Intelligente sensornetwerken kunnen onderhoudskosten en uitvaltijd verminderen

Vliegtuigen en ruimtevaartuigen zijn complexe voertuigen waarvan het onderhoud tijdrovende en dure handmatige inspecties vereist. Maar een reeks nieuwe technologieën, zoals sensor-actuatornetwerken, kan Structural Health Monitoring (SHM) mogelijk maken, een revolutionaire methode voor het automatisch beoordelen van de integriteit van ruimtevaart en andere complexe structuren. Aangezien deze technologieën veel aandacht krijgen van de industrie, is er een nieuwe internationale ruimtevaartgroep opgericht om de sectorbrede samenwerking op het gebied van het gebruik en de ontwikkeling van SHM te bevorderen.

"We hebben het over het bouwen van een zenuwstelsel voor vliegtuigen", zegt Fu-Kuo Chang, hoogleraar luchtvaart en ruimtevaart aan de Stanford University en voorzitter van de Structural Health Monitoring - Aerospace Industry Steering Committee (SHM-AISC). "SHM-technologieën kunnen onderhoudsprofessionals de informatie geven over wat er in de structuur van een vliegtuig gebeurt wanneer dat nodig is, net als in ons eigen lichaam."

SHM heeft het potentieel om handmatige inspecties te vervangen, waardoor mankracht en vliegtuigstilstand voor onderhoud worden verminderd.

"SHM is geïdentificeerd als een van de belangrijkste drijfveren voor Airbus om de 'Intelligent Structure'-filosofie mogelijk te maken", zegt Holger Speckmann, de contactpersoon voor SHM Technology bij de Europese vliegtuigfabrikant Airbus. "SHM zal leiden tot een verlaging van de directe onderhoudskosten, een grotere beschikbaarheid en innovatieve ontwerpbenaderingen, wat een enorm voordeel zal zijn voor onze klanten wat betreft hun vlootprestaties"

John C. Coles, 787 support- en servicesmanager voor Boeing Commercial Airplanes, voegt hieraan toe:"We zien SHM als een van de opkomende technologieën die de luchtvaartmaatschappijen significante verbeteringen kunnen opleveren in de operationele efficiëntie. mate van zichtbare schade met apparatuur aan boord, waardoor de tijd om niet-destructieve inspectieapparatuur te lokaliseren en in te zetten, wordt geëlimineerd en de tijd die nodig is om een ​​reparatie te plannen, wordt verkort."

De SHM-AISC
De SHM-AISC hield zijn eerste vergadering in Stanford op 7 november 2006, tijdens welke de leden overeenstemming bereikten over een charter en een raad van bestuur bekrachtigden. Chang werd verkozen om als eerste voorzitter te dienen.

De internationale raad van bestuur bestaat uit vertegenwoordigers van grote luchtvaartindustrieën van over de hele wereld (Airbus, Boeing, EADS, Embraer, Honeywell, BAE Systems), regelgevende instanties uit de Verenigde Staten en Europa (FAA/EASA), de overheidsinstanties (US Air Force , het Amerikaanse leger en NASA), en onderzoeks- en ontwikkelingsinstellingen (Sandia National Labs, Stanford University).

Het doel van de SHM-AISC is het formuleren van een gezamenlijk beeld van de weg vooruit voor de praktijk van Structural Health Monitoring (SHM) en de impact ervan op het beheer van structurele gezondheid. De groep zal een koers uitstippelen om de technologie efficiënt en effectief te implementeren in een breed scala aan commerciële en militaire ruimtevaarttoepassingen. Dit wordt bereikt door het ontwikkelen van standaarden, procedures, processen en richtlijnen voor implementatie en certificering. De missie van de SHM-AISC is om een ​​aanpak te bieden voor het standaardiseren van integratie- en certificeringsvereisten voor SHM van ruimtevaartstructuren, waaronder systeemrijping, onderhoud, ondersteuning, upgrades en uitbreiding.

