Schwingungsanalyse im Flug Echtzeit-Modalanalyse im Flugtest

Für Schwingungsversuche mit dem Forschungsflugzeug HALO des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt wird eine Messanlage benötigt, die auch unter den schwierigen Bedingungen in großen Flughöhen zuverlässig arbeitet. Dafür wurden NI-cDAQ-Chassis innerhalb und außerhalb der Druckkabine verwendet.

Bei dem instrumentierten Flugzeug handelt es sich um das DLR-Forschungsflugzeug HALO (High Altitude Long Range Research Aircraft, Bild 1), ein für die Atmosphärenforschung modifizierter Business-Jet. Dieser kann unter den Flügeln mit Außenlasten – dem sogenannten PMS-Carrier (Particle Measurement System) bestückt werden, um wissenschaftliche Instrumente für die Atmosphärenforschung zu transportieren.

Modifikationen an Flugzeugen müssen sowohl durch Simulationen als auch experimentell auf ihre Lufttüchtigkeit untersucht werden. Um die strukturelle Integrität des Flugzeugs in allen Flugzuständen zu demonstrieren, werden Ergebnisse aus Last- und Flattersimu­lationen mit Daten aus dem Flugtest validiert. Um dabei die Versuchszeit der Flugtests optimal zu nutzen, müssen Messergebnisse instantan zur Auswertung verfügbar sein.

Das DLR Institut für Aeroelastik in Göttingen hat für Flug- und Windkanaltests ein Echtzeitverfahren zur Analyse modaler Parameter (Eigenfrequenzen, Eigenformen und Dämpfungen) entwickelt, das am HALO erstmals unter realen Flugtestbedingungen eingesetzt wurde. Eine besonders schnelle Interaktion zwischen Mess-Hardware, Mess-Software zur Datenspeicherung und der vom DLR entwickelten Online-Modalanalyse-Software erlaubt eine instantane Analyse der Schwingungsdaten im Flug.

Kurze analoge Signalführung

Die notwendige Flugtestinstrumentierung (FTI) des HALO und seiner Außenlasten umfasste 51 Beschleunigungssensoren und 16 DMS-Brücken, die mittels zwei NI cDAQ-9188XT-Chassis in den PMS-Carriern unter den Flügeln und einem NI-cDAQ-9188-Chassis innerhalb der Druckkabine verteilt gemessen wurden (siehe Bild 2). Der Fokus der Instrumentierung lag auf der Untersuchung der Außenlasten, weshalb eine Positionierung der Messanlagen-Chassis in den Außenlasten eine erhebliche Verkürzung der analogen Signalführungen und zusätzlich eine Reduktion der Installationszeit während der zeitlich begrenzten Einbauphase ermöglichte.

Die kurze analoge Signalführung erhöht zudem die Signalqualität der gemessenen Dehnungsmessstreifen und Beschleunigungsaufnehmer und macht die Instrumentierung weniger anfällig für Störungen wie zum Beispiel durch den im Flug stattfindenden Funkverkehr, dessen Signale über Außenantennen abgestrahlt werden.

Für die Messdatenerfassung und -verteilung zur Auswertung wird ein zen­traler Datenerfassungs-PC verwendet. Dieser nimmt einerseits die Messdaten der verteilten Messanlage und andererseits die Flugparameter von der im HALO installierten Basismessanlage (Flughöhe, Fluggeschwindigkeit und so weiter) auf. Die Daten werden dann online über ein Netzwerk an mehrere Auswertungs-PCs verteilt.