SABATER, Jordi (Pütrichstrasse 4, München, 81667, DE)
SOLLBERGER, Peter (Rosshalde 11, Rothenburg, CH-6023, CH)
HOCHSCHULE FÜR TECHNIK UND ARCHITEKTUR LUZERN (Technikumstrasse. 21, Horw, CH-6048, CH)
BECKER, Thomas (Putzbrunner Strasse 16, Ottobrunn, 85521, DE)
SABATER, Jordi (Pütrichstrasse 4, München, 81667, DE)
SOLLBERGER, Peter (Rosshalde 11, Rothenburg, CH-6023, CH)
PATENTANSPRüCHE
1. Sensornetzwerk (31 ) zur Messung von Parametern an der Struktur eines Luftfahrzeugs, mit einer Vielzahl von Sensoreinrichtungen (12), die zur Anbringung an einer Struktur des Luftfahrzeugs ausgebildet sind, wobei den Sensoreinrichtungen (12) Kennungen zur Lokalisation der Sensoreinrichtungen (12) zugeordnet sind.
2. Sensornetzwerk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtungen (12) Kommunikationseinrichtungen (14) aufweisen, mit denen die gemessenen Parameter auslesbar sind.
3. Sensornetzwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinrichtungen (14) zur drahtlosen Informationsübertragung ausgebildet sind.
4. Sensornetzwerk nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinrichtungen (14) zur übertragung der Kennung zusammen mit den gemessenen Parametern ausgebildet sind.
5. Sensornetzwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtungen (12) Temperatursensoreinheiten (18) aufweisen.
6. Sensornetzwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtungen (12) Beschleunigungssensoreinheiten (20) aufweisen.
7. Sensornetzwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Beschleunigungssensoreinheiten (20) eine Beschleunigung in allen drei Raumrichtungen messbar ist.
8. Sensornetzwerk nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ermittlung einer Auslenkung einer Sensoreineinrichtung (12) aus den durch deren Beschleunigungssensoreinheit (20) erfassten Beschleunigung ausgebildet ist.
9. Sensornetzwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Verlgeich der Auslenkungen mehrerer Sensoreinrichtungen (12) ausgebildet ist.
10. Sensornetzwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtungen (18, 20) Signalverarbeitungseinheiten (16) zur Vorverarbeitung von Signalen (18a, 20a) der Sensoreinheiten (18, 20) aufweisen.
11. Sensornetzwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheiten (16) zur Korrelation der Signale (18a, 20a) der Sensoreinheiten (18, 20) ausgebildet sind.
12. Sensornetzwerk nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheiten (16) Tabellen zur Speicherung von Materialdaten aufweisen, mittels derer die Signale (18a, 20a) der Sensoreinheiten (18, 20) korrelierbar sind.
13. Sensornetzwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtungen (12) zur Messung der Distanz voneinander ausgebildet sind.
14. Sensornetzwerk nach Anspruch 13 und nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz durch Auswertung der Beschleunigungswerte messbar ist.
15. Zustandsüberwachungsvorrichtung zur überwachung der Struktur eines Luftfahrzeuges auf Belastung gekennzeichnet durch ein Sensornetzwerk (31 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche sowie einen Zentralrechner (32).
16. Luftfahrzeug mit einem Sensornetzwerk (31 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und/oder eine Zustandsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 15.
17. Verfahren zur Messung von Parametern an einer Struktur eines Luftfahrzeugs und/oder zur überwachung der Struktur des Luftfahrzeuges, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Verwenden eines Sensornetzwerks (31 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und/oder einer Zustandsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 15; b) Auslesen der von den Sensoreinrichtungen (12) gemessenen Werte sowie der Kennungen; c) Lokalisieren der jeweiligen Sensoreinrichtung (12) anhand der Kennung, um so zu dem ausgelesenen Parameterwert eine Ortsbestimmung zu erhalten.
18. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Verwendung von Sensoreinrichtungen (12) mit Beschleunigungssensoren (18) und
Errechnen der Auslenkung der Sensoreinrichtungen (12) aus den gemessenen Beschleunigungswerten.
19. Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch den Schritt: Korrelation von gemessenen Temperatur-, Auslenkungs- und Beschleunigungsmesswerten.
20. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch den Schritt: Entscheidung, ob aufgrund der korrelierten Temperatur- und Beschleunigungsmesswerte eine Beschädigung der Struktur wahrscheinlich ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, gekennzeichnet durch den Schritt:
Messen des Abstandes zwischen den mittels Kennung lokalisierten Sensoreinrichtungen (12), und
Vergleichen des gemessenen Abstandes mit einem gespeicherten Referenzwert für diese Sensoreinrichtungen (12).
22. Verfahren nach Anspruch 21.dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand aus den mittels den Sensoreinrichtung erfassten Beschleunigungsmessungen ermittelt wird.
23. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt:
Ermitteln einer Lastverteilung über das Sensornetzwerk.
24. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch:
Vergleichen von zwei unter den gleichen Bedingungen aufgenommenen Datensätzen, um eine Beschädigung der Struktur aufgrund der Unterschiede in den Da- tensätzen zu erfassen.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass gemessene Datensätze gespeichert werden und mit später durch die gleichen Sensoreinrichtungen (12) aufgenommenen Datensätzen verglichen werden.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die zu vergleichenden Datensätze an unterschiedlichen Orten gemessen werden und das Vergleichsergebnis mit vorgegebenen Werten für diese Orte verglichen wird. |
SENSORNETZWERK UND ZUSTANDSüBERWACHUNGVORRICHTUNG FüR EIN LUFTFAHRZEUG SOWIE ZUSTANDSüBERWACHUNGSVERFAHREN
Die Erfindung betrifft ein Sensornetzwerk zur Messung von Umgebungsparame- tern an der Struktur eines Luftfahrzeugs. Außerdem betrifft die Erfindung eine mit einem solchen Sensornetzwerk versehene Zustandsüberwachungsvorrichtung. Weiter betrifft die Erfindung ein damit versehenes Luftfahrzeug. Schließlich betrifft die Erfindung ein Zustandsüberwachungsverfahren für ein Luftfahrzeug.
Die Struktur eines Luftfahrzeugs ist verschiedenen Kräften ausgesetzt, die zur Dehnung, Rissbildung oder weiteren Schäden führen können. Bei regelmäßigen Wartungsterminen wird daher zur Sicherung des Luftverkehrs die Struktur von Luftfahrzeugen mit verschiedenen nondestruktiven Methoden untersucht. Zu diesen Methoden gehören insbesondere die Sichtkontrolle, aber auch Ultraschalloder, soweit möglich, Durchstrahlungsmessungen.
Mechanische Belastungen durch Stöße, Luftwiderstand und Schwerkraft stellen die häufigsten Belastungen der Struktur eines Luftfahrzeugs dar. Durch diese Belastungen verformt sich die Struktur zunächst plastisch. Wenn die Belastungen
einen Grenzwert überschreiten, treten dauerhafte Schäden und Schwächungen des Materials auf. Solche überlastungen können nicht immer vermieden werden.
Es ist bekannt, dass die Belastungs-überlastungs-Charaktehstik eines Materials von der Temperatur abhängig ist. Mit anderen Worten kann eine Belastung, die einer Struktur bei Raumtemperatur nicht schadet, bei Temperaturen unter 0 0 C die Struktur beschädigen.
Bisher werden an der Struktur auftretende Kräfte allenfalls zentral gemessen. Eine genaue Zuordnung oder Lokalisierung gemessener Werte ist nicht möglich.
Aus DE 698 10 975 T2 ist ein Sensorsystem bekannt, das eine Vielzahl von Sensoren aufweist, welche mittels eines Kommunikationsbusses Daten an einen Hauptcomputer liefern. Das Sensorsystem weist unter anderem eine Buswandlervorrichtung auf, welche die Signale zwischen zwei derartigen Kommunikationsbussystemen umwandelt.
WO 01/61301 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung von mechanischen Spannungen, beispielsweise in Schiffen und Luftfahrzeugen. Zur Ermittlung dieser mechanischen Spannungen werden Sensoren zur Messung der mechanischen Spannung, beispielsweise Dehnungsmessstreifen, an der zu vermessenden Oberfläche befestigt. Die Messergebnisse der Sensoren werden über einen digitalen Messbus an eine Zentraleinheit übertragen.
Der DE 10 2006 020 341 A1 entnimmt der Fachmann einen Sensor für eine Messstelle und ein Verfahren zu dessen überprüfung. Der Sensor kann die ermittelten Messdaten drahtlos an ein Prüfgerät übermitteln. Im regulären Betrieb sind die Sensoren über Drahtleitungen angebunden.
