Czujniki bezprzewodowe podnoszą wydajność obsługi technicznej statku powietrznego
W ramach projektu FLITE-WISE powstały nowe czujniki bezprzewodowe w celu ułatwienia stałego monitoringu europejskich statków powietrznych. Nowy system, który ma zapewnić obniżenie kosztów i wagi, trafi na rynek w ciągu najbliższych trzech lat. W 2013 r. około 842 milionów pasażerów odbyło lot w EU-28. Zważywszy na te dane trudno się dziwić, że bezpieczeństwo statków powietrznych jest stale monitorowane, a zasady są przeglądane i poprawiane zgodnie z najnowszymi technologiami i wiedzą naukową. Można z całą pewnością stwierdzić, że latanie jest bezpieczną, jeżeli nie najbezpieczniejszą formą transportu. To naturalnie oznacza również, że monitoring stanu statków powietrznych jest kosztowny i czasochłonny. Obsługa techniczna stanowi zazwyczaj 10-20% kosztów operacyjnych związanych ze statkiem powietrznym, a używanie czujników przewodowych do monitorowania silników, kadłubów, konstrukcji, skrzynek przekładniowych i innych kluczowych elementów samolotu jest jedną z przyczyn rosnących rachunków. Zadanie postawione przed dofinansowanym ze środków UE projektem FLITE-WISE (FLite Instrumentation TEst WIreless SEnsor) polega na odejściu od niepotrzebnego obciążenia, jakim są przewody, w kierunku sieci bezprzewodowych czujników (WSN), która opiera się na inteligentnych czujnikach, komunikujących się ze sobą za pośrednictwem interfejsu radiowego. Prace nad projektem, który jest częścią wspólnej inicjatywy technologicznej „Czyste niebo” (publiczno-prywatne partnerstwo zawiązane przez Komisję z sektorem lotniczym w celu zmniejszenia oddziaływania lotnictwa na środowisko), zakończyły się w grudniu. Jean-Dominique Decotignie był koordynatorem projektu z ramienia CSEM. W wyłącznym wywiadzie dla magazynu research*eu nt. wyników naukowiec objaśnia postępy techniczne poczynione w ramach FLITE-WISE i omawia wartość dodaną dla sektora. Jakie były główne cele projektu? W ramach FLITE-WISE miał powstać system bezprzewodowych czujników, do których można podłączać czujniki akustyczne i ciśnieniowe (otwarty też na inne rodzaje czujników), który jest przystosowany do pracy na pokładzie w celu wykonywania w trybie ciągłym pomiarów w czasie prób w locie. Przełożyło się to na dwa przypadki użycia. Pierwszy to w pełni zintegrowany, bezprzewodowy węzeł czujnikowy przeznaczony do pomiarów akustycznych wzdłuż kadłuba statku powietrznego. Jest to okrągły, elastyczny plaster nakładany na poszycie statku powietrznego, który składa się z węzła czujnikowego w obudowie odpornej na trudne warunki środowiskowe, w jakich przeprowadza się próby w locie. Mimo iż jego maksymalna grubość nie przekracza 3 mm, mieści w sobie jeden czujnik akustyczny, system komunikacji, zasobnik energii oraz zasilanie na 12 godzin pracy. Zasilanie zapewniają ultracienkie baterie, które mogą być doładowywane bezprzewodowo za pomocą sprzężenia indukcyjnego, co umożliwia próbkowanie częstotliwości do 50 KHz z maksymalnym błędem oznaczania czasu między dwoma węzłami poniżej 50 μs. Drugi przypadek użycia wiąże się z rotacją, która wspomaga opracowywanie i testowanie nowej generacji przeciwbieżnych, otwartych silników rotacyjnych o efektywności środowiskowej znacznie wyższej od tradycyjnych silników turbowentylatorowych. W tej części projekt zatrzymał się na etapie demonstracyjnym. Węzeł czujnikowy jest w pełni autonomiczny pod względem zasilania. Dysponuje specjalnie zaprojektowanym układem pozyskiwania energii indukcyjnej i potrafi pozyskiwać dane z ośmiu czujników z dokładnością synchronizacji, uzależnioną od położenia śmigła, poniżej 0,05°. Jakie główne ograniczenia wiążą się z obecnymi czujnikami przewodowymi? Czujniki przewodowe