Das DLR greift für Vibrationstests auf Beschleunigungssensoren von Kistler zurück

Für Vibrationstests und Modalanalysen am Boden und in der Luft setzt das Institut für Aeroelastik am DLR eine Vielzahl von Beschleunigungssensoren von Kistler ein. Mit unterschiedlichen Technologien und weiterentwickelten piezoelektrischen Sensoren wurde unter anderem ein genaues Abbild vom Schwingungsverhalten des neuen Forschungsflugzeugs ISTAR erstellt.

Die Bedeutung der Aerodynamik für Fahr- und Flugzeuge gehört – nicht zuletzt dank windschnittiger Coupés und Sportwagen – zumindest oberflächlich zum Allgemeinwissen. Anders verhält es sich jedoch mit der Aeroelastik, die das Schwingungsverhalten zum Beispiel eines Luftfahrzeugs untersucht. Am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gibt es dafür sogar eine eigenes Institut: Das Institut für Aeroelastik in Göttingen widmet sich mit seinen etwa 80 Mitarbeitenden unter anderem strukturdynamischen Untersuchungen von Flugzeugen, Hubschraubern, Windkraftanlagen und Turbomaschinen, um deren Vibrationseigenschaften im Detail zu analysieren.

Neben Versuchen im Windkanal, die zum Beispiel die Kopplungen von Luftströmung und Strukturschwingungen untersuchen (sogenanntes Flatterverhalten) sowie Simulationen, die das aeroelastische Verhalten möglichst genau vorhersagen (bis hin zum digitalen Zwilling), werden vor allem Ground Vibration Tests (GVT) durchgeführt: Das sind minutiös durchgeplante Schwingungsversuche am Boden, bei denen der Prototyp eines neuen Flugzeugs mit Hilfe von Schwingungserregern an verschiedenen Stellen des Flugzeugs (Flügel, Leitwerk, Rumpf etc.) künstlich zu Vibrationen angeregt wird. Diese werden von Beschleunigungssensoren aufgezeichnet, um die Schwingungsformen der Struktur, sogenannte Moden, zu ermitteln. 

Die richtige Messtechnik für jede Testanforderung

Julian Sinske, seit 2013 beim DLR und seit 2018 Gruppenleiter für strukturdynamische Versuche, erläutert die Ziele und Bedingungen eines GVT: „Der Standschwingungsversuch wird meist erst sechs bis acht Wochen vor dem Erstflug durchgeführt und muss entsprechend effizient vonstattengehen. Das Flugzeug wird dabei so gelagert, dass sein Verhalten dem im Flug ähnelt – das heißt möglichst ohne Dämpfungseinflüsse durch Fahrwerk und Reifen. Mit den experimentellen Ergebnissen aus dem GVT lässt sich das Simulationsmodell des Herstellers validieren, was zumeist die Voraussetzung für die weitere Erprobung des Prototyps im Flug ist.

Beim neuen Forschungsflugzeug ISTAR (In-flight Systems & Technology Airborne Research), das 2020 zur DLR-Flotte hinzugestoßen ist, wurden beim Ground Vibration Test über 200 IEPE-Beschleunigungssensoren von Kistler eingesetzt. Darüber hinaus sind 62 weitere IEPE- (PiezoStar) und kapazitive MEMS-Beschleunigungsaufnehmer (K-Beam) von Kistler für den Flugversuch dauerhaft im ISTAR verbaut. Frank Busch, Vertriebsingenieur bei Kistler, erläutert den Unterschied in der Anwendung: „Die statisch messenden MEMS-Sensoren berücksichtigen auch die Erdbeschleunigung, da sie für die niedrigen Frequenzen im Bereich 0 bis 50 Hz optimiert sind und somit auch die Flugmanöver des Flugzeugs miterfassen können. Die im Flugzeug fest verbauten MEMS- und IEPE-Sensoren konnten bei diesem Ground Vibration Test parallel zu den dynamischen IEPE-Beschleunigungssensoren betrieben und verglichen werden. Die GVT-Sensoren werden außen auf dem Flieger nur temporär für die Dauer des Tests aufgeklebt.“

All diese Instrumente sind Teil einer umfassenden Messanlage, mit der die Aeroelastiker um Julian Sinske laufend sämtliche Daten des ISTAR aufzeichnen und über Jahre hinweg auswerten können. „Mit diesem Big-Data-Ansatz schaffen wir die Grundlagen für den digitalen Zwilling und können zum Beispiel Structural Health Monitoring etablieren“, berichtet er.

