Valokuitujen käyttö lentokoneiden komposiittirakenteiden kunnonvalvonnassa

Abstract

Lentokoneiden komposiittirakenteet altistuvat päivittäin suurille rasituksille vaihtelevissa olosuhteissa. Komposiittirakenteiden eheys ja kestävyys on erityisen tärkeää, jotta voidaan välttyä katastrofaalisilta onnettomuuksilta. Tällä hetkellä komposiittirakenteille ei ole jatkuvaa ja reaaliaikaista kunnonvalvonnan järjestelmää, mikä hidastaa huoltotoimenpiteitä ja lyhentää komponenttien käyttöikää.

Tutkielmassa käsitellään jatkuvaa kunnonvalvonnan järjestelmää lentokoneiden komposiittirakenteille hyödyntäen valokuituja. Valokuituanturit tarjoavat houkuttelevan ratkaisun kunnonvalvonnan järjestelmällä, sillä ne ovat kevyitä, immuuneja sähkömagneettiselle interferenssille, ne keräävät dataa koko pituudeltaan ja ovat halvempia tuottaa kuin perinteiset anturit. Tutkielma keskittyy kahden erilaisen valokuitutyypin, FBG:n ja POF:n, ympärille. Valokuitujen yksi suuremmista eduista on niiden soveltuvuus upottaminen komposiittimateriaaleihin. Tällöin komposiittimateriaalien sisään voidaan rakentaa valokuituverkosto, jonka avulla voidaan monitoroida rakenteiden rasituksia reaaliajassa ja paikantaa viat tai materiaalivirheet nopeasti.

Komposiittimateriaaleja hyödynnetään laajasti lentokoneiden rakenteissa johtuen niiden hyvästä paino-lujuus-suhteesta. Komposiittimateriaalien käyttö kuitenkin asettaa omat haasteensa, sillä komposiittimateriaalien vikoja ei välttämättä huomaa paljaalla silmällä. Tämän takia lentokoneiden komposiittirakenteita tarkistetaan ja huolletaan useammin kuin välttämätön tarve vaatii. Jatkuvan kunnonvalvonnan avulla voidaan paikantaa materiaaliviat nopeasti ja huoltaa komponentteja vain, kun on tarve. Tämän kaltainen järjestelmä tarjoaa houkuttelevan ratkaisun niin teknisesti kuin taloudellisestikin

Jatkuvalla kunnonvalvonnalla valokuitujen avulla voidaan leikata huolto- ja kunnossapitokustannuksista. Suurimmat kustannushyödyt tulevat huoltoajan vähenemisestä ja komponenttien käyttöiän pidentymisestä. Kustannushyötyjen lisäksi lentokoneen komposiittirakenteiden jatkuva kunnonvalvonta valokuitujen avulla parantaa komponenttien turvallisuutta ja näin ollen koko lentokoneen turvallisuutta.

Tutkielmassa käsitellään lentokoneen komposiittirakenteiden kunnonvalvonnan hyötyjä sekä valokuitujen hyödyntämistä kunnonvalvonnassa. Tutkielmassa käsitellään myös valokuitujen edut ja haasteet verrattuna perinetisiin sensoreihin. Lisäksi siinä esitellään valokuitujen upottamisen tarjoamat mahdollisuudet sekä ongelmat, joita valokuitujen upottamiseen liittyy. Lopuksi tutkielmassa tarkastellaan kunnonvalvonnan järjestelmän kustannushyötyjä ja vaikutusta lentokoneiden turvallisuuteen.