Vliegtuigen krijgen nu nog volgens een strakke planning hun onderhoudsbeurt. Dat gaat in de toekomst anders, als het aan Delftse onderzoekers ligt: dan houdt een netwerk van sensoren bij hoe het staat met de conditie van de vliegtuigconstructie. De onderzoekers hebben nu een databank met meetdata opengesteld voor wetenschappers en vliegtuigingenieurs.

Wie vaak vliegt, heeft het misschien wel eens meegemaakt. Het vliegtuig maakt een te harde landing of tikt met een vleugelpunt even de grond aan. De piloot heeft een inschattingsfout gemaakt of een windvlaag gaf het toestel net een extra duwtje.

In dit soort gevallen voert de piloot na de vlucht uit voorzorg een extra inspectie uit en roept waar nodig de hulp in van een ingenieur op het vliegveld. Zij bekijken of er iets is dat duidt op schade, dat het toestel op volgende vluchten in gevaar kan brengen.
 

Continu cruciale onderdelen monitoren

Nu kunnen mensenogen niet alles zien. Daarom werken onderzoekers van onder meer de Technische Universiteit Delft aan systemen om objectief en continu de conditie van cruciale onderdelen van een vliegtuig te monitoren, zoals de romp en de vleugels.

Neem de tegenwoordig veelgebruikte composieten — samengestelde materialen — waarvan bijvoorbeeld de vleugels van moderne vliegtuigen zijn gemaakt. Als die beschadigd raken, is dat niet altijd goed te zien met het blote oog.
 

Hagelstenen simuleren

Daarom staat in een laboratorium van de TU Delft een vereenvoudigd stuk vleugel in een proefopstelling, te zien op de foto hieronder. Postdoc Nan Yue (links op de foto boven dit artikel) en promovenda Agnes Broer (rechts op de foto) doen metingen aan deze opstelling. Ze belasten het composietmateriaal op alle mogelijke manieren, om het gebruik in de praktijk na te bootsen. Daarbij bootsen ze soms extreme situaties na. ‘Het komt wel voor dat een vliegtuigvleugel forse hagelstenen te verduren krijgt. Dat simuleren wij met een kogel uit een gaskanon’, vertelt Yue.
 

 

Glasvezels en ultrageluid

Het stuk modelvleugel is volgehangen met sensoren, van vijf verschillende typen. Er zitten glasvezels op die heel gevoelig de vervorming van de structuur meten. Maar ook sensoren gebaseerd op ultrageluid, die een plaatselijke schade kunnen lokaliseren. ‘Elke sensor is weer gevoelig voor een andere vorm van schade’, zegt Broer. ’Soms gebruiken we ze los van elkaar, maar ze vullen elkaar ook heel goed aan.’

Niet alleen leveren de meetdata uit de sensoren informatie over de schades die optreden in het composietmateriaal. De onderzoekers hopen zelfs een model van het materiaal te kunnen opstellen dat voorspelt of en hoe de schade groeit. Dan komt predictive maintenance — voorspellend onderhoud — echt binnen handbereik.

‘Het is belangrijk om te weten of een vliegtuig dat een klein beetje schade heeft, nog veilig terug kan vliegen naar zijn thuisbasis, om daar te worden gerepareerd’, zegt Dimitrios Zarouchas, universitair hoofddocent Artificial Intelligence for Structures, Prognostics & Health Management aan de TU Delft, en begeleider van Broer en Yue.
 

Kennisbank

De onderzoekers hebben samen al voor maanden aan meetdata uit hun opstelling gehaald. Die stellen ze nu beschikbaar in een open toegankelijke kennisbank; collega’s van de Universiteit van Patras in Griekenland doen hetzelfde. Andere onderzoekers aan vliegtuigstructuren mogen vrijelijk gebruikmaken van de kennisbank. ‘Zo hopen we dat zij tot weer andere inzichten komen dan wij. Zo vullen we elkaars werk aan’, zegt Yue.
 

Rigide planningen

Het werk van de Delftse onderzoekers moet bijdragen aan een andere manier van vliegtuigonderhoud in de toekomst. Het onderhoud aan vliegtuigen gebeurt nu volgens rigide planningen: een vliegtuig krijgt zijn onderhoud op momenten dat het niet hoeft te vliegen en wanneer technisch personeel en materiaal beschikbaar zijn.

Dat leidt ertoe dat een onderdeel vaak niet wordt vervangen wanneer het daadwerkelijk bijna versleten is, maar eerder. Er worden dus regelmatig nog prima onderdelen weggegooid.
 

Een onderhoudsploeg controleert een vliegtuig voor vertrek. Foto Depositphotos.com

 

Schade of vermoeiing van een materiaal

In de toekomst zit de constructie van een vliegtuig vol met minuscule sensoren die voortdurend data verzamelen en doorsturen naar een centraal punt. Daar analyseert software op basis van kunstmatige intelligentie (AI) de cijfers en probeert er trends in te ontdekken die wijzen op een concrete schade, of wellicht vermoeiing van een materiaal, een probleem dat zich veel langzamer openbaart.
 

Conditie vloot in de gaten houden

Dan zullen luchtvaartmaatschappijen waarschijnlijk de beschikking hebben over een systeem dat de conditie van de gehele vloot vliegtuigen in de gaten houdt (binnen het ReMAP-project wordt dit een Integrated Fleet Health Management (IFHM)-systeem genoemd). Pas als het echt nodig is, gaat een vliegtuig voor onderhoud de hangar in.

De verwachting is dat luchtvaartmaatschappijen dankzij deze ‘predictive maintenance’ veel geld kunnen besparen. De deelnemers aan het Europese onderzoekproject ReMAP mikken op een gezamenlijke besparing binnen de Europese luchtvaart van 700 miljoen euro.
 

Deelproject bij KLM

Binnen ReMAP gaat in september een deelproject bij KLM van start, waarbij de onderzoekers van de verschillende projectpartners data gaan verzamelen van echt vliegende vliegtuigen, om hun methodiek te testen.

Daarbij maken zij gebruik van de sensoren die de huidige vliegtuigen hebben in de verschillende onderdelen, zoals de airconditioning en de koeling van de voedingsmiddelen. Dit dient vooral om de nieuwe methodiek te testen; vliegtuigen hebben vandaag de dag nog geen sensoren die de conditie van de structurele delen, zoals de vleugels en de romp, monitoren.