Mit Kistler arbeiten wir seit dem ersten Kontakt auf der Space Tech vor einigen Jahren erfolgreich zusammen und setzen ihre Sensoren für Projekte an großen und kleinen Luftfahrzeugen sowie im Bereich Windkraft ein.“

Julian Sinske, Gruppenleiter strukturdynamische Versuche beim DLR

 

Robuste und flexible Instrumentierung plus Temperaturstabilität

Auch bei der Ausstattung des Forschungsflugzeugs ISTAR erhielt Kistler den Zuschlag – nicht zuletzt dank einer besonderen Innovation: Die einachsigen Kraftaufnehmer für den Ground Vibration Test verfügen über ein drehbar gelagertes Messelement, das eine flexible Ausrichtung des Sensors in zwei Raumrichtungen ermöglicht. „Damit lassen sich bestimmte Teile des Flugzeugs unterschiedlich instrumentieren, ohne zum Beispiel Messkanäle für dreiachsige Sensoren zu verschenken“, so Sinske weiter. Entsprechend groß ist die Zufriedenheit mit Kistler beim DLR und am Institut: „Bei den Flugtestsensoren haben die hohe Temperaturstabilität der IEPE-Beschleunigungssensoren und die hohe Signalqualität der MEMS-Sensoren in Verbindung mit der guten Beratung insbesondere durch Dr. Thomas Petzsche den Ausschlag gegeben. Die Messausrüstung war von Tag 1 einsetzbar und vermag auch konzeptionell und wirtschaftlich zu überzeugen.“

Beim GVT wurde das Forschungsflugzeug an etwa 10 Stellen nacheinander angeregt – oft symmetrisch und auf mehreren Anregungsniveaus, um auch Nichtlinearitäten zu detektieren und eng beieinander liegende Moden differenzieren zu können. Auch ein sogenannter Taxi Vibration Test (TVT) wurde bereits durchgeführt: Dabei rollt das Flugzeug am Forschungsflughafen des DLR in Braunschweig aus dem Hangar und über die Startbahn, um das Schwingungsverhalten bei langsamer Fahrbewegung zu bestimmen. Während der Tests wurden die Verfahren und Vorgehensweisen weiter perfektioniert: So kam im Rahmen einer Forschungsarbeit im Bereich Datenauswertung ein KI-Algorithmus zum Einsatz, der eine schnellere Auswertung mit Eliminierung des menschlichen Faktors erlaubt: „Er ist aber noch nicht so gut, dass er den erfahrenen Ingenieur ersetzen kann, gerade in schwierigen Fällen“, erläutert Sinske augenzwinkernd.

Datenauswertung mithilfe künstlicher Intelligenz

Außerdem haben Studierende am Institut eine Augmented-Reality-App entwickelt, mit der man per Smartphone die Anwesenheit jedes Sensors – mit Nummer, Ausrichtung Position etc. – prüfen und zugleich dokumentieren kann – bei teilweise über 500 Sensoren, die zentimetergenau angebracht werden müssen, eine große Erleichterung. „Wichtig ist bei solchen Aufbauten, die oft im Schichtsystem in wenigen Tagen durchgeführt werden müssen, auch die möglichst schnelle Entdeckung von Anomalien, wenn sich zum Beispiel ein Sensor löst oder das Kabel nicht richtig eingesteckt ist. Je früher man im Eifer des Gefechts den Fehler erkennt, desto weniger werden Messergebnisse verfälscht, wenn es dann losgeht“, so Sinske weiter.

Die Ergebnisse aus Ground Vibration Test und Taxi Vibration Test wurden bereits umfassend ausgewertet; auch das Update des Computermodells des Flugzeugherstellers wird bereits in Angriff genommen. Der aeroelastische Teil des digitalen Zwillings für das ISTAR-Forschungsflugzeug rückt damit in greifbare Nähe. Julian Sinske kommentiert abschließend: „Mit der messtechnischen Umsetzung seitens Kistler sind wir sehr zufrieden. Die Sensoren sind robust und leisten sehr gute Dienste, weshalb wir auch schon mehrmals nachbestellt haben – auch verschiedene Kabellängen mit eins, zwei, fünf und zehn Metern –, um bei den vielen Sensoren immer eine möglichst kurze und optimale Verkabelung und somit Signalführung gewährleisten zu können. Sicher werden wir bei zukünftigen Projekten – auch im Bereich Raumfahrt, Windkraft oder innovativen Flugtaxis – auf Lösungen von Kistler zurückgreifen.“

 

