Fremdbetätigte Linearkupplungen für klemmtolerante Primärflugsteuerungsaktoren

Abstract

Ein Lösungsansatz für umweltfreundliche Technologien ist die Elektrifizierung von Flugsystemen unter der Überschrift „More Electric Aircraft“, das die Weiter- und Neuentwicklung von kundenspezifischen elektrischen Systemen mit hoher spezifischer Leistung umfasst. Hinsichtlich der primären Flugsteuerung von Hubschraubern gibt es allerdings noch erhebliche Sicherheitsrisiken, da diese Anwendung für elektromechanische Aktoren eine besondere Herausforderung darstellt. Insbesondere der Fehlerfall eines klemmenden Antriebsstrangs ist für diese Antriebe charakteristisch und muss aufgrund begrenzt verfügbarer Daten bei der Entwicklung berücksichtigt werden. Im Vorfeld dieser Forschungsarbeit wurde ein Lösungsansatz mit redundanten Stellantrieben gewählt, bei dem das Lösen von klemmenden Bauteilen mit Hilfe fremdbetätigter Linearkupplungen erfolgt. Nach Detektion mittels Sensoren sind die klemmenden Bauteile freizuschalten, sodass ein redundanter Stellantrieb die Steuerungsfunktion des ausgefallenen Aktors übernehmen kann. Die vorliegende Forschungsarbeit setzt bei der Neuentwicklung fremdbetätigter Linearkupplungen an, die aktiv steuerbar, schnell schaltend, kompakt, leicht und bei hoher Belastung robust schaltbar sein müssen. Konkret bedeutet dies, dass das Entkuppeln innerhalb von 20 ms bei Vorspannkräften von bis zu ±50 kN durchzuführen ist. Um eine Substitution der aktuell verwendeten servohydraulischen Aktoren direkt zu ermöglichen, müssen sowohl die Masseanforderung von maximal 2 kg pro Kupplung als auch die Bauraumanforderung an das Flugsteuerungssystems eingehalten werden. Als Bestandteil eines sicherheitskritischen Systems sind möglichst viele Teilfunktionen der Kupplungen im Rahmen von automatisierten Vorflugtests zu überprüfen, mit denen ein frühzeitiges Erkennen von Fehlfunktionen garantiert wird. Des Weiteren sind alle relevanten Fehlerursachen für einen klemmenden Antriebsstrang, d. h. insbesondere alle Schäden an wälzenden Kontakten, von den Kupplungen auch bei rauen Umgebungsbedingungen abzudecken. Hinzu kommt das für wälzende Kontakte ungünstige Belastungs- und Bewegungsprofil von stark hämmernden Lasten und kleinen oszillierenden Stellbewegungen der primären Flugsteuerungsaktoren. Um alle Anforderungen zu erfüllen, werden im Rahmen dieser Forschungsarbeit innovative Lösungen in reversibler und irreversibler Ausführung entwickelt und erprobt.