3 Wege, wie fortschrittliche DAQ der Luftfahrtindustrie den Übergang zu einer nachhaltigen Zukunft erleichtern

1. Hochspannungsisolationsmodule für elektrische und hybrid-elektrische Antriebstests

Elektrische und hybrid-elektrische Antriebe sind eines der heißesten Themen in der Luft- und Raumfahrt. Elektrische Antriebe haben das Potenzial, Flüge leiser und emissionsärmer zu machen, sie sicherer und kostengünstiger zu machen und neue Segmente der Luftfahrt zu erschließen; unbemannte Luftfahrtsysteme (UAS), urbane Luftmobilitätsplattformen (UAM) und andere kleine Passagier- und Frachtflugzeuge sind allesamt gute Kandidaten. Die Industrie muss die Technologielücke bei elektrischen Antrieben schließen, wo es derzeit mehrere Hindernisse gibt, an deren Überwindung die Flugzeughersteller arbeiten. Dazu gehören Batteriedichte, effiziente elektrische Systeme, effektive Systemintegration und wirksame Lösungen für Regulierung/Lufttüchtigkeit, um neue Antriebssysteme und Architekturen zu ermöglichen.

Die Q.serie X Datenerfassungsproduktlinie von Gantner Instruments umfasst eine Vielzahl von Hochspannungsisolationsmessmodulen zur Unterstützung von Kunden bei der Prüfung von Elektromotoren und Wechselrichtern, der Prüfung von Batterieleistung und -ladung, der Prüfung von Mechanik und Vibration sowie der Prüfung der Integration von Antriebssystemen. Die Hochspannungsisolationsmodule verfügen über eine dreifache galvanische Trennung von 1200 VDC und können Spannungs-, Strom-, RTD-, Thermoelement-, IEPE- und Dehnungsmessstreifen-Sensoren bis zu 100 kHz messen.

2. Kryogene Messtechnik zur Unterstützung der Entwicklung von wasserstoffbetriebenen Flugzeugen

Der Elektroantrieb ist für große Verkehrsflugzeuge kurz- und mittelfristig nicht realisierbar, da die Batterien und die Verkabelung zu schwer wären. Ganz zu schweigen davon, dass diese Batterien viel Wärme erzeugen würden und eine kurze Lebensdauer haben, gemessen an der Anzahl der Flugstunden eines Düsenflugzeugs. Stattdessen sind wasserstoffbetriebene Flugzeuge eine der vielversprechendsten Technologien für die große kommerzielle Luftfahrt. Wenn er aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt wird, verursacht er keine CO2-Emissionen. Es liefert etwa die dreifache Energie pro Masseneinheit im Vergleich zu herkömmlichem Kerosin und mehr als das Hundertfache im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien.

Die Speicherung von Wasserstoff an Bord eines Flugzeugs ist jedoch mit einigen Herausforderungen verbunden. Eine wachsende Zahl von Flugzeugherstellern arbeitet an der Entwicklung von Kryowasserstofftanks, da die Speicherung in Kryotanks als eine der besten Optionen für die Speicherung von Wasserstoff gilt. Wasserstoff wird flüssig, wenn er auf eine Temperatur unter -253 °C (-423 °F) abgekühlt wird. Die Eigenschaften von Flüssigwasserstoff ermöglichen eine deutlich höhere Dichte als bei der Speicherung von Hochdruckgas sowie eine geringere Masse des Tanks aufgrund des niedrigeren Drucks, was jedoch einige erhebliche betriebliche Einschränkungen für das Kraftstoffsystem mit sich bringt:

• Es erfordert ein luftdichtes Isolationssystem, um das Verdampfen des flüssigen Wasserstoffs zu reduzieren und ihn auf kryogenen Temperaturen zu halten.
• Die Handhabung von flüssigem Wasserstoff erfordert spezielle Ausrüstung und Verfahren.
• Die Kraftstofftanks müssen auf einem konstanten Druck gehalten werden, um das Verdampfen zu minimieren.
• Flüssigwasserstofftanks und -leitungen müssen von der Atmosphäre abgeschottet sein (wenn Luft in die Tanks eindringt, gefriert sie und kann die Durchflussleitungen blockieren).

Die Messmodule der Q.serie X A105 CR wurden für den Einsatz mit kryogenen Temperatursensoren wie Cernox® oder TVO entwickelt. Das Modul bietet eine ultraniedrige Sensoranregung, um den Messfehler aufgrund der Selbsterhitzung des Sensors zu minimieren und gleichzeitig ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zu erhalten. Darüber hinaus verfügt das Modul über eine sensorspezifische Linearisierungstabelle, um die hohe Nichtlinearität von kryogenen Temperatursensoren zu kompensieren.

