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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Hochauftriebssystems für ein Luftfahrzeug mit an den Tragflächen des Luftfahrzeugs installierten Klappen und wenigstens einem zentralen Antrieb mit Antriebswellen, von denen sich je eine ausgehend von dem zentralen Antrieb in eine der Tragflächen erstreckt, wobei jede der Antriebswellen mit Antriebsstationen in Verbindung steht, die von den Antriebswellen angetrieben werden und die mit den Klappen zu deren Betätigung in Verbindung stehen, und wobei an den Antriebsstationen Lastsensoren angebracht sind.
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Bei nahezu allen heute gängigen Flugzeugen der Kategorie „transport aircraft“ werden die Hochauftriebssysteme mit einem zentralen Antriebssystem angetrieben. Die zentrale Antriebseinheit steht mittels eines Drehwellensystems über die gesamte Spannweite mit entsprechenden Antriebsstationen der einzelnen Segmente der Landeklappensysteme bzw. der Vorflügelklappensysteme in Verbindung.
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Jüngste Entwicklungen zielen in diesen Systemen auf den Ersatz der mechanischen Überlastschutzvorrichtungen durch sensorbasierte elektronische Systeme. Die Sensorsignale werden dazu an eine zentrale Steuerung zur Auswertung übermittelt, um unerwünschte hohe Drehmomentspitzen, die auf ein Verklemmen der Klappenmechanik hinweisen können, frühzeitig erkennen und gegebenenfalls Gegenmaßnahmen ergreifen zu können.
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In aktuellen Hochauftriebssystemen verschleissen gewisse Komponenten, insbesondere Lager/Gleitlager im Bereich der Klappenwagen, mit zunehmender Lebens- bzw. Betriebsdauer. Der zunehmende Verschleiss führt zu einer Reibungszunahme bei der Betätigung der Klappenkinematik, was bislang bereits bei der Systemauslegung solcher Hochauftriebssysteme berücksichtigt wird. Mit anderen Worten wird aufgrund eines solch erhöhten Reibungsfaktors bei der Systemauslegung von Haus aus von einer überhöhten Last ausgegangen, was ein überdimensioniertes Hochauftriebssystem in struktureller als auch antriebstechnischer Hinsicht zur Konsequenz hat. Gleichzeitig geht mit einer solchen Überdimensionierung auch ein größeres Gesamtgewicht des Hochauftriebssystems einher.
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Innerhalb von vorgeschriebenen Prüfintervallen wird eine visuelle als auch methodengeschützte Prüfung der Lagerstellen durch Wartungspersonal manuell durchgeführt, um fortgeschrittenen Verschleiß zu erkennen. Gegenwärtige Hochauftriebssysteme können bislang nur ein tatsächlich auftretendes Fehlverhalten der Klappenkinematik erkennen, eine automatische und kontinuierliche Überwachung und Analyse des aktuellen Systemzustandes, insbesondere was den Verschleiss gewisser Bauteile angeht, ist derzeit nicht möglich. Dies macht nicht nur die vorgenannte Überdimensionierung bei der Systemauslegung notwendig, sondern erhöht zudem die Gefahr unplanmäßiger kostenintensiver Wartungstermine.
