In der Luft- und Raumfahrt werden an Bauteile aus leichten und hochstabilen Materialien strenge Qualitätsanforderungen gestellt. Um die Sicherheit zu erhöhen und gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren, benötigen Entwickler und Testingenieure eine effiziente und präzise Messtechnik. Optomet Laser Doppler Vibrometer messen ohne das aufwendige Anbringen von Sensoren berührungslos, rückwirkungsfrei und zuverlässig auch unter schwierigen Bedingungen.
Turbinenstrahltriebwerke sind in der modernen Luftfahrt zu einem unverzichtbaren Bestandteil von Flugzeugen geworden. Weitere Entwicklungen zielen stets darauf ab, die Flugsicherheit, den Turbinenwirkungsgrad, das allgemeine Betriebsverhalten und die Lärmemissionen zu verbessern.
Eine der wichtigsten Komponenten des Turbinenstrahltriebwerks ist die einzelne Turbinenschaufel. Die Eigenschaften einer Turbinenschaufel unter verschiedenen Laststufen und bei unterschiedlichen Temperaturen beeinflussen das Gesamtverhalten des Triebwerks.
Eine Möglichkeit, die Ermüdungslebensdauer einer Schaufel besser abzuschätzen, ist die "Low Cycle Fatigue" (LCF)-Messmethode, bei der die Turbine vor und nach wiederholten zyklischen Belastungen untersucht wird. Die Ermüdung durch thermische Belastung wird mit "Thermomechanical Fatigue"-Methoden (TMF) bei Temperaturen von bis zu 1000°C genauer untersucht. Modellrechnungen der Schaufelgeometrie dienen der Optimierung von Dämpfungseigenschaften und Strömungsverhalten sowie der Unterdrückung unerwünschter Resonanzen.
Optomet Laser-Doppler-Vibrometer bieten eine zuverlässige Möglichkeit, die Betriebsschwingungen der Schaufeln vor, nach und während der Belastungs- und Erwärmungsphasen berührungslos und präzise zu messen. Die Kenntnis der Schwingungseigenschaften ermöglicht die Bestimmung der modalen Parameter und die Validierung von Modellvorhersagen. Die Veränderung der Eigenschaften unter verschiedenen Belastungsmethoden ermöglicht es dem Benutzer, die erwartete Lebensdauer der Turbine unter realen Betriebsbedingungen vorherzusagen. Die Ergebnisse sind daher wichtig für die Bestimmung der Wartungszyklen von Turbinen und die Abschätzung der möglichen Lebensdauer von Turbinen unter Überlast, beispielsweise wenn die verbleibende Turbine weit über der normalen Last betrieben werden muss, um den Ausfall eines anderen Flugzeugtriebwerks zu kompensieren.
Scanning-Laservibrometersysteme bieten einen besonderen Mehrwert für diese Methode, da sie eine schnelle und einfache Charakterisierung der Betriebsschwingungsformen auf der Schaufeloberfläche ermöglichen.
Aufgrund der hohen Signalstärke und Signalqualität der Optomet Laser-Doppler-Vibrometer ist eine spezielle Behandlung oder Vorbereitung der Messflächen nicht mehr notwendig. Selbst auf glühenden und schlecht reflektierenden Objekten können Schwingungsparameter präzise gemessen werden.
Nietverbindungen prüfen
Mit der stetigen Zunahme des Flugverkehrs wächst der Bedarf an schnellen und zuverlässigen Inspektionsmethoden, die die Integrität der Materialverbindungen überprüfen. Auch wenn Klebeverbindungen immer beliebter werden, machen Nietverbindungen immer noch die Mehrheit der Verbindungen in Flugzeugen aus. Die heutigen Standardprüfvorschriften erfordern die Sichtprüfung von Nieten durch zertifiziertes Personal. Diese Inspektionen sind zeitaufwändig, fehleranfällig und frühe Stadien von Fehlern werden normalerweise nicht erkannt.
Daher besteht ein großes Interesse an modernen Ansätzen, die eine zuverlässige und standardisierte Inspektion von Nietverbindungen ermöglichen und zugleich die Standzeiten von Fluggeräten verkürzen.
Optomet Scanning Laser Doppler Vibrometer (SLDV) ermöglichen eine kontaktlose, zuverlässige und vor allem objektive Früherkennung loser Nieten. Wird das entsprechende, mit Nieten verbundene, Flugzeugteil breitbandig in Schwingung versetzt, können SLDV das vollständige Schwingverhalten dessen Oberfläche innerhalb des angeregten Frequenzspektrums erfassen und analysieren. Eine Kartierung der zu inspizierenden Bereiche um die Nietverbindungen mit geeigneten Auswertungen liefert aussagekräftige Informationen zum Zustand der Nieten, so etwa die mittlere Amplitude der Schwingungen, die Kohärenzverteilung der Messdaten oder die Frequenz-Übertragungsfunktionen zwischen verschiedenen Punkten auf der Oberfläche.
Eine signifikante Abweichung dieser Größen an eng lokalisierten Positionen im Vergleich zur restlichen Oberfläche erlaubt eine direkte Einschätzung, ob an diesen Stellen eine ermüdete Nietverbindung vorliegt, selbst dann, wenn die Nietverbindung optisch nicht einmal erkennbar ist. Das Ausmaß der Abweichung lässt auch eine Aussage zum Grad der Ermüdung der Nietverbindung zu und damit auch eine Entscheidung, ob diese Niete sofort zu ersetzen ist, oder ob die Verbindung für den weiteren Betrieb noch eine ausreichende Festigkeit besitzt und ein Austausch während einer vorab geplanten ordentlichen Wartung stattfinden kann.
Flugzeugtragflächen
Im Flugbetrieb bei hohen Geschwindigkeiten sind die Tragflächen erheblichen Schwingungen und Verformungen ausgesetzt. Letztere können einige bis einige hundert Millimeter betragen, während sich die Schwingungsamplituden über einen Bereich von Nanometern bis hin zu mehreren hundert Mikrometern erstrecken.
Kein herkömmliches Messinstrument ist in der Lage einen derartigen Messbereich von mehr als 160 dB in einer einzelnen Messung zu erfassen. Mit dem Optomet Nova Sense in Verbindung mit der OptoGUI Software ist es erstmals möglich, die Verformungen und Schwingungen gleichzeitig zu messen mit einem Dynamikumfang von mehr als 220 dB. Die außerordentliche Leistungsfähigkeit des Optomet Nova Sense wurde durch Messungen an Tragflächenmodellen im Windkanal bestätigt.
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