De komende weken zal de commissie werkgroepen oprichten om zich te concentreren op de gedetailleerde taken die nodig zijn om deze visie te verwezenlijken. Meer relevante particuliere en overheidsorganisaties zullen worden uitgenodigd om zitting te nemen in de werkgroepen. De eerste werkgroep – Commerciële Luchtvaart – wordt begin 2007 opgericht en verwacht binnen twee jaar met conceptnormen te komen.

Over SHM-technologie
SHM is een nieuwe technologie in de lucht- en ruimtevaart die in toenemende mate door de industrie en de overheid wordt geëvalueerd als een mogelijke methode om de operationele kosten te verlagen en mogelijk de veiligheid en betrouwbaarheid van de constructie van lucht- en ruimtevaartvoertuigen te verbeteren. De kern van SHM-technologie is de ontwikkeling van zelfvoorzienende systemen die gebruikmaken van ingebouwde, gedistribueerde sensor-actuatornetwerken als onderdeel van algemene strategieën voor voertuiggezondheidsbeheer. De SHM-aanpak kan zorgen voor continue monitoring, inspectie en detectie van schade aan constructies met minimale menselijke tussenkomst.

Het doel van SHM is niet alleen om de aanwezigheid en omvang van structurele gebreken te detecteren, maar ook om de effecten van structureel gebruik te bepalen en een vroege indicatie van fysieke schade te geven. De vroege waarschuwingen van een SHM-systeem kunnen vervolgens herstelstrategieën ondersteunen voordat opkomende structurele schade de vliegveiligheid kan beïnvloeden. Dezelfde technologie kan ook worden gebruikt om het ontwerp van toekomstige vliegtuigconstructies te verbeteren.

NASA begon SHM te implementeren in het Space Shuttle-programma na het verlies van de Shuttle Columbia in 2002, zegt William Prosser, een senior wetenschapper bij NASA.

"De impactschade aan het thermische beveiligingssysteem benadrukte de noodzaak van SHM-systemen aan boord", zegt Prosser. "Als reactie daarop is op alle shuttles een Wing Leading Edge Impact Detection System geïnstalleerd dat tijdens elke vlucht wordt gecontroleerd. Soortgelijke systemen worden overwogen voor het internationale ruimtestation en toekomstige ruimtevoertuigen."

De luchtmacht overweegt ook om SHM te adopteren in een herbruikbaar draagraket dat bekend staat als het Space Operations Vehicle. "Een geautomatiseerd systeem zou de gezondheid van de hele structuur binnen enkele uren na een voltooide missie kunnen beoordelen en de structuur opnieuw kunnen certificeren voor de vlucht", zegt Mark M. Derriso, leider van het structurele gezondheidsbeoordelingsteam voor het Air Force Research Laboratory Air Vehicles Directorate. Deze geoptimaliseerde doorlooptijd zou op zijn beurt de lanceringskosten van het voertuig verlagen.

Tijdens de derde Europese workshop over structurele gezondheidsmonitoring (gehouden in Granada, Spanje, in juli 2006), hebben vertegenwoordigers van de overheid en de industrie de behoefte geuit om industriebrede beleidslijnen en procedures te creëren voor de standaardisatie en implementatie van SHM-technologieën. Als reactie op deze consensus vroegen de deelnemers aan de workshop Chang om de SHM-AISC te creëren.

"SHM komt op het juiste moment omdat de kosten die gepaard gaan met het toenemende onderhoud en de bewaking van verouderde infrastructuur in een onverwacht tempo stijgen", zegt Dennis Roach, een vooraanstaand lid van de technische staf van het Airworthiness Assurance NDI Validation Center dat voor de FAA is opgericht door Sandia National Labs in Albuquerque, NM "Onderhoud en reparatie van vliegtuigen vertegenwoordigen nu ongeveer een kwart van de bedrijfskosten van een commerciële vloot."