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Vor diesem Hintergrund besteht das Bedürfnis, den aktuellen Status des Hochauftriebssystems, insbesondere hinsichtlich möglicher Verschleisserscheinungen an Lagerteilen, laufend zu erfassen bzw. zu überwachen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Überwachung eines Hochauftriebssystems für ein Luftfahrzeug mit an den Tragflächen installierten Klappen und wenigstens einem zentralen Antrieb mit Antriebswellen vorgeschlagen. Jeweils eine Antriebswelle erstreckt sich ausgehend von dem zentralen Antrieb in eine der Tragflächen, wobei jede der Antriebswellen mit Antriebsstationen in Verbindung steht, die von den Antriebswellen angetrieben werden und die mit den Klappen zu deren Betätigung in Verbindung stehen. Die bereits ohnehin vorgesehenen Lastsensoren an den Antriebswellen werden nun dazu genutzt, Messwerte im Speziellen unter lastlosen Bedingungen während einer Aus- und/oder Einfahrbewegung der Klappen aufzuzeichnen. Die erfassten Messwerte werden anschließend ausgewertet und dienen als Indikator für den aktuellen Zustand des Hochauftriebssystems. Die aufgezeichneten Lastwerte korrespondieren nämlich mit dem aktuell notwendigen Leistungsbedarf zum Ein- und/oder Ausfahren der Klappen. Eine erhöhte Last bzw. einer erhöhter Leistungsbedarf ist ein aussagekräftiger Indikator für zunehmenden Verschleiss an verschleissgefährdeten Bauteilen des Hochauftriebssystems, insbesondere für den Verschleissfortschritt an den Gleitlagern des Klappenwagens, denn der dadurch bedingt zunehmende Reibungsfaktor erhöht die Last am Abtrieb des zentralen Antriebes bzw. der Antriebsstationen.
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Durch die fortwährende Überwachung kann bspw. der Zustand der Verschleissteile erkannt und gegebenenfalls ein frühzeitiger Austausch empfohlen werden, um Fehlfunktionen und weitergehende Beschädigungen an der Klappenstruktur zu verhindern. Ferner kann mittels des Verfahrens auch ein sogenanntes Trendmonitoring realisiert werden, um zum Beispiel möglichst genaue Prognosen über die verbleibende Restlebensdauer gewisser Verschleisskomponenten anstellen zu können. In Summe können gezielt Wartungsaktivitäten eingeleitet werden und die bisher bei der Systemauslegung verwendeten überhöhten Lasten können deutlich reduziert werden.
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Ein wesentlicher Punkt der Erfindung besteht darin, dass die Messung während dem Aus- bzw. Einfahren der Klappen unter lastlosen bzw. nahezu lastlosen Bedingungen ausgeführt wird. Sinn und Zweck dieser Vorgabe ist es, das Verfahren bei identischen Umgebungsbedingungen auszuführen, um eine Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der zeitversetzt gewonnenen Messergebnisse sicherzustellen. Lastlose Bedingungen liegen bspw. vor, wenn keine, nur vernachlässigbare bzw. nur statische äussere Einflüsse bzw. Kräfte auf das Hochauftriebssystem einwirken. D.h. für die Verfahrensausführung sollten dynamische Einflüsse auf die zu bewegende Last bei der Klappenbewegung möglichst ausgeschlossen werden.
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Lastlose Bedingungen liegen in der Regel dann vor, wenn sich das Luftfahrzeug am Boden befindet. Denkbar ist die gezielte Verfahrensdurchführung unmittelbar vor dem Start und/oder nach der Landung des Luftfahrzeuges. Hierbei bietet sich eine Einbindung der Verfahrensausführung im Rahmen des obligatorischen „Pre Flight Checks“ an. Dies hat den Vorteil, dass bspw. Schwankungen von Luftlasten, wie beispielsweise Windböen und Manöverlasten, keinen Einfluss auf die benötigten Drehmomente nehmen und demzufolge nicht berücksichtigt werden müssen, was anderenfalls zu einer Unschärfe des Überwachungsverfahrens führen könnte.
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Als Messwerte können gemäß vorteilhafter Ausgestaltung Drehmomente im Antriebsstrang erfasst werden, insbesondere Drehmomente die von den einzelnen Antriebsstationen erbracht werden. Die Lastsensoren sind in einem solchen Fall Drehmomentsensoren, die idealerweise jeweils im Bereich der einzelnen Antriebsstationen installiert sind und das dort aufgebrachte Drehmoment erfassen.
