Strukturüberwachung (SHM) mittels Sensornetzwerken ermöglicht es, den manuellen Inspektionsaufwand von Luftfahrzeugen zu reduzieren. Dieser ist sowohl komponenten- als auch nutzungsabhängig und steigt mit dem Flugzeugalter an. Da ein dediziertes SHM-System Gewicht und Leistungsbedarf des Flugzeuges erhöht, stellt sich zum einen die Frage, für welche spezifischen Komponenten sich eine Überwachung lohnen könnte, und zum anderen, ob eine Nachrüstung im späteren Leben – im Vergleich zur reinen Werksinstrumentierung – höhere Kosteneinsparungen erlaubt.
Um dies zu bewerten, wurde der Einfluss des SHM-Abdeckungsgrads und -Zeitpunktes am Beispiel des A320 im Rahmen einer Kapitalwertbetrachtung untersucht. Hierfür wurde ein komponentenaufgelöstes Sensornetzwerkmodell entwickelt, um zusätzliche Investitions- und Treibstoffkosten dem eingesparten Inspektionsaufwand für unterschiedliche Flugzeugnutzung gegenüberzustellen.
Auf diese Weise konnten optimierte SHM-Konfigurationen abgeleitet werden, die generell auf Flugzeugebene ein Einsparpotenzial bieten. Dieses ist – bei später im Flugzeugleben stattfindender Nachrüstung – auf Flottenebene um etwa 20 % höher als bei einer reinen Werksinstrumentierung, da der Inspektionsaufwand und damit der Vorteil des Sensorsystems mit dem Flugzeugalter zunehmen. Weiterhin besteht das größte Einsparpotenzial durch SHM für Flugzeuge auf der Kurzstrecke. Auf Flottenebene ergibt sich deshalb insbesondere für Airlines mit hohem Kurzstreckenanteil ein zusätzlicher Vorteil, wenn gemäß der mittleren Nutzung für individuelle Flugzeuge Nachrüstungszeitpunkt und Anzahl der überwachten Positionen optimiert werden.
Vorgehen zur Berechnung optimierter SHM-Konfigurationen
Das Gewichtsmodell nutzt eine Parametrisierung der Strukturkomponenten und Sensoren sowie ein Kabelmodell und bildet mit dem Inspektionsplan die Basis für Kosten-Nutzen-Analysen auf Flugzeug- und Flottenebene.
Potenzial einer reinen Werksinstrumentierung gegenüber einer Nachrüstoption in Abhängigkeit der Flugzeugnutzung
Eine nutzungsoptimierte Nachrüstung („optimised retrofit“) ist immer deutlich besser als eine reine Werksinstrumentierung („factory only“), ein flottengleicher Retrofit („generic retrofit“) zwar nicht auf der Kurzstrecke, jedoch auf Flottenebene.
Buechter, K.-D., & Koops, L. (2021). Retrofitting Potentials in Aircraft Structural Health Monitoring – A Value of Information Analysis. 13th International Workshop on Structural Health Monitoring. Stanford, United States.
Buechter, K.-D., Sebastia Saez, C., & Steinweg, D. (2021). Modeling of an aircraft structural health monitoring sensor network for operational impact assessment. Structural Health Monitoring, 21(1), pp. 208–224. doi:10.1177/14759217211048149
Das zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz unter dem Förderkennzeichen 20X1737B gefördert.