Ein elektronisches Auge zur Inspektion von Flugzeugrümpfen

Flugzeuge werden bei der regelmässigen Wartung, aber auch bei bestimmten Schlagen der Struktur inspiziert, die z. B. am Boden durch Flughafengeräte oder im Flug durch Vögel verursacht werden. Solche Kollisionen sind nicht harmlos, sie können die Struktur des Flugzeugs verformen und beschädigen. Insbesondere bei Verbundwerkstoffen – die in der Luftfahrt immer häufiger eingesetzt werden, weil sie leichter sind als die herkömmlichen Materialien – treten die Schäden jedoch nicht immer dort auf, wo der Stoss erfolgt ist.  «Bei einem Aufprall auf Verbundwerkstoffe entsteht eine Stosswelle, die sich ausbreitet und weit von der Aufprallstelle entfernt Beschädigungen – sogenannte Delaminationen – verursachen kann. Dadurch wird es schwieriger, Schäden zu erkennen», erklärt Pierre-François Rüedi, Experte beim CSEM und Leiter des Projekts.

Es gibt verschiedene Techniken, um Delaminationen in Verbundstrukturen aufzuspüren. Die Inspektionen sorgen jedoch für lange Standzeiten und erfordern manchmal sogar eine Demontage des Flugzeugs, was beides kostspielig ist.  

Im Rahmen des europäischen Projekts Clean Sky H2020 SWISSMODICS, entwickeln das CSEM, die Universität Jean Monnet in Saint-Étienne, France und ALMAY Technologies in Chauvigny, France einen Bildsensor mit einer Dicke von weniger als einem Millimeter und einem breiten Spektralbereich, der in die Verbundstruktur von Flugzeugen eingesetzt werden kann und solche Schäden zu erkennen vermag. Die Inspektionen – die sowohl für die Fluggesellschaften als auch für die Passagiere mit Unannehmlichkeiten verbunden sind, insbesondere wenn sie ausserhalb der geplanten Wartungsinspektionen durchgeführt werden müssen – könnten mithilfe dieser neuen Technologie in deutlich kürzerer Zeit durchgeführt werden.

Ein Sensor, der sichtbares und infrarotes Licht sowie Röntgenstrahlen erkennen kann

Der Bildsensor wird so konzipiert, dass er Licht unterschiedlicher Wellenlängen erkennen kann: sichtbares Licht (d. h. für das blosse Auge sichtbares Licht), Röntgenstrahlen (wie sie z. B. bei der medizinischen Bildgebung verwendet werden) und infrarotes Licht (Wärmestrahlung). Je nachdem, welche Schäden erkannt bzw. welche Bereiche kontrolliert werden sollen, kann bei diesem Sensor aus drei möglichen Prüfbereichen der jeweils effektivste ausgewählt werden. «Diese Einrichtung wird nicht nur dazu beitragen, Standzeiten zu vermeiden und Inspektionen häufiger und schneller durchzuführen, es wird zudem über einen breiteren Empfindlichkeitsbereich verfügen als derzeit jedes andere Gerät», bemerkt Pierre-François Rüedi.

Für die Erfassung einer bestimmten Wellenlänge optimierte sensitive Schichten

Der Sensor soll aus einem elektronischen Chip bestehen, auf dem unterschiedliche sensitive Schichten aufgebracht sind, die eine jeweils andere Wellenlänge erkennen können. Dementsprechend unterscheidet sich auch die Zusammensetzung dieser Schichten, wobei eines allen gemeinsam ist: Sie basieren alle auf Perowskit, einem Halbleitermaterial, das auch bei Solarzellen eingesetzt wird. Das auftreffende Licht wird dann von den elektronischen Bauteilen des Chips verarbeitet. 

Gemeinsam mit den Forscherinnen und Forschern der Universität Jean Monnet ist das CSEM für die Entwicklung des Chips einschliesslich der Zusammensetzung seiner verschiedenen Schichten verantwortlich. ALMAY Technologies, ein Spezialist für Verbundwerkstoffe für die Luftfahrt, wird die Validierung des Geräts an Verbundstrukturen durchführen, die Defekte aufweisen. Das Projekt soll im August 2023 abgeschlossen sein und den Weg für die Entwicklung leichterer Flugzeuge ebnen, die erhebliche Umweltvorteile mit sich bringen.