11.04.2022
Mit IEPE- und MEMS-Beschleunigungssensoren auch beim neuen ISTAR-Forschungsflugzeug zum Erfolg – am Boden und in der Luft
14.01.2022
KiTraffic Statistics liefert präzise WIM-Daten einer Eisenbahnbrücke in der Mitte Österreichs.
18.11.2021
Fortgeschrittene Schraubprüfung mit dem ANALYSE System für verlässliche Zinklamellenbeschichtungen für Automotive und Windkraft
12.10.2021
Wie Yuchai mehr Präzision, Transparenz und Ressourceneffizienz für seine Fertigung von China-IV-konformen Antriebssträngen erreicht
14.09.2021
Hochpräzise Messkette aus Dynamometer, Labor-Ladungsverstärker und Software ermöglicht objektive Vergleichstests
09.09.2021
Wie Anwender dank neuer Straßenanalyse den besten Standort und das ideale Sensorlayout für die direkte Gewichtskontrolle finden.
03.09.2021
Die Experten am Estudio de la Pisasa nutzen eine 3D-Kraftmessplatte, um für Patienten und Athleten Therapien zu entwickeln.
02.07.2021
Zwei IEPE-Beschleunigungssensoren liefern Daten zur Antriebsvalidierung und Optimierung der Flugeigenschaften bis in die Stratosphäre
22.06.2021
Mit einem Dynamometer Mikrovibrationen erfassen und so zur Verbesserung der Satellitentechnik beitragen
02.06.2021
Zero defect trotz hoher Stückzahlen: So geht Qualitätssicherung für Zinkgussteile mit Prüfautomationslösungen von Kistler
26.04.2021
Ein digital getriebenes Bremskraftmesssystem macht Servicetechnikern das Leben in der Instandhaltung leichter
13.04.2021
In "The Atmosphere" von MARIN vermessen 100 unserer Drucksensoren Wellenschläge unter variablen Umgebungsbedingungen.
22.03.2021
Wie MAN Energy Solutions mit Sensoren von Kistler seine Gasturbinen zukunftsfähig macht
08.02.2021
Sportartspezifische Messtechnik für die Biomechanik des Stabhochsprungs ermöglich t Höchstleistungen
05.10.2020
Wie funktioniert die digitale Messkette für piezoelektrische Sensoren als Teil eines komplexen Fahrzeugprüfstands?
18.09.2020
Überzeugend im Test: Das Ohio Department of Transportation setzt bei der Verkehrsüberwachung auch künftig auf Lineas von Kistler.
20.08.2020
Höchstleistung durch Präzision: Wie Messtechnik von Kistler die Entwickler von EMUGE-FRANKEN unterstützt.
22.07.2020
Lösungen zur Qualitätssicherung von Kistler wie ComoNeo sorgen bei TSP Precision Tooling in Shanghai für höchste Genauigkeit.
09.06.2020
Kistler unterstützt Ceratizit bei der Entwicklung von HDT. Damit werden komplexe Geometrien mit nur einem Werkzeug hergestellt.
15.11.2019
Prozessüberwachungssysteme und Sensoren für die Werkzeuginnendruckmessung von Kistler helfen Ausschuss drastisch zu reduzieren
23.10.2019
Wie Messtechnik von Kistler hilft, die Qualität hochwertiger Powertools noch weiter zu steigern
15.08.2019
Wie das ANALYSE System von Kistler die Sicherheit und Transparenz in der Schraubtechnik erhöht
17.07.2019
Turkey opts for weight enforcement with WIM technology from Kistler
20.06.2019
Gut-Schlechtteil-Separierung im 1,5-Sekundentakt: Prozessüberwachung von Kistler sichert hohe Qualität von fünf Millionen Teilen pro Jahr.
14.05.2019
Um exzellente Qualität für seine Komponenten und Medizinprodukte zu erreichen, setzt Tessy Plastics auf Sensoren und Systeme von Kistler.
18.04.2019
Namhafter Hersteller von elektrischen Kleingeräten vertraut auf Prüf- und Sortierautomaten von Vester zur Steigerung der Qualität.
02.04.2019
Das NFL-Team der Jacksonville Jaguars ist so fit wie noch nie zuvor.
25.03.2019
Mittels Prozessüberwachung von Kistler lässt sich nicht nur die korrekte Montage von Sicherungen prüfen, sondern auch die Sensoren selbst.
18.03.2019
Wie lässt sich der Fitnesszustand eines Athleten effizient bestimmen? Ein Praxisbericht zum Quattro Jump Kraftmessplattensystem von Kistler.
17.12.2018
