Energiutvinning från flygplansvingar

HÖGSKOLEINGENJÖRSEXAMEN I FLYGTEKNIK

Energiutvinning från ygplansvingar

av

Rami Najmadin - Farhad Morad

Akademin för Innovation, Design och Teknik

Högskoleingenjörsexamen i ygteknik Datum: 2016-05-25 Projekt namn: Energiutvinning från ygplansvingar Författare: Rami Najmadin Farhad Morad Handledare: Magnus Otterskog Examinator: Maria Lindén Bestående av: 15 högskolepoäng

Energiutvinning från ygplansvingar

Sammanfattning

Energiutvinning betyder att man utnyttjar liten mängd energi från omgivningen som annars går till spillo, främst till att driva utrustning-ar med låga eektkrav. Man kan även ha nytta av den energin för att ladda upp batterier eller ersätta dem. Syftet med detta arbete är att presentera en ny sorts energiutvinningsteknik (en miljövänlig strömkäl-la) främst för att man eliminerar behovet av batterier på mikrosensorer och gör dem självförsörjande, med hjälp av pizoelektriska material.

Piezoelektriska material är en teknik som kan användas till att ut-vinna energi genom att omvandla vibrationer som ygplanets struktur utsätts för under ygning. Författarna har valt denna teknik för att den är mindre vanlig inom ygbranschen.

I detta arbete ställde författarna några frågeställningar för att av-gränsa arbetet, dessa var: Kan ett piezoelektriskt element användas för att utvinna energi från ett ygplans kropp? Hur mycket energi skulle kunna utvinnas ur ett sådant system och vilka delsystem skulle denna energi kunna driva på ett ygplan? Vad är teknikens för- respektive nackdelar? Var är den mest lämpliga platsen att installera givaren, med hänsyn till EASA CS25? Dessa frågor har författarna svarat på med hjälp av teorier från litteratur som är relevant för ämnet ygteknik, intervjuer av specialister inom området och teorier från vetenskapliga artiklar som framtagits ur databaser som Google Scholar och Mälar-dalens Högskolas databaser (t.ex Discovery Service).

Piezoelektriska material betraktas som en miljövänlig strömkälla som driver ygplans delsystem och sensorer med låga eektkrav och gör dem självförsörjande. Enligt en enkel beräkning som författarna gjorde noterades det att en AHRS sensor som förbrukar c:a 400 mW behöver mindre än tiotalet piezoelement för att driva den. Piezoma-terial har förmågan att fungera som ett ställdon, genom att ersät-ta skevroders och klaarnas funktion i ett ygplans vingar. Jämsides med piezogivarens förmåga att omvandla rörelseenergi (vibrationer) till elektrisk energi, bidrar den också till vibrationsdämpning. Förfat-tarna observerade också att piezomaterial generellt genererar mycket lite energi

Rami, Farhad

Abstract

Energy harvesting is the process used to extract energy from the envi-ronment (e.g. solar power, thermal energy, wind energy, salinity gradi-ents, and kinetic energy), captured, and stored to power devices with low power requirements. It can also be used to charge rechargeble bat-teries or replace them. The purpose of this thesis is to present a new kind energy harvesting technique (an environmentally friendly power source) mainly for eliminating the need for batteries to microsensors and make them self-reliant, using piezoelectric material. the authors have chosen this technology because it is not very often used known in the aviation industry.

In this paper, the authors have put some questions which have been acquired by interviewing specialists in the eld and using theories from scientic articles that have been developed from databases such as Google Scholar and Mälardalen University databases (eg Discovery Service).

Results observed from the references are: Piezoelectric materials considered as an environmentally friendly powersource that drives the aircraft subsystems and sensors with low power requirements and ma-kes them self-sucient. According to a simple calculation, the authors did, it was noted that an AHRS sensor that consumes about 400 mW need less than ten piezoelements for driving it. Piezomaterial has the ability to function as an actuator, by replacing the aileron and aps function in an airplane's wings. Alongside the piezosensor ability to convert kinetic energy (vibrations) into electrical energy, it also con-tributes to vibration damping. The authors also observed that piezo-material generally generates very little energy.

