Glasfaser im Flugzeug

In einem durchschnittlichen Flugzeug gibt es mehr als hundert Meilen Stromkabel, die fast alles steuern, vom Fahrwerk bis hin zu Flugbegleiterrufen. All diese isolierten Kupferdrähte sind eine große Gefahr: Sie sind schwer, anfällig für elektromagnetische Störungen und können bei unsachgemäßer Wartung zu Systemausfällen und Bränden führen.

Bündel isolierter Drähte in Flugzeugen sind schwer und teuer in der Wartung. Das Senden von Signalen über eine einzige Glasfaserleitung könnte Hunderte von Pfund einsparen und die Wartung vereinfachen. (Bildnachweis: Corbis)

Jetzt haben Forscher der Texas A&M University in College Station einen Weg gefunden, einige dieser Drähte durch Glasfasertechnologie zu ersetzen, die leichter als Kupferdraht, weniger anfällig für elektromagnetische Störungen und immun gegen elektrische Kurzschlüsse ist. Sie haben einen neuartigen optischen Schalter entwickelt, der in die Cockpitsteuerung integriert werden könnte, um Operationen zu verwalten, die ein- oder ausgeschaltet werden müssen – zum Beispiel Fahrwerk, Displays und manuelles Umschalten zwischen Kraftstofftanks.



Derzeit sind Ein-Aus-Schalter in einem Cockpit an separaten Drähten befestigt, die sich durch ein Flugzeug schlängeln und verschiedene Funktionen steuern. Die Wartungskosten für ein solches Setup können hoch sein, sagt Zhaoxia Xie, Forscherin im Texas A&M-Projekt. Wenn ein Schalter aufgrund von Verkabelungsproblemen tief im Flugzeug nicht funktioniert, kann die Suche nach der störenden Linie viel Zeit und Mühe kosten, da viele Kabel gebündelt sind.

Der Schalter, den Xie mit den späten entwickelt hat Henry Taylor , Professor für Elektro- und Computertechnik an der Texas A&M, kann spüren, ob ein Knopf von Aus auf Ein gedrückt wurde. Informationen von dem faserbasierten Gerät könnten zu einer Hauptfaserarterie geleitet werden, die Hunderte von Signalen gleichzeitig übertragen würde. Xie sagt, dass dies den Großteil der Kabel eliminieren, die Wartung vereinfachen und die Kosten senken würde.

Das Herzstück des Geräts ist ein 10 Millimeter langes Sensorelement, eingebettet in eine Faser mit einem Durchmesser von 125 Mikrometern. Dieser Sensor besteht aus zwei Spiegeln, die sowohl transparent als auch reflektierend sind, sodass Licht eintreten, zwischen ihnen hin und her reflektiert und dann durchgelassen wird. Wenn Lichtwellen zwischen den Spiegeln reflektiert werden, bilden sie Interferenzmuster, die sich je nach Position der Spiegel ändern. Diese Eigenschaft machten sich die Forscher zunutze, indem sie ihren Schalter mit einem Cantilever verbanden, der die Position der Spiegel leicht verstellt, wenn ein Cockpit-Knopf gedrückt wird. Durch Ändern des Spiegelabstands wird das Interferenzmuster angepasst und so signalisiert, ob der Schalter ein- oder ausgeschaltet ist.

Obwohl Ingenieure seit Jahren daran arbeiten, Flugzeugverkabelung durch Glasfaser zu ersetzen, hatten sie nur mäßigen Erfolg. Die Mitte der 1990er Jahre gebaute 777 von Boeing verwendet ein Glasfaser-Kommunikationsnetz, aber Design und Implementierung waren mehr oder weniger ein Experiment, sagt Dan Martinec, technischer Leiter der Industrieaktivitäten bei ARINC , ein in Annapolis ansässiges Luftfahrtkommunikationsunternehmen. Das Netzwerk sei kein kritisches System, sagt er. Darüber hinaus war es überdimensioniert und bot mehr Fehlermöglichkeiten, als es kosteneffektiv wäre, wenn es in der Branche weit verbreitet wäre. Er sagt jedoch, dass Boeings 787-Flugzeuge, eine neue Flotte, die 2007 fliegen soll, ein kostengünstigeres optisches Kommunikationsnetz an Bord haben wird.

Martinec ist skeptisch, ob die texanische A&M-Forschung es jemals in Flugzeuge schaffen wird. Fazi sagt jedoch, dass das Ersetzen der an die Schalter angeschlossenen Stromkabel zu ausreichenden Gewichtseinsparungen führen könnte, um die Technologie kosteneffektiv zu machen. Selbst wenn nur ein paar hundert Pfund durch ein Flugzeug verloren gehen, sagt er, ist das immer noch von Bedeutung.

Es sei noch viel zu tun, um den optischen Schalter für die Implementierung bereit zu machen, sagt Xie. Der nächste Schritt besteht darin, das Setup in einem Flugzeug zu testen, um die Temperaturextreme und Vibrationen zu bestimmen, denen es standhält.

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