Details

1. Funktionale Übersicht
Der fortschrittliche Prüf- und Kalibrierstand für integrierte Kraftstoffpumpe und Steuerung in Flugzeugtriebwerken ist eine komplexe, multidisziplinäre Prüfanlage, die entwickelt wurde, um die hydraulischen, pneumatischen und elektrischen Bedingungen nachzubilden, denen die Kraftstoffpumpe und Steuerung in einem betriebsbereiten Flugzeug ausgesetzt sind.  
Die integrierte Kraftstoffpumpe und Steuerung ist ein kritisches Triebwerkszubehör, verantwortlich für die Lieferung von Kraftstoff bei exakt geregeltem Druck und Durchfluss, während gleichzeitig die Positionen der Einlassleitschaufeln (IGV) des Kompressors entsprechend Motordrehzahl, Ansauglufttemperatur, Kompressorausgangsdruck und Drosselbefehlen angepasst werden.  
Der Prüfstand ermöglicht die vorläufige Regulierung dieser Einheiten vor der Installation, sodass Ingenieure die Leistung unter kontrollierten Laborbedingungen kalibrieren, überprüfen und dokumentieren können. Dies stellt sicher, dass jede Einheit den betrieblichen Toleranzen entspricht und frei von Fehlern ist, die zu Ausfällen im Betrieb führen könnten. Zusätzlich zur Live-Betriebssimulation integriert der Prüfstand ein Konservierungssystem, das nach der Prüfung erhitztes Schutzöl durch die Einheit zirkuliert, um die Lebensdauer der Komponenten zu verlängern und Korrosion während Lagerung oder Transport zu verhindern.

2. Systemlayout und Zoneneinteilung
Die Anlage ist in drei physisch getrennte Zonen unterteilt, um die Sicherheit des Bedieners zu gewährleisten, einen effizienten Arbeitsablauf zu ermöglichen und Störungen zwischen den Systemen zu reduzieren. Der Steuerungs-/Befehlsraum beherbergt das Hauptbedienfeld, die PLC/HMI-Schnittstelle und alle Instrumentenanzeigen, wodurch der Bediener von Lärm, Vibrationen und potenziellen Gefahren im Testbereich isoliert ist.  
Die Testzelle enthält die hydraulischen, pneumatischen und Konservierungssysteme, angeordnet für maximale Zugänglichkeit während Einrichtung und Wartung. Der Motorisolationsraum enthält den Antriebsmotor und das Getriebe in einem akustisch gedämpften Gehäuse, um zu verhindern, dass hochfrequente Vibrationen und Geräusche in das Kraftstoffsystem oder die Testumgebung übertragen werden.

Die Zoneneinteilung unterstützt außerdem einen „Safety-First“-Arbeitsablauf, der sicherstellt, dass brennbare oder unter Druck stehende Medien in kontrollierten Bereichen verbleiben, während elektrische und Steuerungssysteme in explosionsgeschützten Gehäusen untergebracht und in sicherem Abstand zu ATF-Handhabungsgeräten gehalten werden.

3. Hydraulischer (Kraftstoff-)Kreislauf
Das Hydrauliksystem bildet das Rückgrat des Prüfstands und ist verantwortlich für die Lagerung, Filterung, Aufbereitung und Zufuhr von Flugzeugturbinenkraftstoff (ATF) zur integrierten Kraftstoffpumpe und Steuerung bei exakt geregelten Drücken und Temperaturen. Das System verfügt über einen 100-Liter-Edelstahltank (SS-300 Serie) mit einer Wandstärke von 3 mm, um sowohl Druckspitzen als auch mechanische Belastungen auszuhalten. Der Tank ist mit einem Füllstandssensor gekoppelt, der mit einer Verriegelung verbunden ist und die Pumpen automatisch abschaltet, um Kavitation zu verhindern. Ein abnehmbarer Deckel ermöglicht den Zugang für interne Reinigung und Inspektion und gewährleistet langfristige Kraftstoffsauberkeit.

Die Kraftstoffzufuhr erfolgt über zwei separate Zahnradpumpen. Die Hochdruck-Zahnradpumpe ist für 50 L/min bei 50 kgf/cm² ausgelegt und wird von einem explosionsgeschützten Elektromotor mit Fuß- und Flanschmontage für sichere Ausrichtung angetrieben. Diese Pumpe versorgt die primären Testleitungen, die durch Hochpräzisions-Druckhalteventile auf 22 ± 0,2 kgf/cm² bzw. 11 ± 0,2 kgf/cm² geregelt werden. Die zweite Zahnradpumpe arbeitet bei 50 L/min bei 10 kgf/cm² und dient dem Umlauf- und Filterkreislauf, sodass der Kraftstoff unabhängig vom Hauptversorgungssystem gereinigt und aufbereitet werden kann.