Energiutvinning från ygplansvingar

TERMINOLOGI

APU Auxiliary Power Units

RF Radiative Forcing

CO2 Carbon Dioxide

NOx Nitrogen Oxide

ZnO Zinc Oxide

PP Polypropen

PbO Lead Nonoxide

ZrO2 Zirconium Dioxide

TiO2 Titanium Dioxide

AIC Aviation Induced Cloudiness EASA European Aviation Safety Agency CS 25 Certication Specica 25

PVDF Polyvinylidene Fluoride

PZT Lead Zirconate Titanate

PMNPT lead magnesium niobate-lead titanate

Tc Curie temperature

AC Alternating Current

DC Direct Current

NASA National Aeronautics and Space Administration NASA CRM Common Research Model

CG Center of Gravity

MAD Magnetic Anomaly Detector

AHRS Attitude Heading and Reference System CMOS sensor Complementary Metal Oxide Semiconductor GPS Global Positioning System

Rami, Farhad FÖRORD

Den här rapporten är skriven som ett examensarbete vid Mälardalens Hög-skola inom ämnet ygteknik. Examensarbetet har utförts på Mälardalens Högskola och handledaren har varit Magnus Otterskog på akademin för In-novation, Design och Teknik.

Västerås, 25 Maj 2016.

Innehåll

2.3.1 Olika typer av piezoelektrisk lm . . . 18

2.4 Piezoelement . . . 19

2.4.1 Piezoelektriska element, för-respektive nackdelar . . . . 21

2.5 Vibration . . . 22

2.5.1 Allmänt . . . 22

2.5.2 Olika typer av vibration . . . 22

3 State of the art 23 4 Resultat 25 4.1 Val av element . . . 25

4.2 Piezoelektriskt gränssnitt . . . 27

4.3 Placering av piezoelement . . . 28

4.3.1 EASA CS-25 krav . . . 29

4.4 Delsystem som kan drivas . . . 30

5 Diskussion 32 5.1 Fördel och nackdel med piezo teknik . . . 32

Rami, Farhad

6 Avslutning/Slutsatser 34

6.1 Avslutning/Slutsatser . . . 34 6.2 Framtida arbeten . . . 35

Tabeller

1.1 Utsläpp och dess eekt . . . 11 2.1 Skillnad mellan Crystal och Ceramic . . . 20

Figurer

1.1 Figuren visar olika utsläpp som civila ygplan släpper ut i atomsfären. Detta i sin tur leder till förändringar i strålnings-balansen. Förändringarna i strålningsbalansen har negativa ef-fekter på mänsklig verksamhet och i ekosystemet [7]. . . 12 2.1 Figuren visar olika källor för energiutvinningen. Den visar även

om tekniken ger växel- eller likström [12]. . . 15 2.2 Figuren visar en riktningsberoende vid deformation av

piezo-elektriska materialet. (a) Obelastat material som inte visar en polarisation, (b) belastat material som visar deformation men ingen polarisation, (c) belastat material som visar deformation samt polarisation . . . 16 2.3 Figur (a)-(d) visar olika typer av element. . . 19 2.4 a) Visar knacksensorns uppbyggnad. b) Knacksensorns delar.

c) Dimension på piezokeramik. d,e) Inte relevant [21]. . . 20 4.1 Figuren visar PZT-faserna som kan uppstå, beroende på Curie

temperaturen [16]. . . 27 4.2 Figuren visar en tryckfördelning hos planet vid Machtalet M

= 0,85 och anfallsvinkel 4◦ _{av NASA CRM [50]. . . 28}

4.3 Figuren visar hur ett Piezoelement placeras mellan de olika skikten i ett ygplans struktur. . . 29

1

-

Inledning

Första gången i historien som piezoelektricitet omtalades var för mer än 130 år sedan. På 1800-talet upptäckte bröderna Curie (Pierre och Jacques) under deras arbete med kristallogra vid Sorbonneuniversitetet i Paris, att vissa material (såsom kvarts) kan generera en elektrisk laddning när de ut-sätts för mekaniska påfrestningar och tvärtom. Sedan började denna uppn-ning att ta forskarens uppmärksamhet och försökte utveckla denna upptäckt. År 1880 förutsade G. Lippmann att när piezoelektriska material påverkas av mekaniskt tryck eller elastiska deformationer, resulterar det i elektriska spän-ningar [1, 2]. Redan på 1920-talet börjades tillämpning av denna utveckling att ta sig in i olika branscher, där en fransman vid namn Langevin utfördes det första praktiska experimenten. Langevin utvecklade en kvartssändare och mottagare för undervattensljud - den första SONAR. 1925 använde G. Pierse en akustisk interferometer för ultraljudshastighetsmätning i gaser [3].

