Nähe eines Dehnungsmesssensors (10) ermittelten Temperatur; und d. Berechnung der Schubkraft des Flugzeugtriebwerks (2) aus dem ermittelten Dehnungszustand.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Dehnungszustandes auf Basis eine mechanischen Kalibrierung erfolgt, bei der durch Aufbringen einer bekannten Prüfkraft auf die Triebwerksaufhängung (3) und/oder das Flugzeugtriebwerk (2), die Sensitivität der Dehnungsmesssensoren (10) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensation der Temperatureinflüsse statische Einflüsse berücksichtigt, welche die temperaturabhängige Änderung der Werkstoffeigenschaften des Materials der kraftübertragenden Elemente (3‘) im Bereich der Dehnungsmesssensoren (10), den Temperaturgang der verwendeten Dehnungsmesssensoren (10) und/oder die Empfindlichkeitsänderung der verwendeten Dehnungsmesssensoren (10) umfassen.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensation der Temperatureinflüsse transiente Einflüsse berücksichtigt, welche eine ungleichmäßige Erwärmung der kraftübertragenden Elemente (3‘) über ihren Querschnitt, den Verlauf der Durchwärmung der kraftübertragenden Elemente (3‘) in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs der Umgebungstemperatur und/oder den Verlauf des Temperaturgangs der Dehnungsmesssensoren (10) in Abhängigkeit des Verlaufs der Umgebungstemperatur umfassen.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Dehnungszustands der kraftübertragenden Elemente (3‘) eine Kompensation sekundärer Lastpfade umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungsmesssensoren (10) Dehnungsmessstreifen in Viertel-, Halb- oder Vollbrückenanordnung umfassen.
  7. Anordnung (1) zur Ermittlung der Schubkraft eines Flugzeugtriebwerks (2), wobei das Flugzeugtriebwerk (2) über kraftübertragende Elemente (3‘) einer Triebwerksaufhängung (3) mit einer bekannten Geometrie an einem Flugzeug befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftübertragenden Elemente (3‘) mit einer Anzahl an Dehnungsmesssensoren (10) versehen sind, welche die Ermittlung des Dehnungszustands der kraftübertragenden Elemente (3‘) ermöglicht, und eine der Anzahl der Dehnungsmesssensoren (10) wenigstens entsprechenden Anzahl an Temperatursensoren (11) zur Messung der Oberflächentemperatur vorgesehen ist, wobei jeweils ein Temperatursensor (11) in unmittelbarer Nähe zu jeweils einem Dehnungsmesssensor (10) angeordnet ist, wobei die Dehnungsmesssensoren (10) und Temperatursensoren (11) mit einer Erfassungseinheit (22) zum Erfassen der Messergebnisse der Dehnungsmesssensoren und Temperatursensoren verbunden sind, wobei die Erfassungseinheit (22) mit einer Auswertungseinheit (20) verbindbar sind, die dazu ausgebildet ist, die Schubkraft des Flugzeugtriebwerks (2) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zu ermitteln.
  8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungsmesssensoren (10) Dehnungsmessstreifen in Viertel-, Halb- oder Vollbrückenanordnung umfassen.
  9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (20) mit der Data Management Unit (23) des Flugzeugs verbunden ist und die ermittelte Schubkraft an diese in Echtzeit übertragen wird.
  10. Anordnung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (22) und/oder die damit verbundene Data Management Unit (23) des Flugzeugs dazu ausgebildet sind, die ermittelten Messergebnisse über ein Aircraft Communication Adressing and Reporting System (24) zu versenden.
DE102016216931.9A 2016-09-07 2016-09-07 Anordnung und Verfahren zur On-Wing-Schubmessung von Flugzeugtriebwerken Ceased DE102016216931A1 (de)

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