Die Mehrstufenfiltration entfernt Partikel bis zu 3 Mikrometer absolut. Die Filterstufen bestehen aus einem 16 μm Vorfilter, einem 6 μm Zwischenfilter und einem 3 μm Endfilter, jeweils mit einem Betaverhältnis größer als 1000, um eine hohe Rückhalteeffizienz zu gewährleisten. Jedes Filtergehäuse ist mit einem Differenzdruckmessgerät zur Anzeige von Verstopfungen ausgestattet und durch ein Bypassventil mit Kalibrierung auf 3,5 bar geschützt, um einen unterbrechungsfreien Durchfluss bei Verstopfung zu gewährleisten.

Bevor der Kraftstoff die Prüfeinheit erreicht, passiert er einen Luftabscheider, der eingeschlossene Gasblasen entfernt, die die Druckregelung beeinträchtigen oder Kavitation im Gerät verursachen könnten. Ein domreguliertes Ablassventil hält einen konstanten Gegendruck von 2 ± 0,2 kgf/cm² in der Rücklaufleitung aufrecht und simuliert damit genau den Widerstand eines Triebwerkskraftstoff-Ablaufsystems. Die Kraftstofftemperatur wird über einen Plattenwärmetauscher geregelt, der 50 L/min ATF auf der Heißseite und gekühltes Wasser bei 6 kgf/cm² auf der Kaltseite verarbeiten kann, wodurch eine stabile Arbeitstemperatur im Bereich von 15–40 °C gewährleistet ist.

4. Pneumatisches Simulationsnetzwerk
Das pneumatische System liefert sowohl Niederdruck- als auch Hochdruckluft, um die Funktionen der Triebwerksabluft zu simulieren und die Einheit nach der Kraftstoffprüfung zu trocknen.

Der Niederdruckkreis ist für das Trocknen nach dem Test ausgelegt. Die Druckluft tritt durch einen Feuchtigkeitabscheider ein und wird periodisch über ein manuelles Ventil abgelassen, um kondensiertes Wasser zu entfernen. Die Luft passiert anschließend einen Feinpartikelfilter, bevor sie über einen flexiblen Schlauch zur Einheit geleitet wird, um sicherzustellen, dass alle Restkraftstoffreste aus den inneren Leitungen entfernt werden.

Der Hochdruckkreis simuliert die Abblasluft, die an Temperaturelemente wie den TDK-Tp-Sensor innerhalb der Einheit geliefert wird. Ein hochpräziser Regler steuert den Luftdruck, gefolgt von einem Feinfilter zur Vermeidung von Partikelkontamination. Nachgeschaltet ermöglicht ein Drosselventil dem Bediener, Luft kontrolliert in die Atmosphäre abzulassen und so transiente Abblasereignisse zu simulieren. Der Druck wird sowohl über ein analoges Manometer für die unmittelbare Bedienerreferenz als auch über einen hochgenauen Transducer, der mit dem Bedienpult verbunden ist, für die Datenaufzeichnung überwacht.

5. Elektrisches Antriebs- und Steuersystem
Das mechanische Antriebssystem besteht aus einem Hochgeschwindigkeits-Elektromotor, der mit einem Getriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:4,32 gekoppelt ist. Dies ermöglicht, die Einheit mit Geschwindigkeiten von bis zu 6200 U/min zu betreiben, während bei niedrigen Geschwindigkeiten ein hohes Drehmoment erhalten bleibt. Die Drehzahlregelung erfolgt über einen geschlossen Regelkreis mit Vektorsteuerung und Frequenzumrichter (VFD) mit Encoder-Rückmeldung, der eine Auflösung von ±1 U/min bietet. Motor und Getriebe sind auf Schwingungsisolatoren im Motorisolationsraum montiert, um die Übertragung mechanischer Geräusche in die Testzelle zu minimieren.

Das Bedienfeld im Steuerungsraum ist mit mehreren Digitalanzeigen (DROs) ausgestattet, die Echtzeitdaten anzeigen, darunter Druck von Zulauf und Ablauf, pneumatische Drücke, ATF- und Konservierungsöltemperaturen, elektrischer Verbrauch (Strom und Spannung) sowie die Drehzahlen von Motor- und Getriebeausgangswellen. Bediener steuern die Testsequenz über Drehknöpfe zur Einstellung von Drehzahl und Sollwert, einen Auto-/Manuell-Schalter und dedizierte Tasten zum Starten/Stoppen von Pumpen, Betätigen von Ventilen und Einleiten von Konservierungszyklen.

Das System umfasst einen Impuls-Duty-Cycle-Generator zum Ansteuern elektromechanischer Ventile an der Prüfeinheit. Dieser Generator liefert 27 VDC bei 40 Hz mit einem Standard-Duty-Cycle von 50 %, der über das Bedienfeld zur Simulation verschiedener ECU-Steuersignale angepasst werden kann. Die Sicherheit wird durch explosionsgeschützte Gehäuse für alle elektrischen Geräte, einen Not-Aus-Kreis, Überdruckventile in hydraulischen und pneumatischen Leitungen sowie eine Füllstandsverriegelung für niedrigen Kraftstoff gewährleistet.