1.1 Problemformulering

Sensorer med lågeektkrav väger oftast inte särskilt mycket, men när man installerar tiotal eller hundratals sådana då orsaker det tillsammans en be-tydlig viktökning. Dessutom är dessa elektroniska (sensorer, delsystem etc.) elektrisk energiberoende, d.v.s sensorerna behöver någon form av strömför-sörjning för att kunna fungera. En variant är att använda batterier som ener-gikälla för var och en av dessa sensorer, men det är egentligen inte en bra ide. När man installerar för mycket batterier orsaker det också viktökning på ygplanet. När ett ygplan utrustas med extra last, leder det till ökad bränsleförbrukning (trycket på motorn ökar för att erhålla rätt eektuttag). Ökad bränsleförbrukning resulterar i mer växthusgasutsläpp, dessa gaser är bland annat (se tabellen):

Rami, Farhad

CO2 positiv RF strålningsbalansen

(Radia-tive Forcing). En positiv strålningsba-lans resulterar i en ökning av jordens energibudget som i slutänden leder till uppvärmning.

NOX (Positiv RF).

H2O positiv RF

Sulfatpartiklar negativ RF (Negativ strålningsbalans resulterar en minskning av jordens energibudget och i slutändan leder till kylning).

AIC (aviation induced

cloudi-ness) (eventuellt en positiv RF).

Sotpartiklar positiv RF

Tabell 1.1: Utsläpp och dess eekt

Dessa utsläpp kommer ut ur motorn i form av kondensstrimmor. Var eller på vilken höjd de släpps ut spelar inte någon roll  eekten är densamma [4]. Partiklar som släpps ut från motorerna har större eekt på människans hälsa än andra utsläpp, på grund av deras förmåga att tränga djupare in i lungorna på människokroppen och sedan vidare till andra organ [5]. Koldioxid är en av de växthusgaser som bidrar till växthuseekten, vilket i sin tur bidrar till en höjning av jordens medeltemperatur. Stor mängd koldioxid kan ha negativ påverkan på våra svenska havsområden, där haven blir både surare och mer övergödda på samma gång, vilken i sin tur påverkar ekosystemet [6]. Kväveoxider och vattenånga kan också ha en negativt påverkande eekt för klimatet när de släpps ut på hög höjd [7, 8, 9].

I detta arbete kommer författarna att redogöra för en ny teknik (piezotekniken) som inte är vanlig inom ygbranschen.

Frågeställningar som ska besvaras är följande:

• Kan ett piezoelektriskt element användas för att utvinna energi från ett ygplans kropp?

• Hur mycket energi skulle kunna utvinnas ur ett sådant system och vilka delsystem skulle denna energi kunna driva på ett ygplan?

Energiutvinning från ygplansvingar

Figur 1.1: Figuren visar olika utsläpp som civila ygplan släpper ut i atomsfären. Detta i sin tur leder till förändringar i strålningsbalansen. Förändringarna i strålningsbalansen har negativa eekter på mänsklig verksamhet och i ekosystemet [7].

• Var är den mest lämpliga platsen att installera givaren, med hänsyn till EASA CS25?

1.2 Analys av problemet

Den sista frågeställningen fokuserar på om det är möjligt att montera en sensor på ett ygplans kropp, med hänsyn till krav och riktlinjer för ygplanet. Eftersom det inte är möjligt att utföra alla typer av modiering på ett ygplan måste hänsyn till krav och riktlinjer tas, EASA1 _{CS-25 m.m.}

De höga krav som ställs, medför att vi måste rådfråga specialister inom detta område.

Rami, Farhad Det är viktigt att ta reda på hur stor mängd energi man kan ta tillvara med hjälp av energiutvinningstekniken. Först då är det möjligt att dra slut-sats om tekniken kan vara ett bra alternativ i framtiden. Dessutom avgör resultatet vilka delsystem som kan drivas med hjälp av tekniken. Efter att frågeställningarna besvarats är det möjligt att få en bild av teknikens fördelar respektive nackdelar.