są aktualnie używane do monitorowania stanu silników samolotowych, konstrukcji, skrzynek przekładniowych i tak dalej. Zaprojektowanie umiejscowienia czujnika, a następnie jego rozmieszczenie i montaż są uciążliwe, a przez to kosztowne. Ponadto montaż takich czujników zabiera dużo czasu, co stanowi główną przeszkodę w kontekście instalacji tymczasowych. Wreszcie w niektórych przypadkach, na przykład ruchomych części, takich jak silniki, niezwykle trudno jest zamontować czujniki przewodowe. Twierdzi pan, że czujniki bezprzewodowe obniżą koszty. W jaki sposób? Bezprzewodowa sieć czujników, tj. inteligentnych czujników z interfejsami radiowymi, może przynieść bezprecedensowe korzyści eksploatacyjne. Niższe koszty instalacji czujników na statku powietrznym, niższa waga (ze względu na znaczne ograniczenie ilości okablowania) i wyższa elastyczność przy rozmieszczaniu, tj. bez konieczności przeprojektowywania schematów przewodów danych – to z pewnością niektóre z głównych argumentów przemawiających za programami, takimi jak „Samoloty z inteligentnymi stałymi skrzydłami” realizowanymi w ramach inicjatywy „Czyste niebo”. Jaka jest wartość dodana waszej technologii dla przemysłu lotniczego z punktu widzenia efektywności? Poza obniżeniem jak już wspomniałem kosztów i wagi, technologia umożliwia montaż czujników niemal w dowolnym miejscu w samolocie, a dzięki temu rozpoznawanie różnego rodzaju zjawisk w pobliżu ich źródła (ciepło, naprężenie itp). To może przełożyć się na udoskonalenia testów samolotów i obsługi technicznej statków powietrznych. Jakie główne trudności napotkaliście w toku realizacji projektu i jak je rozwiązaliście? Zasadnicze wyzwania, z jakimi musieli zmierzyć się partnerzy projektu to wypracowanie: układu pozyskiwania energii i elektroniki zdolnej do wytrzymania dużych przyspieszeń oraz ekstremalnie niskich i wysokich temperatur; systemu komunikacji odpornego na interferencje radiowe i zakłócenia o ultraniskim zużyciu energii; wysoce kompaktowej i cienkiej konstrukcji funkcjonującej całkowicie bezprzewodowo, w tym ładowania na potrzeby umieszczania poza poszyciem oraz precyzyjnej synchronizacji pomiarów czujników między różnymi węzłami. Wszystko to osiągnęliśmy dzięki starannemu podejściu inżynieryjnemu opartemu na współdziałaniu multidyscyplinarnego zespołu – Imperial College w roli specjalisty ds. pozyskiwania i magazynowania energii, SERMA Ingénierie jako eksperta ds. elektroniki lotniczej i CSEM do spraw związanych z elektroniką małej mocy, protokołami bezprzewodowymi i bezprzewodowym zasilaniem. Pozyskiwanie energii wymagało nowego projektu, opartego na indukcji magnetycznej. Protokół komunikacyjny został poprawiony w taki sposób, aby jeszcze bardziej obniżyć zużycie poprzez nieprzerwane dostosowanie się do etapu funkcjonowania statku powietrznego. Obniżone zużycie wraz ze zoptymalizowanym magazynowaniem energii i wysoce zintegrowaną elektroniką to klucz to zmniejszenia wymiarów. Wreszcie synchronizacja wymogła niezwykle staranny dobór komponentów i wdrożenie w formie wbudowanej. Kiedy spodziewacie się, że technologia trafi na rynek? Zważywszy na sektor zastosowania – lotnictwo – w którym cykle opracowywania i certyfikacji trwają od 5 do 10 lat, technologia będzie dostępna na rynku w ciągu 2 do 3 lat. Jakie są kolejne etapy projektu i plany po jego zakończeniu? Technologia musi przejść próby w locie z pomocą głównego menedżera Airbus Operation, co zaplanowaliśmy na rok 2015. Następnie prototypy zostaną uprzemysłowione, aby można je było produkować seryjnie. Technologia będzie także dalej dopracowywana, aby poprawić wydajności pod względem tempa próbkowania i szerokości pasma oraz ochrony przed zakłóceniami.
Kraje
Szwajcaria