Um Flugzeuge immer leichter und emissionsärmer zu machen, müssen Lasten und Drücke und deren Verteilung auf die einzelnen Flugzeugkomponenten durch Sensoren genau erfasst werden. Das Messen dieser Größen ist für eine Zertifizierung der Bauteile unabdingbar und erfolgt nach langer und aufwändiger Vorbereitung im Flugversuch.
„Beim Design neuer Flugzeuge werden durch Simulation verschiedener Belastungsfälle die auftretenden Kräfte und Momente bestimmt und die einzelnen Bauteile entsprechend ausgelegt. Im Flugversuch muss dann mit Sensoren nachgewiesen werden, dass die Simulationsmodelle eine hinreichende Genauigkeit aufweisen und die gemessenen Bauteillasten bei ausgewählten Manövern nicht überschritten werden.“
(Christian Raab vom DLR-Institut für Flugsystemtechnik)
Bisher werden die auftretenden Kräfte und Momente mit Dehnungsmessstreifen (DMS) gemessen. Für den Flugversuch mussten diese aufwändig innerhalb von Flügel, Rumpf und Leitwerk aufgeklebt, elektrisch verbunden und kalibriert werden.
Im Projekt KonTeKst (Konfigurationen und Technologien für das emissions- und lärmarme Kurzstreckenflugzeug) wurde am DLR Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik ein Sensorsystem entwickelt, das kostengünstig die Druckverteilung um eine Tragfläche genau messen und so die Lasten im Flug bestimmen kann. Der Aufwand für die Zulassungsversuche konnte so erheblich reduziert werden.
Für die Flugversuche im Projekt KonTeKst integrierten Forscher am DLR die nur 5 mm2 großen MEMS-Drucksensoren, die beispielweise auch in Smartphones oder Tablets eingesetzt werden und weniger als einen Euro pro Stück kosten, in eine biegbare Schaltungsplatine. So entstanden vier Sensorstreifen mit jeweils 16 Drucksensoren. Diese Streifen wurden in einen dünnen Handschuh eingeklebt, der entsprechend mit Bohrungen für die lokale Messung der Drücke versehen wurde. Der Sensorhandschuh kann auf die Tragfläche aufgezogen und nach den Versuchen wieder abgenommen werden, ohne dass Teile an der Struktur verbleiben müssten.
Das MEMS-Messsystem wird vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik nun weiter verbessert, um zukünftige Versuche mit verschiedenen Aufgaben und extremen Umgebungsbedingungen zu ermöglichen. Erste Versuche in einem anderen Höhen- und Geschwindigkeitsbereich sind mit der neuen MEMS-Technik auf dem neuen DLR-Flugversuchsträger iSTAR geplant.
Bild oben: Lastmessung im Flug: Sensorenhandschuh für die Tragfläche (Quelle: DLR)
Quelle und weitere Infos: DLR
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