1.3 Syfte

Syftet med vårt examensarbete är att presentera en energiutvinningsteknik främst för att man eliminerar behovet av batterier på elektronik med låga eektkrav och gör dem självförsörjande, eller åtminstone ladda upp deras batterier med fokus att minska underhållsarbete som spenderas på batteri-byte etc. Vi kommer även ta reda på hur mycket energi som skulle kunna utvinnas ur ett sådant system och vilka delsystem skulle denna energi kunna driva på ett ygplan, och redogöra för var är den mest lämpliga platsen att installera givaren, med hänsyn till EASA CS25.

1.4 Metod

För att få svar på denna studies frågeställningar och för att uppnå syftet har författarna först och främst använt sig av teorier från litteratur som är relevant för ämnet ygteknik. Författarna kommer att intervjua (via samtal, email eller ansikte mot ansikte) specialister inom detta område, samt använ-da sig av teorier från vetenskapliga artiklar som framtagits ur Mälaranvän-dalens Högskolas databaser (så som Discovery Service) och Google Scholar. Sökord som använts i databaserna är Energy harvesting, Vibration, Piezoelectric materials och Piezoelectric eect.

1.5 Avgränsningar

På grund av begränsad tid för examensarbetet har vi valt att inte utföra några egna praktiska studier utan förlitar oss till att dra slutsatser utifrån en sammanfattning av tidigare publicerade arbeten.

2

-

Teori

I detta kapitel kommer vi att denera energiutvinning, belysa teorin som ligger bakom piezoelektriska eekten samt forskning inom samma område. Här kommer olika typer av piezosensorer presenteras samt vilket utseende och vilka egenskaper de har. Därefter avslutas kapitlet med vilken sensor studien väljer att fortsätta jobba med och orsak till valet av just den sensorn.

2.1 Energiutvninning denition

Energy harvesting eller energiutvinning är en process att utvinna liten mängd energi från omgivningen som annars går till spillo, främst till att driva elektronik med låga eektkrav. Detta ger miljönytta genom att mer nyttigt arbete utförs av den energi som produceras. Man kan ha nytta av den energin för att ladda upp batterier vid olika miljöer, till exempel inom militär (som obemannad luftfarkost [10]), handburen utrustning exempelvis klockor [11]. Med hjälp av energiutvecklingstekniken kan människan samla in energi från olika källor som sedan omvandlas till växel- eller likström. Detta går att illustrera enligt guren i nästa sida (gur 2.1).

Solenergiutvinning inkluderar alla enheter som använder ljus för energiom-vandling. Ljuset kan vara konstgjort eller naturligt ljus [13].

Rami, Farhad

Figur 2.1: Figuren visar olika källor för energiutvinningen. Den visar även om tekniken ger växel- eller likström [12].

Termiska energienheter använder sig av seebeckeekten för att omvandla värmeenergi till elektricitet. Den maximala utsignalen är beroende på tem-peraturskillnaden mellan den varma och den kalla sidan av enheten.

Mekanisk energi är en annan typ av energikälla. Det nns olika metoder för att utvinna energi från mekanisk energi, dessa är elektrostatisk, magnetisk och piezoelektrisk omvandling. De metoderna kan utvinna energi i olika for-mer, såsom vibrationer, vätskeöden [14] ljud [15] med era. I detta arbete kommer att fokusera på omvandlar vibration till electricitet med hjälp av piezogivare.

2.2 Piezoelektrisk eekt

Piezoelektriska material har förmåga att omvandla mekanisk påfrestning såsom vibrationer, tryck etc., till elektriskt fält och tvärtom, detta kallas för piezoelektrisk eekt. Mekanismen som ligger bakom är att molekylernas dipolmoment förändras när själva materialet vibrerar eller böjs vilket re-sulterar i ett detekterbart elektriskt fält över materialet. Samma sak gäller tvärtom, det betyder att ett elektriskt fält över materialet antingen töjer det eller pressar ihop det beroende på polaritet. De kristaller som visar upp piezoelektriskt beteende har en sak gemensamt vilken är att ingen har ett symmetriskt centrum.

Energiutvinning från ygplansvingar

En kristall har ett symmetriskt centrum om en linje kan dras från en punkt på ytan, genom mittpunkten och träa en likadan punkt på motsatta sidan. De material som saknar symmetriskt centrum i sina kristaller är inte piezoelektriska i alla riktningar.