Die WO 98/44400 zeigt ein Verfahren zur automatischen Vergabe von Adressen in einem Bussystem, insbesondere FireWire. Von einem Systemsteuergerät wird eine Liste vorgehalten, aus der hervorgeht, welche Geräte an welchem Ort ange-
ordnet sind. Diese Liste wird bei einer Verlagerung des angeschlossenen Gerätes an einen anderen Anschluss aktualisiert.
Die DE 10 2004 025 319 A1 offenbart ein Sitzstatusanzeigesystem für Passagier- räume von Flugzeugen und Fahrzeugen. Dazu ist in jedem Sitz eine Sensoranordnung vorgesehen, die der Erfassung des Zustands eines Sitzes dient. Die Sensoranordnungen können dazu beispielsweise einen Belegungssensor sowie einen Gurtsensor aufweisen. Eine Bedien- und Anzeigeeinheit ist elektrisch über einen Bus mit den Sensoranordnungen verbunden und kann die Zustände der einzelnen Sitze grafisch darstellen.
Der DE 40 12 367 A1 entnimmt der Fachmann ein Luftdatensystem für Flugzeuge, bei dem an verschiedenen Orten des Flugszeugs eine Druckmessung durchgeführt wird. Die daraus erhaltenen Daten werden zur Triebwerkssteuerung verwendet.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit deren Hilfe auf einfache Art zuverlässig eine Verteilung mechanischer Lasten auf eine Struktur ermittelbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Sensornetzwerk zur Messung von Parametern an der Struktur eines Luftfahrzeugs vorgeschlagen, das eine Vielzahl von Sensoreinrichtungen aufweist, die zur Anbringung an einer Struktur des Luftfahrzeugs ausgebildet sind, wobei den Sensoreinrichtungen Kennungen zur Lokalisierung der Sensoreinrichtungen zugeordnet sind.
Eine mit einem solchen Sensornetzwerk versehene Zustandsüberwachungsvor- richtung sowie ein damit und/oder mit einem solchen Sensornetzwerk versehenes Luftfahrzeug sowie ein Verfahren zur überwachung des Zustands einer Struktur eines Luftfahrzeugs sind Gegenstand der Nebenansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Sensornetzwerk hat den Vorteil, dass es eine unmittelbare Messung von Parametern, wie beispielsweise Beschleunigung, an verschiedenen Punkten der Struktur des Luftfahrzeugs punktgenau ermöglicht. Desweiteren sind die gemessenen Parameter durch die eindeutige Kennung der Sensoreinrichtungen genauen Positionen an der Struktur zuordenbar.
In vorteilhafter Ausgestaltung weisen die Sensoreinrichtungen Kommunikationseinrichtungen auf, mit denen die gemessenen Parameter auslesbar sind. Weiter sind diese Kommunikationseinrichtungen vorteilhaft zur drahtlosen Informationsübertragung ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Sensoreinrichtungen auch an Orten angeordnet werden können, an denen eine Kabelführung nur erschwert realisierbar wäre.
Die Kommunikationseinrichtungen können zur übertragung der Kennung zusammen mit den gemessenen Umgebungsparametern ausgebildet sein. Somit ist bei einer übertragung der gemessenen Parameter unmittelbar eine Zuordnung der empfangenen Parameter zu einer Sensoreinrichtung und somit zu einem Ort an der Struktur möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Sensoreinrichtungen Temperatursensoreinheiten auf. Somit ist es möglich, eine Temperaturverteilung in der Struktur zu ermitteln. Des Weiteren ist diese Information nützlich, um die Maximalbelastung der Struktur abhängig von der Temperatur evaluieren zu können.
Die Sensoreinrichtungen weisen vorteilhaft Beschleunigungssensoreinheiten auf. Mit Hilfe der Beschleunigungswerte sind Auslenkungen der Struktur berechenbar.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung sind das Sensornetzwerk und/oder die überwachungsvorrichtung derart ausgebildet, dass mittels der Beschleunigungssensoren die aktuelle Auslenkung und/oder der aktuelle Ort der Sensoren erfassbar ist. Insbesondere kann der erfasste Ort oder die erfasste Auslenkung mit den-
jenigen anderer Sensoren verglichen werden. Damit sind in vorteilhafter Weise Belastungen von Strukturbereichen erfassbar, die zwischen Sensoren liegen und die somit nicht unmittelbar durch die Sensoren erfassbar sind.