Dank genauer Weigh-In-Motion-Technologie von Kistler sind Ungarns Straßen automatisch und nachhaltig vor überladenen Fahrzeugen geschützt.
27.11.2018
Bang&Clean vertraut auf die exakte Messung von Zündvorgängen und Ausbreitung von Druckwellen
10.10.2018
Sartorius steigert unter Einsatz des Prozessüberwachungssystems ComoNeo von Kistler die Prozessqualität beim Spritzgießen
08.10.2018
Die TU Dortmund testet MicroDyn von Kistler Das weltweit kleinste Dynamometer Welt bahnt neuen Mikrofräsprozessen den Weg.
31.08.2018
Um Kapazitäten zu erweitern und Belastungsprüfungen an Schraubverbindungen durchzuführen, setzt ZF auf einen softwaregesteuerten Schraubenprüfstand von Kistler mit Vibrationseinheit.
14.08.2018
BIG Daishowa mit Hauptsitz in Osaka, Japan, ist einer der führenden Hersteller von Werkzeugaufnahmen für die zerspanende Industrie. Pro Jahr produziert das Unternehmen über eine halbe Million Spannzangenfutter. Entwickelt werden die Produkte unter anderem mit den Zerspankraftmessgeräten von Kistler.
16.07.2018
Prüfstand für Drehmomentwerkzeuge verbessert Qualität und Effizienz der Mobilkranfertigung
11.04.2018
Der weltweit größte Anbieter von Schienenverkehrstechnik vertraut auf die Messexpertise von Kistler. Dank einer weltweit einzigartigen Crashwand lassen sich die Aufprallkräfte der Züge und deren Komponenten präzise messen und analysieren.
14.11.2017
Blaser Swisslube vertraut bei der Entwicklung von Kühlschmierstoffen auf die Messexpertise von Kistler.
11.08.2017
Applus IDIADA setzt bei seinen Crashversuchen auf die DTI In-Dummy-Messtechnik von Kistler.
04.01.2017
Kistler Sensoren liefern akkurate Messdaten bei Crashtests und helfen damit die Sicherheit moderner Fahrzeuge zu verbessern.
22.12.2016
Kistler Sensor Correvit® SFII misst Weltrekord von Elektrofahrzeug.
22.12.2016
Kistler ermöglicht Fortschritte in der Fahrzeugentwicklung
20.12.2016
Kistler Sensoren liefern die maximale Datenqualität unter den härtesten Bedingungen im Motorsport
07.11.2016
Kistler Drucksensoren ermöglichen der Raumsonde Rosetta 6.4 Milliarden Kilometer weit zu fliegen.
05.10.2016
Seit Ende 2015 setzt der FC Basel im Nachwuchsbereich Kistler Kraftmessplatten ein und will dadurch den Dropout junger Talente reduzieren.
17.08.2016
Das Kistler Leistungsanalysesystem für Schwimmer macht den Unterschied in entscheidenden Sportmomenten.
19.02.2016
Bestimmung des Pumpenwirkungsgrads mit Kistler KiTorq Drehmoment-Messflanschsystem
04.11.2015
Piezoelektrisch Messen mit CompactRIO™
15.06.2015
Messlösungen für Automobilprüfstände
08.05.2015
Qualitätssicherung in der Automobilindustrie
01.03.2015
Wie Brose die Qualität seiner 2K-Teile steigert und Ausschuss automatisch separiert
02.12.2014
Die Kistler Gruppe verfolgt eine ambitionierte, aber nachhaltige Wachstumspolitik – strategische Akquisitionen sind ein Kernelement davon. Strategisch bedeutet, dass Kistler bewusst Firmen auswählt, die gemeinsam mit Kistler mehr erreichen können als im Alleingang. Die Akquisition von Dr. Staiger Mohilo & Co. GmbH im Jahr 2006 ist beispielhaft für diese Philosophie, bei der Kistler gemeinsam mit...
02.12.2014
Nach einer zehnjährigen Reise quer durchs Sonnensystem setzte die Raumsonde Rosetta am 12. November 2014 ihr Landemodul Philae auf dem Kometen „Chury“ ab. Damit der Sonde während ihrer 6,4 Milliarden Kilometer langen Reise durchs Weltall nicht der Treibstoff ausging, wurde der Treibstoffverbrauch mit Drucksensoren der Kistler Instrumente AG rund um die Uhr überwacht.
23.08.2011
HEWI und seine Kunden profitieren von der Werkzeuginnendrucktechnik
14.02.2011
Werkzeuginnendruckmessung sichert Qualität medizintechnischer Spritzgiessteile
07.02.2011
Die Überwachung des Werkzeuginnendrucks schützt die Fischer GmbH & Co KG in Sinsheim vor Short Shots
Kontakt
Max 25 MB