Schwingungsanalyse im Flug
Echtzeit-Modalanalyse im Flugtest
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Messung und Analyse mit LabVIEW
Die eingesetzte Software wurde mit LabVIEW 2014 (32 bit) entwickelt. Durch die Software zur Datenerfassung werden die Messung konfiguriert, die beteiligten Kanäle definiert und die Synchronisierung der Chassis aufgesetzt. Weiterhin wird eine Infrastruktur an Network-Streams aufgebaut, die für die Analyse-PCs genutzt wird.
Ein wesentliches Element der Messkette ist eine möglichst geringe Latenz zwischen Messdatenaufnahme und Datenanalyse. Daher ist es notwendig, dass die aufgebaute Netzwerkinfrastruktur überwacht wird. Werden die Laufzeiten an einer Stelle zu groß, besteht die Gefahr, dass der Network-Stream zusammenbricht. Dieser Fall muss erkannt und gegebenenfalls behoben werden können, was durch ein Monitoring der verschiedenen Buffer mit LabVIEW realisiert ist. Dazu gehören die Network-Stream-Buffer, die für jeden Analyse-PC separat beobachtet werden können, sowie der zentrale Lesepuffer des DAQmx-Treibers. Des Weiteren wird in der Datenerfassungs-Software eine Protokollierung des Flugs durchgeführt. Dazu werden die aufgenommenen Messdaten permanent in eine TDMS-Datei geschrieben sowie um ein textuelles Log ergänzt, welches die Möglichkeit bietet, den Versuchsablauf mit vordefinierten und individuellen Einträgen zu dokumentieren.
Eine zweite Anwendung, der Client, empfängt über die Network-Streams die Messdaten und führt die Aufbereitung und Weiterleitung zur internen Auswerte-Software durch. Über eine COM-Schnittstelle werden die Daten übertragen und mit vorhandenen Software-Werkzeugen zur Modalanalyse kontinuierlich extern ausgewertet. Da es sich hierbei um den zeitkritischen Schritt der Messkette handelt, wird dem Nutzer eine Protokollierung der Laufzeit dargestellt und gegebenenfalls eine Warnung ausgegeben. Die Gefahr einer zu großen Latenz besteht darin, dass nicht die aktuell aufgezeichneten Daten der Punkte im Flugtestprogramm analysiert werden.
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In Bild 3 ist ein virtuelles Cockpit dargestellt, das Teil beider Anwendungen ist. Dies dient zur Visualisierung von Parametern des aktuellen Flugzustands, damit diese von den Wissenschaftlern besser für die Auswertung berücksichtigt werden können.
Erfolgreiche Erprobung
Das entwickelte Konzept wurde erfolgreich unter realen Bedingungen erprobt. Die Messanlage überstand die anspruchsvollen Umgebungsbedingungen außerhalb der Druckkabine bis in geflogene Höhen von 15 km, in denen Temperaturen von weniger als -50 °C vorherrschen und sich die Luftdichte auf nur 13 % des Meeresniveaus reduziert. Die erreichte Signalqualität durch die verringerte analoge Signalführung stellte sich fast frei von externen Störungen dar. Im Test waren bis zu vier Wissenschaftler mit unterschiedlichen Verfahren an der instantanen Auswertung der Messdaten an Bord des Flugzeugs beschäftigt, sodass eine umfassende Überwachung des Flugzustands – insbesondere durch das neu entwickelte Echtzeitverfahren für die Schwingungsanalyse – möglich wurde.
Literatur
- Schwochow, J., Jelicic, G.: Automatic Operational Modal Analysis for Aeroelastic Applications. 6th International Operational Modal Analysis Conference IOMAC, 12-14 May, Gijón, Spain (2015).
- Schwochow, J., Böswald, M., Jelicic, G.: Überwachung von Flugschwingungsversuchen mit operationeller Modalanalyse. 4. VDI-Fachtagung Schwingungsanalyse & Identifikation, 15.-16. März, Fulda (2016).
- Echtzeit-Modalanalyse im Flugtest
- Messung und Analyse mit LabVIEW
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