Eine Erfassung des aktuellen Orts oder der aktuellen Auslenkung kann insbesondere aus den Beschleunigungsmessungen durch Integration, insbesondere unter Zuhilfenahme der den jeweiligen Sensoren zugeordneten Kennungen und der darin enthaltenen Information über den ursprünglichen Ort im Zustand ohne Belastung, erhalten werden
Die Beschleunigungssensoreinheiten können zur Messung einer Beschleunigung in allen drei Raumrichtungen ausgebildet sein. Damit kann nicht nur der Betrag der Beschleunigung, sondern auch deren Richtung erfasst werden.
Vorteilhaft weisen die Sensoreinrichtungen Signalverarbeitungseinheiten zur Vorverarbeitung von Signalen der Sensoreinheiten auf. Dadurch kann die Menge der zu übertragenden Daten wesentlich verringert werden. Die Signalverarbeitungseinheiten können zur Korrelation der Signale der Sensoreinheiten ausgebildet sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Signalverarbeitungseinheiten Tabellen zur Speicherung von Materialdaten auf, mittels derer die Signale der Sensoreinheiten korrelierbar sind.
Die Sensoreinrichtungen können zur Messung der Distanz voneinander ausgebildet sein. Dies erlaubt die Erkennung von Dehnungen oder Stauchungen der Struktur. Zur Messung der Distanz werden in einer bevorzugten Ausgestaltung die aktuellen Beschleunigungsmessungen in den einzelnen Sensoren herangezogen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist insbesondere die folgenden Schritte auf: Verwenden des Sensornetzwerks oder der Zustandsüberwachungsvorrichtung;
Auslesen der von den Sensoreinhchtungen gemessenen Werte sowie der Kennungen;
Lokalisieren der jeweiligen Sensoreinrichtung anhand der Kennung, um so zu dem ausgelesenen Parameterwert eine Ortsbestimmung zu erhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass Parameter der Struktur mit geringem Verdrahtungsaufwand lokalisiert gemessen werden können. Geringer Verdrahtungsaufwand hat ein geringeres Gewicht des Sensorsystems zur Folge.
Durch die Verwendung von Beschleunigungssensoren in den Sensoreinrichtungen ist einer der wichtigsten Parameter der Strukturbelastung messbar.
Wird die Auslenkung der Sensoreinrichtungen aus den gemessenen Beschleunigungswerten berechnet, so kann daraus die Dehnbelastung der Struktur abgeleitet werden.
Die Korrelation von gemessenen Temperatur- und Auslenkungsmesswerten erlaubt eine Anpassung der Maximalwerte für die Belastung an temperaturabhängige Materialeigenschaften.
Eine Entscheidung, ob aufgrund der korrelierten Temperatur- und Beschleunigungsmesswerte eine Beschädigung der Struktur wahrscheinlich ist, ermöglicht eine gezielte Beeinflussung der Länge des Wartungsintervalls und kann helfen, Beschädigungen gezielt zu erkennen.
Durch eine Messung eines Abstandes zwischen den mittels Kennung lokalisierten Sensoreinrichtungen, und einen Vergleich des gemessenen Abstandes mit einem gespeicherten Referenzwert für diese Sensoreinrichtungen sind Materialverformungen in der Struktur detektierbar. Der aktuelle Abstand ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung unter Verwendung von aktuellen Beschleunigungsmessungen durch Integration erfassbar.
Vorteilhaft kann eine Lastverteilung über das Sensornetzwerk ermittelt werden.
Ein Vergleich von zwei unter den gleichen Bedingungen zeitlich versetzt aufgenommenen Lastverteilungen und eine Abschätzung der Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Struktur aufgrund der Unterschiede in den Lastverteilungen bewirkt vorteilhaft eine Frühwarnung vor Beschädigungen. Somit ist es bereits im Flug möglich, abzuschätzen, ob Beschädigungen an der Struktur zu erwarten sind. Entsprechend der bei dieser Abschätzung gesammelten Daten können Wartungsintervalle verkürzt oder verlängert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:
Fig.1 ein Luftfahrzeug, hier ein Flugzeug, mit einem Sensornetzwerk,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer drahtlosen Sensoreinrichtung;
Fig. 3 ein Blockschaltbild für eine mit der Sensoreinrichtung versehene Zustandsüberwachungsvorrichtung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Rumpfes des Luftfahrzeuges mit einem mittels der Zustandüberwachungsvorrich- tung überwachten Flügel;
Fig. 5 eine Detaildarstellung des Details C von Fig. 4 in einem normalen Belastungszustand und
Fig. 6 das Detail C von Fig. 4 in einem überlastungszustand.