Darüber hinaus wurde eine Variante unseres bekannten Messmoduls A101 für die Messung von Dehnungen in einer Tieftemperaturumgebung eingeführt. Das Modul verfügt über eine intelligente EIN/AUS-Schaltung der Brückenspeisespannung, um eine Selbsterhitzung des Sensors zu vermeiden, und eine 3-Stufen-Messung, um den Einfluss der Thermospannung bei Verwendung von Tieftemperaturleitungen zu korrigieren.

3. Dehnung zur Charakterisierung von Leichtbau-Verbundstrukturen

Gewicht ist der Feind aller Dinge in der Luft- und Raumfahrt; je mehr Gewicht man einem Flugzeug hinzufügt, desto mehr Treibstoff braucht man, um es zu fliegen. Die Luft- und Raumfahrtindustrie ist seit langem bestrebt, Flugzeuge leichter zu gestalten. Mit leichteren Flugzeugen lassen sich Treibstoffverbrauch und CO2-Emissionen und damit die Umweltbelastung reduzieren. Neue Verfahren zur Herstellung von Kohlefaserverbundwerkstoffen wie 3D-Druck oder automatisierte Faserplatzierung ermöglichen den Entwurf und die Herstellung komplexer Leichtbaustrukturen, die stärker als herkömmliches Aluminium sind und eine glattere, aerodynamischere Oberfläche aufweisen, wodurch Leistung und Treibstoffeffizienz gesteigert werden. Neben den Flugzeugherstellern investiert auch die Triebwerksbranche kräftig, um metallische Werkstoffe wie Titan durch Kohlefaserverbundwerkstoffe zu ersetzen, die bei Temperaturen über 200 °C (392 °F) eingesetzt werden können, einem Temperaturbereich, in dem derzeit Titan verwendet wird.

Der Vorteil der Anpassung von Verbundwerkstoffstrukturen an ein breites Spektrum von Leistungskriterien erschwert die Vorhersage der Leistung von Bauteilen. Um diese Herausforderung zu meistern, gehen Flugzeugingenieure dazu über, Finite-Elemente-Analysen (FEA) und FE-basierte Simulationen, auch bekannt als virtuelle Tests, einzusetzen. Die Herstellungsverfahren für Verbundwerkstoffe sind jedoch den Analysemöglichkeiten weit voraus. Es gibt nicht genügend reale Testdaten, um die virtuellen Modelle zu vergleichen, was die Unsicherheiten erhöht und das Vertrauen in die Konstruktion verringert. Es sind weitere physikalische Strukturtests erforderlich, um das “Unbekannte” zu messen. Die virtuellen Testmodelle werden dann validiert und mit den aus den physikalischen Tests gewonnenen Werten abgeglichen.

Die Fähigkeit, Finite-Elemente-Modelle genau zu validieren, erhöht den Bedarf an präzisen Mikrodehnungsmessungen im einstelligen Bereich. Die 24-Bit-DMS-Verstärker von Gantner Instrument sind speziell für diese anspruchsvollen Anforderungen konzipiert. In Kombination mit einem hochstabilen Brückenabschlusswiderstand werden durch die geringe Brückenanregung erhebliche Messfehler aufgrund von Temperaturschwankungen in der Messkette vermieden. In diesem Blog-Beitrag werden acht hilfreiche Tipps für die Auswahl eines DMS-Verstärkers für Ihren Prüfaufbau in der Luft- und Raumfahrtindustrie vorgestellt.

Die Messtechnik-Experten von Gantner Instruments sind bestrebt, erstklassigen, individuellen Vertriebs- und technischen Anwendungssupport zu bieten. Unser Anwendungssupport ist kostenlos und steht bestehenden und potenziellen Kunden ohne Einschränkungen zur Verfügung. Wir helfen Ihnen, den Übergang in eine nachhaltige Zukunft reibungslos zu gestalten!

Gerne suchen wir gemeinsam mit Ihnen nach der idealen Datenerfassungslösung für Ihre Anforderungen! Sprechen Sie mit unseren Experten, und Sie werden es erfahren:

• Warum Hochspannungsisolierung bei der Prüfung elektrischer Antriebe ein Muss ist
• Wie man die Herausforderungen der Messung in einer kryogenen Umgebung löst
• Wie Sie den besten DMS-Verstärker für Ihre Strukturprüfung auswählen