Figur 2.2a visar en obelastad piezoelektrisk kristall eftersom både posi-tiva och negaposi-tiva laddningar är jämnt fördelade, där laddningarna tar ut varandra och ger noll polarisation. Figur 2.2b och 2.2c visar två deformerade kristallerna, trots att jonerna blir förskjutna i gur 2.2b men laddningar-na är fortfarande jämnt fördelade. Med andra ord, så länge laddningar är i jämn fördelning orsakar den ingen piezoelektrisk eekt. I g. 2.2c deforme-ras kristallen i en riktning så att ojämn laddningsfördelning uppkommer. Då uppkommer polarisation som i sin tur leder till piezoelektricitet [16, 17].

Figur 2.2: Figuren visar en riktningsberoende vid deformation av piezoelektriska materialet. (a) Obelastat material som inte visar en polarisation, (b) belastat material som visar deformation men ingen polarisation, (c) belastat material som visar deformation samt polarisation

2.3 Piezoelektrisk Film

Piezoelektrisk lm är en av de vanligaste typerna av piezoelektriska mate-rial som ger möjligheter att producera energi från tryck, drag eller mekanisk påfrestning som appliceras på lmen. Piezolmen kan även kallas för PVDF (polyvinylidenuorid). Piezoelektrisk lm beror till stor del på dess storlek, ju större tvärsnittsarea på lmen desto högre mekanisk arbetsomvandling.

Rami, Farhad Piezolmen är exibel och lätt och nns tillgänglig i olika tjocklekar. Här är några egenskaper som en givare har [18]:

• Frekvensintervall 0,001 Hz till 109 _Hz.

• Omfattande dynamiskt omfång (10−8 _{till 10}6 _psi).

• Hög elasticitet compliance.

• 10 gånger så hög spänning i utgång som piezo keramik för samma kraftingång.

• Kan tillverkas i olika former. • Kan limmas med ett vanligt lim. • Hög mekanisk hållfasthet.

• Kan motstå fukt.

• Hög känslighet för böjning (> 3 V/mm) [19]. Piezolm fördelar inklusive är bland annat:

• Fuktokänslighet (< 0,02% H2O absorption)

• Låg värmeledningsförmåga. • Låg dielektricitets konstant. • Kemisk tröghet.

• Stora detektorstorlekar.

• Behöver ingen extern försörjning för att fungera. • Kan svepa runt objekt.

Men den enda nackdelen som piezolmen har är att den kan inte motstå en hög temperatur (> 80◦ _{C) [19].}

Energiutvinning från ygplansvingar

2.3.1 Olika typer av piezoelektrisk lm

Inom piezoelektrisk lm nns det olika typer, var och av dem har en egen form, egen egenskap samt olika applikationer.

FDT Series Elements

”F” i FDT-serien står för ”Flexible leads” eller ”Flexibla kablar” (se gur 2.3.a).

SDT Shielded Piezo Sensors Element

”S” i SDT-serien står för eller ”Shielded Sensor” eller ”Skyddad Sensor”. Sensorerna består av en rektangulär del av piezolm tillsammans med ett gju-tet plasthus samt koaxialkabel. Själva lmen är försedd med ett skyddande lager av silver, för bättre eektiviteten i högelektromagnetiska interferensmil-jöer (EMI) [20], (se gur 2.3.b).

DT Series Elements

Denna typen är den simplaste typen av piezolmsensor med printade elek-troder av silver. Unikt med DT-elementet är den tunna uretanbeläggning som elementet är utrustad med för att reducera den oxidation som kan förekom-ma på den övre silver ytan. Mängden av energi som den sensorn omvandlar beror på sensorns storlek, (se gur 2.3.c).

LDT Series Elements

”L” i LDT Series Elements står för ”laminated” eller ”laminerad” sensor. Denna komponent består av ett polyesterskikt, piezolm och skyddande be-läggning., (se guren 2.3.d). Unikt med LDT-series är att känsligheten som en mottagare av mekaniska arbete är mycket bättre än de andra typerna, den genererade signalen är högre än de konventionella folietöjningsgivarna efter förstärkning och den kan producera mycket högre energi när den böjs än icke-laminerade DT element.

Rami, Farhad

(a) FDT serie element (b) SDT skyddad sensor

(c) DT series elements (d) LDT series elements Figur 2.3: Figur (a)-(d) visar olika typer av element.