In Fig. 1 ist am Beispiel eines Flugzeugs 10 als Luftfahrzeug gezeigt, wie Sensoreinrichtungen 12 an einem solchen Luftfahrzeug, hier Flugzeug 10, verteilt sein
können. Die Sensoreinrichtungen 12 bilden auf diese Art und Weise ein Sensornetzwerk 31 zur überwachung der Struktur des Flugzeuges 10.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer drahtlosen Sensoreinrichtung 12. Die Sensoreinrichtung 12 weist eine Kommunikationseinrichtung 14, die eine Antenne 24 mit Hochfrequenzelektronik 26 umfasst, eine Signalverarbeitungseinheit 16, eine Beschleunigungssensoreinheit 18 und eine Temperatursensoreinheit 20 auf. Die Antenne 24 und die Hochfrequenzelektronik 26 sind beispielsweise für Radiofrequenzen (RF-Teil der Sensoreinrichtung 12) ausgelegt.
Die Beschleunigungssensoreinheiten 18 sind bevorzugt dreiachsige Einrichtungen, die den typischen Lastbereich während des Betriebs des Flugzeugs 10 abdecken. Die Temperatursensoreinheiten 20 decken typische Temperaturbereiche für Luftfahrzeuge ab. Hier erstreckt sich der Messbereich von -70 0 C bis 50 0 C.
Last- und Stressprofile können während des Fluges oder bei Wartungsintervallen genutzt werden. Dies führt zu einem bordgestützten, echtzeitfähigen Zustands- überwachungssystem, das die Wartungskosten reduziert und die gewöhnlichen Wartungsintervalle vergrößert.
Fig. 3 zeigt eine ein solches Zustandsüberwachungssystem bildende Zustands- überwachungsvorrichtung 30 mit einem aus mehreren der Sensoreinrichtungen 12 gebildeten Sensornetzwerk 31 und einem Zentralrechner 32.
Im folgenden wird die Funktion der Zustandsüberwachungsvorrichtung 30 anhand der Darstellung in den Fig. 2 und 3 näher erläutert. Die Sensoreinheiten 18, 20 übermitteln gemessene Signale 18a, 20a an die Signalverarbeitungseinheit 16. In der Signalverarbeitungseinheit 16 werden die Signale 18a, 20a analysiert und verarbeitet.
Der Wert 22, der von der Signalverarbeitungseinheit 16 an die Kommunikations- einheit 14 übertragen wird, enthält Informationen über die Stärke der Beschleunigung in jeder Raumrichtung, die mit der Temperatur korreliert sind.
Beispielsweise wird ein gemessener Beschleunigungswert anhand von gespeicherten zulässigen Beschleunigungs-Temperatur-Kurven oder -Matrizen (oder Tabellen) gewichtet oder gewertet. Der Wert könnte zum Beispiel den entsprechenden Bruchteil der bei der gemessenen Temperatur als Grenzwert angenommenen Maximal-Beschleunigung angeben.
Mittels der Antenne 14 und der Hochfrequenzelektronik wird der Wert 22 an einen Zentralrechner 32 gesendet. Zur Lokalisierung fügt die Hochfrequenzelektronik dem Wert 22 eine Kennung, beispielsweise eine Knotennummer, hinzu.
In dem hier vorgeschlagenen System werden Sensoren einem Netzwerkknoten hinzugefügt, um so eine Sensoreinrichtung 12 in Form eines drahtlosen Netzwerkknotens zu bilden. Mit den Sensoreinrichtungen 12 können Informationen zu Parametern erhalten werden, die den Zustand der Struktur beeinflussen. Typische Parameter, die überlastungssituationen anzeigen, sind Beschleunigung und Temperatur sowie die Kombination dieser Parameter.
