Überwachung im Flugbetrieb

Flugzeugtürdichtungen müssen bei unterschiedlichen Druckstufen und Flugmanövern den Innenraum des Flugzeugs zuverlässig abdichten. Nach aktuellem Stand der Technik gibt es keine messtechnische Überwachung bzw. Erfassung der Dichtungsfunktion an Flugzeugtürdichtungen. Im Forschungsprojekt »TAVieDA« entwickelt das Fraunhofer LBF mit den Partnern Airbus Helicopters, Trelleborg Sealing Solutions und dem Fraunhofer IWU eine innovative Dichtung mit integriertem Sensorkonzept auf Basis von »Pressure Mapping Sensore«. Die messtechnische Erfassung mittels Sensoren ermöglicht die Optimierung der Dichtungsfunktion bzw. eine Überwachung im Flugbetrieb, was zu einer Erhöhung des Sicherheitsniveaus führt. Für die erfolgreiche experimentelle Validierung kommen neue Dichtungsprüfstände des Fraunhofer LBF zum Einsatz. Diese ermöglichen die stufenweise Prüfung am Dichtungssegment, Dichtungssubkomponente bis hin zur Prüfung der Full-Scale Türdichtung.

Flugzeugtürdichtungen

Die Flugzeugtürdichtung dichtet den Innenraum des Flugzeugs gegen die Außenumgebung ab. Je nach Flughöhe treten Druckdifferenzen in Höhe von bis zu 600 mbar auf. Es handelt sich dabei um eine komplex geformte Elastomerdichtung, die umlaufend an der Flugzeugtür befestigt ist. Die Dichtwirkung entsteht über die Flächenpressung zwischen der Dichtung und einer rumpfseitigen Anlagekomponente. Dabei muss die Dichtung Relativverformungen zwischen Tür und Rumpf ausgleichen können, die während des Flugbetriebs auftreten.

Herausforderung

Die möglichen Folgen undichter Türen gehen von Komfortbeeinträchtigungen (Geräuschentwicklung) über erhöhte Energieaufwände (Ausgleich von Leckagen) bis hin zu sicherheitsbedingten Flugausfällen. Nach aktuellem Stand der Technik gibt es keine Überwachung bzw. Erfassung der Dichtungsfunktion an Flugzeugtürdichtungen. Dazu zählt z. B. die messtechnische Erfassung der Flächenpressung zwischen Dichtung und Rumpf, Verformungszustand der Dichtung oder Lokalisierung von Leckagestellen. Die Erfassung dieser Informationen würde eine Optimierung der Dichtungsfunktion oder eine Überwachung im Flugbetrieb ermöglichen, was zu einer Erhöhung des Sicherheitsniveaus führen würde.

Innovative Dichtung mit integriertem Sensorsystem

Das LuFo-Projekt »TAVieDA« hat u. a. das Ziel der Entwicklung eines innovativen Dichtungsdesigns mit der Integration eines Sensorsystems. Zu den Partnern gehören Airbus Helicopters Deutschland, Trelleborg Sealing Solutions sowie das Fraunhoer IWU.

In Verantwortung für die Entwicklung des integrierten Sensorsystems, erprobte das Fraunhofer LBF verschiedene Sensorkonzepte. Die überzeugendste Lösung stellt die Verwendung von »Pressure Mapping Sensoren« dar. Dabei handelt es sich um ortsauflösende Drucksensoren mit einem Auswertefeld, welches aus einzelnen kleinen Messzellen besteht. Durch lokale Druckbelastung des Auswertefelds kommt es zur Widerstandsänderung der piezobasierten Messzellen. Über das Messignal lassen sich Informationen über Kontaktstelle, lokale Flächenpressung und resultierende Kraft auf die Dichtung gewinnen. Durch die ultradünne Ausführung (0,1 mm) lassen sich die Sensoren auf die Elastomerdichtung aufkleben, ohne dabei die Verformbarkeit der Dichtung signifikant zu beeinflussen.

Innovative Prüftechnik

Begleitend zum Entwicklungsprozess der neuen Flugzeugtürdichtung entwickelte das Fraunhofer LBF innovative Prüftechniken, die eine schrittweise experimentelle Validierung ermöglichen. Auf der ersten Stufe lassen sich an einem »Kalibrierstand« verschiedene Verformungszustände an Dichtungssegmenten einstellen und eine Gegenüberstellung von Sensordaten mit einer globalen Kraftmessung erzielen. Auf einer zweiten Stufe kann am »Subkomponentenprüfstand« die Dichtwirkung und Sensorik einer Dichtung im kleinen Maßstab im Unterdruckversuch getestet werden. Der weitestgehend transparente Aufbau des Prüfstands ermöglicht die optische Erfassung der Dichtungsverformung bei verschiedenen Druckstufen und Einbaupositionen. Auf der dritten Stufe werden am »PESDENA-Prüfstand« Full-Scale Prüfungen an einer Flugzeugtüre durchgeführt und die Funktion der neuen Dichtung mit integriertem Sensorkonzept erfolgreich nachgewiesen.

Förderung und Partner

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Klima (BMWK) im Rahmen von LuFo-VI

Projektträger: DLR
Projektpartner: Airbus Helicopters Deutschland, Trelleborg Sealing Solutions, Fraunhofer IWU