Schwingprüfungen an Tanksonden
Autor: Scott Blake, Brüel & Kjær UK Ltd.
Fotos mit freundlicher Genehmigung von TRaC und Cobham plc
15 Jun 2010
Luftbetankungssonden sind Auslegersysteme, die bei Schwingprüfungen besondere Überlegungen erfordern.
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Luftfahrt | Fallstudie
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Luftbetankung
Die amerikanische Bell-Boeing V-22 Osprey ist ein Mehrzweck-Militärluftfahrzeug, das als Kipprotorflugzeug die Fähigkeit zum senkrechten Starten und Landen sowie gute Kurzstart und -landefähigkeiten besitzt. Es kombiniert die Funktionalität eines herkömmlichen Hubschraubers mit der hohen Reisegeschwindigkeit eines Turbopropflugzeugs mit großer Reichweite. Trotz der großen Reichweite ist bei manchen Missionen eine Luftbetankung erforderlich.
Die V-22 Osprey kann mit einer Tanksonde ausgestattet werden, die den Anschluss an einen Fangtrichter herstellt, der hinter dem Tankflugzeug hergezogen wird. Da Luftbetankung nicht ungefährlich ist, sind Sicherheit und Intaktheit von größter Bedeutung. Zu diesem Zweck wird u.a. die dynamische Antwort auf eine Schwingungsanregung der Sonde getestet. Führend auf diesem Gebiet ist Cobham plc in Partnerschaft mit TRaC UK.
Die Partnerschaft
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Cobham plc wurde 1934 unter dem Namen Flight Refuelling Limited (FRL) gegründet und ist ein britisches Produktionsunternehmen mit Sitz in Wimborne Minster, Dorset, England. Das Unternehmen ist in vier Divisionen aufgeteilt, die jeweils einer Kerntechnologie entsprechen – „Mission Systems“, „Defence Systems“, „Avionics and Surveillance“ und „Aviation Services“. Die Cobham-Division „Mission Systems“ betrachtet sich als globaler Marktführer für Luftbetankung.
TRaC ist ein bei UKAS akkreditiertes Prüfunternehmen mit drei Kompetenzzentren und drei regionalen Prüflaboratorien in Großbritannien und einer Partnereinrichtung in Japan. TRaC bietet einzigartige Prüfungen und Dienstleistungen im Rahmen behördlicher Genehmigungsverfahren für den Verteidigungs- und kommerziellen Sektor an.
Im Gegensatz zu TRaC gehören Schwingprüfungen nicht zu den Kernkompetenzen von Cobham. Deshalb unternahm Cobham den ungewöhnlichen Schritt, von TRaC eine komplette Schwingprüfanlage bei Cobham in Wimborne einrichten zu lassen, mit Verantwortung für die Entwicklungsarbeit, Präqualifikation und Gesamtplanung der Qualifikationsprüfungen.
TRaC rüstete die neue Einrichtung mit Anlagen für Schwing-, Schock- und Klimaprüfungen aus, unter anderem einem elektromagnetischen 160 kN-Schwingerreger LDS V984 mit Gleittisch, einem LDS V875 und verschiedenen M&P-Controllern. Damon Close, der bei TRaC zu den erfahrensten Ingenieuren für Schwingprüfungen gehört, wurde zum Leiter des Prüflabors ernannt. Er ist für die praktische Leitung der Prüfungen bei Cobham in Wimborne verantwortlich und Ansprechpartner für alle Aufgaben, die Umgebungsbedingungen betreffen – von der Konstruktion von Haltevorrichtungen bis zum Aufbau maßgeschneiderter Systeme für Schwing- und Ermüdungsprüfungen. Die Herausforderung
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| Tanksonde auf dem LDS Schwingerreger in der TRaC-Einrichtung bei Cobham | Bild vergrößern |
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Zu den technisch schwierigsten Aspekten der Schwingprüfungen bei Cobham gehören die physischen Abmessungen der Prüfgegenstände. Sie können mehr als 5 m lang sein, 1 m im Durchmesser betragen und bis zu 650 kg schwer sein.
Mit dem großen Kippmoment und der exzentrischen Masse der Tanksonden ist der Messaufbau für die Schwingprüfungen alles andere als unkompliziert. Geometriebedingt stellt die dynamische Antwort der Sonde auf Schwingungsanregungen eine Problematik dar, die nicht nur Cobham in der Konstruktionsphase sorgfältige Überlegungen abverlangt, sondern auch von TRaC vor und bei den Prüfungen zu berücksichtigen ist. Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten konstruiert und analysiert TRaC im Vorfeld maßgefertigte Haltevorrichtungen aus Aluminiumlegierung, um die Anbringung unter Betriebsbedingungen nachzubilden. Diese Haltevorrichtungen müssen eine ausreichende strukturelle Steifigkeit besitzen, um die starken Biegemomente und die Einwirkungen durch das Schwingungsregime auszuhalten, gleichzeitig jedoch ausreichend leicht sein, um die Schwingungsleistung des Schwingerregers nicht zu beeinträchtigen.
Zweitens werden Prüfungen in horizontaler Achsrichtung auf einem LDS-Gleittisch mit 9 Lagern ausgeführt, der von TRaC in der Investitionsphase spezifiziert wurde, um auf die starken Kippmomente reagieren zu können, die bei der Prüfung von Gegenständen in dieser Größenordnung auftreten.
Im Rahmen der kürzlich durchgeführten anspruchsvollen Qualifikationsprüfungen an der Cobham-Tanksonde für die V22 Osprey verwendete TRaC verschiedene Methoden, um die Antwort der Tanksonde auf die Schwinganregung zu überwachen. Dazu gehörten herkömmliche Beschleunigungsaufnehmer, die an verschiedenen Punkten des Systems angebracht waren, in Verbindung mit einer Highspeed-Videokamera, um die Bewegungen an der Spitze der Sonde zu verfolgen.
Dauerhafte Beziehung
Die Partnerschaft zwischen TRaC und Mission Systems von Cobham plc besteht seit sechs Jahren und hat sich für beide Parteien als beachtlicher Erfolg erwiesen. Sie setzt heute für TRaC einen Maßstab für vorbildliche Partnerschaften im Bereich von Umweltprüfungen.
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