Das drahtlose Sensornetzwerk 31 , das mit Sensoreinrichtungen 12 ausgerüstet ist, wird zum Sammeln von grundlegenden Informationen über den Zustand der (Flugzeug-) Struktur verwendet. Die Sensoreinrichtungen 12 sind so über die Struktur verteilt, dass kritische Bereiche durch ein dichteres Netzwerk intensiver überwacht werden können, wohingegen weniger kritische Bereiche eine geringere Verteilung von Sensoreinrichtungen 12 aufweisen. Eine beispielhafte Verteilung ist in Fig. 1 dargestellt.
Durch Analyse der von den Sensoreinrichtungen 12 ermittelten Daten ist es möglich, überlastungssituationen zu erkennen, die zu Beschädigungen der Struktur führen können (oder schon dazu geführt haben). Es ist sogar möglich, mittels ei-
nes Vergleichs zweier Datenreihen, die unter denselben Bedingungen aufgenommen wurden, Beschädigungen unmittelbar zu entdecken.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass Daten, die in einer Sensoreinrichtung 12 in einer Flügelspitze 28 aufgenommen wurden, mit solchen aus einer Sensoreinrichtung 12 an der Flügelwurzel 29 verglichen werden.
Durch zweifache Integration der Beschleunigungsdifferenz zwischen den beiden Punkten - Flügelspitze 28 und Flügelwurzel 29 - kann die Flügelverschiebung und damit aufgrund der Dehnung oder Stauchung des Flügels 42 die mechanische Belastung des Flügels 42 berechnet werden. Wenn die Verschiebung bestimmte Referenzwerte überschreitet, erhält man einen Hinweis auf eine Schwächung der Struktur oder sogar einen Defekt.
Die Sensoreinrichtungen 12 weisen eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle, eine Elektronik, wenigstens eine Versorgungseinrichtung und wenigstens einen Sensor auf. Die Elektronik weist dabei beispielsweise eine Sensoransteuerung, eine Speichereinrichtung, eine Signalverarbeitungseinrichtung und/oder eine Datenverarbeitungseinrichtung auf.
Die Versorgungseinrichtung versorgt die Sensoreinrichtung 12 mit Energie. Dazu sind Batterien, Energiesammeieinrichtungen und/oder Energiewandler vorgesehen.
Als Sensoren kommen beispielsweise Beschleunigungs- oder Temperatursensoreinrichtungen 18, 20 in Betracht. Des Weiteren können Feuchtigkeits-, Gas- oder weitere vorteilhafte Sensoren vorgesehen sein.
Die Kommunikation kann mittels verschiedener Netzwerktopologien realisiert werden. Für den Bodenbetrieb des Systems spielt das Netzwerk an sich keine wichtige Rolle. Selbst Punkt-zu-Punkt-Verbindungen könnten möglich sein. Um das
System im Flug zu benutzen, wird jedoch eine verbrauchsarme, sichere und fehlertolerante Architektur verwendet.
Die Kommunikationseinrichtung 14 ist dementsprechend so ausgelegt, dass die gewünschten Topologien verwendet werden können. Sind Punkt-zu-Punkt- Verbindungen gewünscht, so sind diese in der Elektronik vorzusehen.
Damit die Sensoreinrichtungen 12 lokalisiert werden können, ist vorgesehen, dass sie eine Kennung aufweisen, die für jede Sensoreinrichtung 12 einzigartig ist. Diese Kennung kann beispielsweise eine Kennziffer, eine Ortsangabe oder - wie o- ben erwähnt - Knotennummer sein.
Der Zentralrechner 32, der die Informationen der Sensoreinrichtungen 12 ausliest, weist zur Lokalisierung eine Zuordnungseinheit 34 auf, mittels derer die Kennungen Orten an dem Flugzeug 10 beziehungsweise an dessen Struktur zugeordnet werden können. Dadurch ist es möglich, von dem Zentralrechner 32 eine Lastverteilung, insbesondere eine örtliche Lastverteilung, berechnen zu lassen.
Um die Verknüpfung der Kennung mit den Sensordaten zu erleichtern, ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass die Kommunikationseinrichtung 14 ihre Kennung mit jedem Datensatz, der übertragen wird, mit übermittelt.
Ein weiterer interessanter Faktor des hier vorgeschlagenen Systems ist, dass das Netzwerk die Messung eines Last- und Stressprofils über die Flugzeugstruktur mit Hilfe direkter Signal- und Datenverarbeitung im Flug erlaubt.
