Taxi Vibration Test: Die Anwendung von Output-Only Modalanalyse für Standschwingungsversuche großer Flugzeuge

Abstract

Im Rahmen der Verkehrszulassung von Flugzeugen fordern die Bauvorschriften unter anderem die Durchführung eines Standschwingungsversuches, um die Schwingungs-eigenschaften eines Flugzeugsprototyps experimentell zu ermitteln. Die Beschreibung der Eigenschwingungsformen eines Flugzeugs erfordert eine Vielzahl von Sensoren. Gleichermaßen ist die Verwendung von vielen Erregerpunkten erforderlich, um alle Eigenschwingungsformen im untersuchten Frequenzbereich hinreichend gut anregen zu können. Die Frequenzgänge, die bezüglich dieser Erregerpunkte gemessen werden, dienen als Basis für die experimentelle Modalanalyse zur Identifikation der modalen Parameter des Flugzeugs. Bedingt durch Größe und Gewicht moderner Transportflugzeuge stellt gerade die Schwingungsanregung eine besondere Herausforderung im Standschwingungsversuch (engl. Ground Vibration Test bzw. GVT) dar und hat somit einen wesentlichen Einfluss auf die Dauer dieses Versuchs. Als technische Schwierigkeiten sind hier zu nennen: (i) Zugänglichkeit der Erregerpunkte, (ii) große Schwingungsamplituden der Struktur und geringer Hub der Schwingungserreger, (iii) Eigendynamik der Stative zur Positionierung der Schwingungserreger. Output-Only Modalanalyseverfahren ermöglichen die Identifikation modaler Parameter nur aus gemessenen Schwingungsantworten, siehe [1] und [2]. Diese Verfahren finden gerade bei sehr großen Strukturen Anwendung, für die eine experimentelle Schwingungsanalyse unter Laborbedingungen unmöglich ist. Häufig werden Verfahren der Output-Only Modalanalyse in Verbindung mit ambienter Schwingungsanregung verwendet. Dabei hat man weder Einfluss auf den spektralen Inhalt der Erregerkräfte, noch auf deren räumliche Verteilung. In diesem Bericht wird untersucht, unter welchen Bedingungen Output-Only Modalanalyseverfahren als Alternative zum herkömmlichen GVT eingesetzt werden können. Dabei soll eine natürliche Anregung benutzt werden, wie sie z.B. beim Rollen über unebene Fahrbahn entsteht. Dieses Verfahren wird als Taxi Vibration Test (TVT) bezeichnet. Es wird der Weg von der Idee des TVT-Verfahrens, über die Modellbildung, bis hin zur Anwendung an einem A320 Transportflugzeug dargestellt. Die Ergebnisse des TVT werden im Vergleich zu den Ergebnissen eines herkömmlichen GVTs diskutiert.