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Für die Auswertung und Überprüfung der einzelnen Messwerte stehen bspw. Referenz- und/oder vordefinierte Grenzwerte zur Verfügung. Denkbar ist bspw. ein Abgleich der Messwerte, insbesondere erfassten Drehmomente gegen zugehörige Grenzwerte, wobei ein solcher Grenzwert bspw. einen Drehmomentwert definiert, ab diesem ein Austausch der Verschleisskomponenten, insbesondere Lagerelemente empfohlen wird. Das Verfahren führt somit einen Vergleich des aktuell erfassten Sensorwertes mit dem Grenzwert aus. Wird der Grenzwert überschritten, könnte gemäß einer Ausführungsform eine entsprechende Wartungsmeldung generiert und dem Luftfahrzeugbetreiber zur Anzeige gebracht werden. Denkbar ist bspw. auch die Anzeige einer Empfehlung bis wann ein Austausch der überwachten Verschleisskomponenten erfolgen sollte.
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Denkbar ist es zudem, dass der oder die erfassten Sensorwerte alternativ oder ergänzend mit ein oder mehreren Referenzwerten verglichen werden. Solche Referenzwerte können bspw. Messwerten vorangegangener Messungen der Sensoren entsprechen. Durch Vergleich mit vorangegangenen Messwerten lässt sich beispielsweise eine Trendanalyse des Verschleißverhaltens bzw. des Reibungsfaktors anstellen und die Zunahme bzw. der Grad der Zunahme der erfassten Last- bzw. Drehmomentwerte lässt nicht nur eine Aussage hinsichtlich des aktuell vorliegenden Verschleißzustandes sondern ebenfalls eine Aussage zur Geschwindigkeit des Verschleissfortschrittes und damit eine Prognose zur Haltbarkeit und Restlauzeit der Verschleissteile zu.
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Denkbar ist es ebenfalls, die ein oder mehreren Messwerte gegen vordefinierte Normwerte zu vergleichen. Solche Normwerte stellen beispielsweise Richtwerte dar, die das notwendige Drehmoment bei voll funktionstauglichen Bauteilen der Klappenkinematik darstellen.
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Gemäß einer weiteren Erweiterung der Erfindung können die erfassten Messwerte zur späteren Handhabung und Auswertung gespeichert werden, um diese insbesondere für einen späteren Abruf im Rahmen von Wartungsarbeiten bereitzuhalten. Durch die kontinuierliche Speicherung der Messwerte lässt sich die bereits vorher angesprochene Trendanalyse über ausgedehnte Zeitintervalle fortsetzen.
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Bezüglich der gewünschten Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit ist es gemäß bevorzugter Ausgestaltung ratsam, den Mess- bzw. Auswertevorgang stets für einen identischen Bewegungsablauf der Klappen auszuführen. Demzufolge soll vorteilhafterweise vor Mess- oder Auswertebeginn die aktuelle Klappenstellung geprüft werden, so dass der Auswertevorgang von einer initialen Klappenstellung bis zur Einnahme einer definierten Endstellung der Klappen erfolgen kann. Gegebenenfalls wird in einem initialen Verfahrensschritt die Klappe zunächst in die gewünschte Initialstellung, bspw. vollständig ein- oder ausgefahren verbracht, um dann die definierte Klappenbewegung auszuführen und die erfindungsgemäße Messung und Auswertung vorzunehmen.
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Da die Last bzw. das tatsächlich aufzubringende Drehmoment in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur schwanken kann, ist es sinnvoll, die aktuelle Umgebungstemperatur bei der Auswertung der Messwerte zu berücksichtigen. Denkbar ist bspw. die Verwendung temperaturabhängiger Vergleichswerte für die Messwerte. Auch kann mittels Korrekturfaktor die Temperaturabhängigkeit herausgerechnet werden. Unter Umständen kann die Temperaturabhängigkeit auch vernachlässigt werden.