Die Menge an Berechnungen, die in der Signalverarbeitungseinheit 16 durchgeführt wird, hängt stark von der verfügbaren Leistung ab. Wenn die Sensoreinrichtung 12 drahtgebunden ist (was möglich ist, aber aufgrund der notwendigen Verkabelung weniger bevorzugt ist) könnte genug Leistung zur Durchführung einer großen Anzahl Berechnungen unter Verwendung einer internen Datenbank mit Materialinformationen zur Verfügung stehen. Demgegenüber wird eine ultraspar-
same drahtlose Sensoreinrichtung 12 hauptsächlich Signale reduzieren und speichern. Die Daten werden erst auf Anforderung an den Zentralrechner 32 übermittelt, wo sie zusätzlich verarbeitet werden, um ein allgemeines Lastprofil zu erstellen.
Zusätzlich können die Daten mit weiteren Informationen, beispielsweise einer exakten Distanzmessung zwischen den Knoten, verknüpft werden. Damit ist eine Messung der Positionsveränderung beziehungsweise der Abweichung der Struktur möglich. Dies könnte den Wert von Aufzeichnungen, die überlastungssituationen in Teilen des Aufbaus betreffen, erhöhen.
Im folgenden wird anhand eines in den Fig. 4 bis 6 schematisch wiedergegebenen konkreten Beispiels näher erläutert, wie die Zustandsüberwachungsvorrichtung 30 die Struktur eines Luftfahrzeuges, z.B. des Flugzeugs 10 überwachen kann. In Fig. 4 ist schematisch der Rumpf 40 und ein Flügel 42 des Flugzeugs 10 dargestellt.
Wie in Fig. 5, die ein Detail von dem Flügel 42 zeigt, und auch in Fig. 1 zu sehen, sind an dem Flügel 42 in einigem Abstand zueinander mehrere der Sensoreinrichtungen 12 vorgesehen, die die Beschleunigung und die Temperatur an den einzelnen Orten messen. über die Messung der Beschleunigungen werden im Zentralrechner 32 wie oben erläutert, die einzelnen Auslenkungen und damit die aktuellen Orte oder Ortsdifferenzen der Sensoreinrichtungen 12 relativ zueinander bestimmt. Fig. 5 zeigt dabei einen Fall normaler Auslenkung bei gesunder Struktur unter Belastung.
Bei Fig. 6 ist eine Schädigung in einem Zwischenbereich 44 zwischen den Sensoreinrichtungen 12 eingetreten. Durch die Auswertung der Beschleunigungswerte der Sensoreinrichtungen 12 in Bezug auf deren durch die Kennung zugeordneten Ort lässt sich eine solche Schädigung auch dann erfassen, wenn sie in dem Zwischenbereich 44 auftritt.
Durch die Erfassung der Lastverteilung lassen sich unzulässige Belastungen auch an den Zwischenbereichen zwischen den Sensoreinrichtungen frühzeitig erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten.
Durch eine Messung eines Abstandes zwischen den mittels Kennung lokalisierten Sensoreinrichtungen 12, und einen Vergleich des gemessenen Abstandes mit einem gespeicherten Referenzwert für diese Sensoreinrichtungen 12 sind Materialverformungen in der Struktur detektierbar. Für Einzelheiten zur Messung des Abstandes sowie für weitere Einzelheiten der hier beschriebenen Vorrichtung wird ausdrücklich auf die deutsche Patentanmeldung DE 10 2007 044 301.5-51 (Anmeldetag 17.09.2007) und die internationale Patentanmeldung PCT/EP2008/007492 (Anmeldetag 11.09.2008) verwiesen. Diese Anmeldungen werden durch Bezugnahme in die hier vorliegende Anmeldung inkorporiert.
Bezugszeichenliste
10 Flugzeug
12 Sensoreinrichtung
14 Kommunikationseinrichtung
16 Signalverarbeitungseinheit
18 Beschleunigungssensoreinheit
18a Signal
20 Temperatursensoreinheit
20a Signal
22 Wert
24 Antenne
26 Hochfrequenzelektronik
28 Flügelspitze
29 Flügelwurzel
30 Zustandsüberwachungsvorrichtung
31 Sensornetzwerk
32 Zentralrechner
34 Zuordnungseinheit
40 Rumpf
42 Flügel
44 Zwischenbereich