I verkstadslabbet på avdelningen för Fluida och mekatroniska system, Flumes, vid LiU har en testrigg av flygplansmodellen Saab 2000 stått mer eller mindre bortglömd i över 20 år. Den skänktes till LiU av Saab när deras utvecklingsprojekt av flygplansmodellen var färdigt. Av olika anledningar blev testriggen, med tillhörande system, stående.
I branschen kallas en sådan testrigg för ”iron bird” och är en fullskalig kopia av styrsystemet för utprovning innan flygning. Den består av ett stålskelett där olika lösningar och koncept kan testas för att se samspelet mellan olika system och hur de påverkar varandra.
Nu ska en forskargrupp på LiU använda Testriggen är en så kallad "iron bird" som är donerad till LiU av Saab.
Foto Thor BalkhedSaabs gamla testrigg för att ta reda på vad framtidens flygteknik blir. I och med att testriggen har stått i oanvänd i 20 år var det nervöst att få igång tekniken efter så lång tid. Christopher Reichenwallner är doktorand på Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling, IEI, vid LiU:
– När vi hade monterat ihop vår testrigg samt de datorer och system som användes av Saab för 20 år sedan och tryckte på ”Start” gick den igång direkt. Det var en stor lättnad. Nu är utmaningen att integrera den nya tekniken med den gamla, säger han.
Tillit till nya system
De första styrsystemen i flygplan bestod av vajrar kopplade till varje roder och vingklaff. Vid skarpa stigningar och svängar krävs mycket muskelkraft för att piloten ska få planet dit hen vill. Men ju större och snabbare flygplan, desto större krafter. Då krävs ett hydraulsystem med servo som sköter roder och klaffar. I hydraulsystemet finns en central hydraulpump, som drivs av flygplanets motorer. Den förser ställdonet, även kallat aktuator, med tillräckligt mycket effekt för att få exempelvis en jumbojet att svänga.
I de flesta kommersiella flygplan är styrreglagen i cockpit både elektroniskt och mekaniskt kopplade till ställdonen. Den mekaniska kopplingen mellan styrreglage och ställdon finns kvar som en säkerhetsåtgärd om den elektroniska lösningen skulle haverera. Den här typen av lösning är vanligast även idag, trots att den funnits med sedan slutet på 1960-talet.En av utmaningarna i projektet är att integrera den gamla tekniken med den nya. Foto Thor Balkhed I vissa nyare flygplansmodeller är den mekaniska styrningen helt frånkopplad. Det kallas ”fly by wire” och innebär att pilotens rörelser styr en dator som i sin tur styr planet. Men i grund och botten bygger den på samma teknik med central hydraulpump som tidigare.
– Det handlar om tillit till nya system, därför tar det lång tid innan man vågar gå över till mer moderna alternativ, och ofta vill man ha kvar en beprövad teknik som back-up. Säkerheten kommer alltid i främsta rummet när det handlar om flyg, säger Felix Larsson, industridoktorand från Saab på IEI.
Mer elektrifiering
Inom flygindustrin pratas det mycket om begreppet ”More Electric Aircraft”. Det innebär att så mycket som möjligt av flygplanets funktioner, undantaget framdrivningen, ska drivas av elektricitet och vara elektroniskt styrda. Dagens kombination av hydraulik, pneumatik, mekanik och elektricitet för olika funktioner gör att flygplanen i många fall blir onödigt tunga, komplicerade och får hög bränsleförbrukning. Det är de senaste årens tekniska framsteg inom elektrifierade komponenter som nu gör det möjligt att nu förverkliga en större del elektrifiering.
Tekniken som forskarna i Flumes labb jobbar med har potential förändra styrsystemet i grunden vilket i sin tur kommer påverka resten av flygplanets uppbyggnad. Men LiU-forskarna vill vara tydliga med att det finns flera olika lösningar och i dagsläget vet man inte vilken som är den bästa. Forskargruppen har tillgång till en alla senaste tekniken delvis tack vare samarbetet med Saab. Foto Thor BalkhedDet skulle lika väl kunna visa sig att en kombination av befintliga och nya lösningar är vägen framåt. Alessandro Dell’Amico är forskningsledare och adjungerad universitetslektor på IEI från Saab:
– Vi är med och skapar nästa generations styrsystem i flygplan genom att elektrifiera hela plattformen och decentralisera arkitekturen som styr vingklaffar och roder. Målet är att öka energieffektiviteten, spara vikt, förenkla underhåll och öka säkerheten.
Digital tvilling
Projektet sträcker sig i dagsläget till 2023 och just nu fokuserar forskargruppen på att skapa tydlig och avgränsad bild av projektet. Alessandro Dell’Amico fortsätter:
– Det som vi har installerat just nu på vår ”iron bird” är en elektromekanisk aktuator. Det finns två varianter – dels elektromekanisk vilket innebär att en elmotor styr en kulskruv och dels elektrohydrostatisk där en elmotor styr en liten hydraulpump med cylinder. Vi har som målsättning att utvärdera båda typerna av aktuatorer.
I och med att styrsystemet påverkar övrig arkitektur i planet kan inte allt prövas på testriggen. Därför jobbar forskargruppen också mycket med simuleringar. I projektet används simuleringar som ett komplement till valideringar som utförs med hjälp av testriggen.
Foto Thor BalkhedMed hjälp av en digital tvilling av testriggen kan större system utvärderas som en mix av hårdvara och virtuella modeller. På sikt kan även realistiska flygsituationer simuleras.
– Vi behöver simulera aerodynamiska krafter och studera möjliga felfall för att se hur de nya styrsystemen reagerar, säger Christopher Reichenwallner.
Felix Larsson fyller i:
– Det gäller att förstå helheten när man jobbar med flygutveckling. Byter man ut ett system kommer det påverka ett annat. Därför är det är otroligt värdefullt att ha en ”iron bird” att jobba med. På så sätt kan vi validera våra beräkningar mot verkligheten.
Samverkan med Saab
Projektet görs i samarbete med Saab som är en strategisk partner till LiU. Inom samverkansavtalet ligger fokus på långsiktig kompetensförsörjning, forskning och innovation. Något som märks även i det här projektet där studenter får möjligheten att jobba med utvecklingen av styrsystemet i sina masterprojekt, något Alessandro Dell’Amico är märkbart stolt över:
– Det känns väldigt kul att kunna erbjuda våra studenter att jobba med den här tekniken som verkligen är ”state of the art” – det är få förunnat.
Fotnot: Projektet är delvis finansierat av Nationellt flygtekniskt forskningsprogram (NFFP) vars viktigaste roll är att medverka till skapandet av välfungerande forskningsmiljöer på flygområdet vid industri, institut, universitet och högskolor samt till samverkan mellan dessa aktörer.