6. Konservierungs- und Aufbereitungskreislauf
Nach Abschluss der Funktionstests zirkuliert der Konservierungs- und Aufbereitungskreislauf erhitztes Schutzöl durch die inneren Kraftstoffkanäle der Einheit, um Korrosion, Oxidation und Ablagerungen zu verhindern. Das System umfasst einen 100-Liter-Edelstahltank für Konservierungsöl mit Füllstandssensor, eine dedizierte explosionsgeschützte Zahnradpumpe und eine Mehrstufenfiltration, identisch zum Hauptkraftstoffsystem.

Das Öl wird auf 70 °C ± 2 °C erhitzt, um eine optimale Beschichtung und Penetration in feine Spalte zu gewährleisten. Das Bypassventil verhindert Überdruck im Falle einer Verstopfung stromabwärts, während ein Sicherheitsventil den Bediener schützt, indem überschüssiges Öl zurück in den Tank geleitet wird. Dieser Kreislauf kann entweder im statischen Einweichmodus betrieben werden, bei dem das Öl für eine festgelegte Zeit in der Einheit verbleibt, oder im dynamischen Umlaufmodus, bei dem ein kontinuierlicher Durchfluss für eine verlängerte Konservierung aufrechterhalten wird.

7. Konstruktive Ingenieurüberlegungen
Der Prüfstand ist aus nahtlosen Edelstahlrohren (SS-300 Serie) mit hochintegrierten Armaturen von zugelassenen Luft- und Raumfahrtlieferanten wie Swagelok oder Parker gefertigt und verwendet 37°- oder 74°-Kegelverschraubungen. Auf PTFE-Band an Gewindeverbindungen wird verzichtet, um Partikelablagerungen im Fluidkreislauf zu verhindern. Druckmessports befinden sich maximal 150 mm von der Verbindung zur Prüfeinheit entfernt, um Signalverzögerungen zu minimieren und genaue Messwerte zu gewährleisten.

Alle Hauptkomponenten, einschließlich Pumpen, Filter und Regler, sind auf starren, vibrationsgedämpften Rahmen montiert, um die Ausrichtung beizubehalten und Ermüdung der Rohrleitungen zu reduzieren. Das Layout ist wartungsfreundlich gestaltet, sodass Filtergehäuse, Druckventile und wichtige Instrumente von der Vorderseite des Prüfstands zugänglich sind, ohne dass größere Baugruppen demontiert werden müssen.

8. Technische Spezifikationen Tabelle

    

        
Parameter
        
Spezifikation
    
    

        
Arbeitskraftstoff
        
Flugzeugturbinenkraftstoff (ATF)
    
    

        
Konservierungsflüssigkeit
        
Mineralisches Konservierungsöl
    
    

        
Kraftstofftankkapazität
        
100 L (SS-300 Serie, 3 mm Wandstärke)
    
    

        
Kapazität des Konservierungsöltanks
        
100 L (SS-300 Serie, 3 mm Wandstärke)
    
    

        
Hochdruckversorgung
        
22 ± 0,2 kgf/cm²
    
    

        
Niederdruckversorgung
        
11 ± 0,2 kgf/cm²
    
    

        
Rücklauf-Rückdruck
        
2 ± 0,2 kgf/cm²
    
    

        
Maximaler Durchfluss
        
50 L/min
    
    

        
Filtrationsstufen
        
16 μm → 6 μm → 3 μm, β > 1000
    
    

        
Bypass-Druck des Filters
        
3,5 bar
    
    

        
Wärmetauscher
        
Plattentyp, 50 L/min, Kühlwasser 6 kgf/cm²
    
    

        
Druck der Luftsimulation
        
Reguliert, Hoch- und Niederdruckkreisläufe
    
    

        
Antriebssystem
        
Elektromotor mit 1:4,32 Getriebe
    
    

        
Motor-Drehzahlbereich
        
500–6200 U/min
    
    

        
Drehzahlgenauigkeit
        
± 1 U/min (Encoder-Rückmeldung)
    
    

        
Elektrische Versorgung
        
415 VAC ± 10%, 50 Hz, 3-Phasen
    
    

        
Steuerinterface
        
PLC/HMI mit manueller Übersteuerung
    
    

        
Impuls-Duty-Generator Ausgang
        
27 VDC, 40 Hz, einstellbarer Duty
    
    

        
Konservierungstemperatur des Öls
        
70 °C ± 2 °C
    
    

        
Sicherheitsmerkmale
        
Explosionsgeschütztes Design, Not-Aus, Überdruckentlastung, Niedrigstand-Abschaltung
    
    

        
Rohrleitungen
        
Nahtloser SS-300, Luft- und Raumfahrtqualitäts-Armaturen
    
    

        
Wartungszugang
        
Filter, Ventile und Instrumente von vorne zugänglich