Jahrbuch Bauhaus Luftfahrt 2016

22 technology radar
Zukunftstechnologien für
Zustandsüberwachung und
Health Monitoring
Future technologies for
condition and health
monitoring
Effi zienz, Kosten und Sicherheit sind wesentliche
Treiber für die technologische Entwicklung in der
Luftfahrt. Verbesserungspotenziale mit transformativem
Einfluss auf Design-, Betriebs- und Wartungsparadigmen
ergeben sich durch sensorgestützte,
zusätzliche Information über den Zustand von Komponenten
und Strukturen. Das Triebwerk könnte
zum Beispiel für optimierte Effizienz ausgelegt und
näher an der Betriebsgrenze betrieben werden.
Außerdem bildet eine umfassende Systemzustandsinformation
die Basis für den voranschreitenden
Übergang von konventioneller, planmäßiger zu
bedarfsorientierter Wartung.
Zu den Schlüsselanforderungen für die Ausschöpfung
dieser Potenziale gehören robuste, zuverlässige
Sensorarchitekturen, die im Rahmen der
Zukunftstechnologieanalyse am Bauhaus Luftfahrt
untersucht werden. Dünnschichtsensoren sind als
eine vielversprechende Sensortechnologie identifiziert
worden. Der hohe Miniaturisierungsgrad
erlaubt neben hoher Auflösung und geringem Leistungsverbrauch
eine minimal-invasive Struktureinbettung
zum Vorteil von Beständigkeit und Langlebigkeit.
Leichte, flexible, drahtlose Sensornetzwerke
mit geringen Installations- und Wartungskosten
erhalten die Rohdaten von einer großen Anzahl von
Sensoren, etwa zur Strukturüberwachung. Potenziale
für den energieautarken Betrieb durch Energy
Harvesting wurden identifiziert (Abb. rechts oben).
Der Energie- und Bandbreitenbedarf kann mithilfe
von Netzwerk- und Computing-Architekturen
optimiert werden, die lokale Datenauswertung und
selektierte Informationsweitergabe innerhalb cyberphysischer
Systemansätze implementieren.
Die auf Flugzeug- und Flottenebene resultierenden
großen Datenvolumina lassen sich mithilfe von
Big-Data-Ansätzen erschließen, deren Potenzial für
eine bessere Entscheidungsfindung untersucht wird.
10 um
Cyber-physische
Systemoptimierung
und Big-Data-Verfahren
ermöglichen
Health Monitoring
in Echtzeit.
Cyber-physical
system optimisation
and Big Data
approaches enable
real-time health
monitoring.
Efficiency enhancement, cost reduction, and safety
improvements are important drivers of technology
developments in aviation. Novel sensor systems provide
additional information on the state of components
and structures with potentially transformative
impacts on design, operation, and maintenance
paradigms. For instance, turbine engines may be
designed for optimised efficiency and for running
closer to their operational limit. Furthermore, comprehensive
system state information is the basis
for the ongoing transition from conventional, schedule-based
to condition-based maintenance.
Key requirements to realise these potentials
involve robust and reliable sensing architectures,
which are evaluated in the framework of Bauhaus
Luftfahrt’s future technology analysis. Advanced
thin-film-based sensors were identified as one promising
sensing technology. The high degree of miniaturisation
enables minimally invasive structural
embedding in favour of durability and survivability,
high resolution and low power consumption.
Lightweight and flexible wireless sensor networks
acquire the raw data from a large number of
sensors with low installation and maintenance cost,
for example for structural health monitoring. Energy
harvesting potentials for energy self-sufficient operation
were identified (Fig. top right).
Energy and bandwidth demand may be optimised
by means of network and computing architectures,
which incorporate partial processing and
exchange of locally collected data and information
within a cyber-physical system approach.
The emerging large data volumes on aircraft and
fleet level can be exploited by Big Data approaches,
which are evaluated with regard to improved quality
of decision making.