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Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung ebenfalls ein Hochauftriebssystem für ein Luftfahrzeug sowie ein Luftfahrzeug mit einem entsprechenden Hochauftriebssystem zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Demzufolge ergeben sich für das Hochauftriebssystem als auch für das Luftfahrzeug dieselben Vorteile und Eigenschaften, wie sie bereits vorstehend anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgezeigt wurden. Auf eine wiederholende Beschreibung kann aus diesem Grund verzichtet werden.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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Die einzige Figur zeigt ein Blockdiagramm mit den einzelnen Verfahrensschritten zur Überwachung und Prüfung des Verschleißes der Klappenkinematik.
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Das dargestellte erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung eines erhöhten Verschleißes soll vorwiegend während des bekannten „Pre Flight Checks“ aktiviert und ausgeführt werden. Die Durchführung während des „Pre Flight Checks“ hat den Vorteil, dass hierbei ein lastloses Verfahren der Landeklappen unmittelbar vor dem Start möglich ist. Es besteht in einem solchen Moment kaum Gefahr, das Luftlasten wie Windböen und Manöverlasten das Messergebnis beeinflussen.
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Im Schritt 10 wird zunächst überprüft, ob das erfindungsgemäße Verfahren aktiviert wurde, bspw. automatisch oder manuell im Zuge des „Pre Flight Checks“. Ist dies der Fall, werden die kontinuierlich ausgeführten Echtzeitmessungen (Block 20) der aktuellen Klappenposition sowie der sensorisch an den einzelnen Antriebsstationen erfassten Last- bzw. Drehmomentwerte ausgewertet, um den Verschleissfortschritt im Hochauftriebssystem zu ermitteln. Im Block 30 wird hierzu die aktuell gemessene Klappenstellung gegen eine definierte Ausfahrposition verglichen. Ist die definierte Ausfahrposition der Klappe erreicht, so wird auch der erfasste Lastwert gegen einen zugeordneten Grenzwert verglichen (Block 40). Bei Überschreiten des Grenzwertes wird eine Wartungsnachricht generiert (Block 50) und am Steuerungscomputer des Luftfahrzeuges zur Anzeige gebracht.
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Die an den Drehmomentsensoren anliegenden Momente setzen sich, unter Berücksichtigung der Temperatur, aus Klappengewicht, Reibung und Schleppmomenten zusammen. Erhöht sich nun der Reibungsanteil aufgrund von zunehmendem Verschleiß, wird sich auch das zum Aus- bzw. Einfahren benötigte Moment erhöhen. Durch den Reibungsmonitor wird somit ein Trend mit zunehmendem Moment über die Zeit feststellbar, der entweder beim Überschreiten des Grenzwertes zu einer Wartungsnachricht (Block 50) an den Controlcomputer führt, oder während eines geplanten Checks ausgelesen und beurteilt werden kann, um dann schon frühzeitig eine sog. „scheduled maintenance action“ einzuleiten.
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Kurz zusammengefasst ist es durch die Erfindung also möglich, frühzeitig das Verschleißverhalten an einer Landeklappe festzustellen. Durch die kontinuierliche Überwachung des Systems ist es möglich, einen erhöhten Leistungsbedarf bzw. erhöhte Aus- und Einfahrmomente, verursacht durch Verschleiß und daraus generierter Reibungserhöhung, festzustellen. Wird ein vorher definierter Grenzwert überschritten oder ist eine deutliche Momentenzunahme aus der Trendanalyse ablesbar, wird eine maintenance message generiert. Durch das Trendmonitoring wird somit Verschleiß rechtzeitig erkannt und muss in der Auslegung der Systeme nur noch in reduzierter Art und Weise berücksichtigt werden. Daraus ergibt sich eine deutliche Reduzierung der System lasten, was sich wiederum positiv auf das Gewicht der Komponenten und des Systems auswirkt. Ebenso kann über das Monitoring gezielt die Wartung der Verschleißteile erfolgen und somit können ungeplante Wartungen vermieden werden.
