Institut für Flugzeug-Produktionstechnik

Erforschung eines optischen Leckagesensorsystems

In der Luftfahrtbranche werden in den kommenden Jahren neue Antriebskonzepte eingesetzt, um die CO2-Bilanz zu verbessern, mit dem Ziel zukünftig vollständig erneuerbare Energien zu nutzen. Der Flugbetrieb mit Wasserstoff (H2) bietet Vorteile und wird aktuell als Treibstoff der Zukunft verfolgt, welches jedoch geeignete MRO Prozesse (Maintenance, Repair and Overhaul) für Sicherheitskonzepte erforderlich macht, um das hochflüchtige und explosive Gas handhaben zu können. Dabei ist es zentral, auftretende Leckagen im Flugzeug oder an Tankanlagen zu erkennen. Aufgrund der besonderen Eigenschaften von Wasserstoff können konventionell verfügbare industrielle Ansätze mit bildgebenden Verfahren jedoch nicht oder nur unzureichend auf MRO Prozesse übertragen werden.

In dem Projekt HydroLeak wird ein optisches Detektionssystem in Form eines Handgeräts entwickelt, um einen manuellen Inspektionsprozess assistiert durch visuelles Nutzerfeedback durchzuführen. Es basiert auf der Background-Oriented-Schlieren (BOS) Technik und erlaubt eine schnelle Detektion und dreidimensionale Lokalisierung von H2-Leckagen und dessen Bewertung. Ein Kamerabild wird in Echtzeit ausgewertet und angereichert mit visuellen Informationen auf einem Bildschirm ausgegeben. Die zugrundeliegenden Analyseverfahren werden sowohl durch KI als auch durch Informationen aus dem Digitalen Zwilling des Wasserstoffsystems unterstützt. Die bidirektionale Kopplung der lokalen Daten mit dem Digitalen Zwilling erlaubt zudem einen Datenaustausch, um die Leckage im Kontext eines übergeordneten Anlagemodells zu spezifizieren und zu dokumentieren.

Die BOS-Technologie erlaubt den Einsatz einfacher Kameratechnik, die komplexen Analysen werden in durch eine optimierte Software bereitgestellt. Das führt zu einer hohen Verfügbarkeit, relativ gesehen zu anderen optischen Detektionsverfahren sowie geringen Kosten. Mit Hinblick auf die zunehmende Bedeutung von Wasserstoff als Treibstoff für die Luftfahrt ist dieses Verfahren besonders interessant sowohl für die Wartung von Tankstrukturen des Flugzeugs als auch von der Versorgungsinfrastruktur am Flughafen. Zudem ist durch dieses Verfahren nicht nur die Detektion von Wasserstoff möglich, sodass auch für andere Anwendungsfelder, in denen die Detektion anderer Gase relevant ist, vielfältige Verwertungsmöglichkeiten bestehen. Das System ist darüber hinaus von Laien einsetzbar, da die Informationen leicht erkennbar auf einem Bildschirm dargestellt werden. Erkannte Leckagen können mit dem Gerät umgehend digitalisiert und in einen Digitalen Zwilling eingebettet werde, um den umfangreichen Sicherheits-, Qualitäts- und Dokumentationsanforderungen der Luftfahrtbranche zu genügen.

Das Teilvorhaben des IFPT adressiert die Detektion der Gasleckagen mit geeigneten Algorithmen. Zunächst erfolgt die Analyse von Randbedingungen und Ableitung von Anforderungen. Bei der Auswahl und Entwicklung der Algorithmen zur Detektion bzw. Lokalisierung ist an bestehende, aus der Literatur bekannte BOS-Techniken anzuknüpfen. Im Anschluss an die Lokalisierung sollen auch Möglichkeiten einer KI-basierten Quantifizierung untersucht werden. Die erzeugten Informationen sollen schließlich in einem Digitalen Zwilling münden. Zur Untersuchung und Entwicklung der BOS-Technologie entwickelt das IFPT einen geeigneten Versuchsstand. Abbildung 1 zeigt Prozessschritte einer möglichen zukünftigen H2-Detektion.

Abbildung 1: Darstellung von Prozessschritten für eine Lokalisierung und Analyse von Leckagen mittels der BOS-Technik: [1] Erkennen und lokale Lokalisierung im Messbereich [2] Riskoabschätzung durch Quantifizierung der Leckage [3] Globale Lokalisierung durch das Scannen eines QR Codes

Studentische Arbeiten:

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Stellenausschreibungen für Studentische Hilfskräfte:

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Veröffentlichungen:

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Ansprechpartner am Institut:  Lukas Bath