2.4 Piezoelement

Piezoelementet består vanligtvis av en piezoelektrisk keramik monterad på en ren metallskiva. Piezogivaren betraktas som en viktig delkomponent i olika typer av sensorer som i sin tur utför olika uppdrag, exempelvis knacksensor. Piezoelementets huvudsyfte är att samla energi från bland annat vibrationer i ygplanet när den är i luften. Knacksensorer nns vanligen i nedre delen av motorblocket, cylinderblock eller i insugningsröret, med syfte att detek-tera vibrationer samt skakningar som sker i motorn vid detonation (se gur 2.4) [21]. Piezoelektriska rör/ringar har utbredd tillämpning i ultraljud och vattenakustik-detektering, tack vara sin höga känslighet, enkla struktur, och rotationssymmetriska riktningskänslighet i radialriktningen [22].

Energiutvinning från ygplansvingar

Figur 2.4: a) Visar knacksensorns uppbyggnad. b) Knacksensorns delar. c) Dimension på piezokeramik. d,e) Inte relevant [21].

Denna typ av piezosensor kan tillverkas med två olika material, antingen quartz crystal (kvartskristaller) eller polycrystalline ceramic (polykristallin keramik). Schemat nedan visar skillnaden mellan givare av quartz crystal och ceramic [23].

Quartz Crystal Polycrystalline Ceramic

Naturally piezoelectric material Articially polarized, man-made material hög spänningskänslighet Hög laddningskänslighet

Uppvisar utmärkt stabilitet vid

höga temperatur Materialet kan motstå höga temperaturer(1000 F eller 540◦_C)

Icke-pyroelektrisk Känslig för termiska transienter (Pyroe-lektriskt är förmågan hos viss kristaller som kan utvinna elektriska spänning då materialet upphettas.)

Låg temperaturkoecient Egenskaper varierar med temperaturen

Rami, Farhad Ferroelektriska egenskaper hos PZT (lead zirconate titanate) gör att de har mycket högre permittivitet än kvarts. Permittivitet är en fysikalisk storlek som beskriver hur ett elektriskt fält påverkar och påverkas av ett elektriskt isolerande material, det är storleken som avgör materials förmåga att pola-risera dess fält. Ju högre permittvitet materialet har desto högre förmåga att reducera fältet inuti sig själv. Ferroelektriska egenskaper ger även hög-re kopplingsfaktor1 _{och piezoelektriska laddningskonstanter}2 _{än kvarts [24].}

Däremot kvarts har era gånger högre Q-värde (Godhetstal3_{) än PZT. Dessa}

skillnader i egenskaper leder till att de båda typerna har olika användnings-område. Kvarts, till exempel, används som frekvensstabilisatorer i klockor. PZT material, däremot, är mindre populära som resonatorer.

Deras huvudsakliga användningsområde är ställdon i system (stacked ele-ments) [24, 25].

2.4.1 Piezoelektriska element, för-respektive nackdelar

• Respons på hög frekvens.

• Självförsörjande, så det nns inget behov av extern källa. • Kan fungerar både som ställdon och sensor.

• Säkert och tillförlitligt.

• Bariumtitanat och kvarts kan göras i valfri form. Nackdelar är bland annat:

• Eftersom anordningen arbetar med liten elektrisk laddning, behöver den en "högimpedanskabelför elektriskt gränssnitt.

• Utsignalen kan variera beroende på temperaturen hos kristallen. • När fuktigheten överstiger 85 % eller understiger 35 %, kommer

utsig-nalen att påverkas.

1_{Är ett värde som presenterar verkningsgrad hur piezoelektrisk material omvandla}

vib-rationer till elektricitet.

2_{Den elektriska polarisering som genereras i ett material per enhet när mekanisk}

på-frestning appliceras på det.

Energiutvinning från ygplansvingar

2.5 Vibration

2.5.1 Allmänt

Vibrationer som ygplanet utsätts för kan antingen vara normala vibra-tioner eller onormala vibravibra-tioner. Onormal vibration är oftast relaterad till en eller era av följande orsaker, obalans i motorns rotor, fel på en meka-nisk utrustning, alltför stort slitage på en viss komponent. Normal vibration kan uppstå när luften ödar över ytor. Motordrift kan vid vissa varvtal eller vid operation av vissa mekaniska komponenter, såsom pumpar, resultera i en ökad vibration. Hur stor vibrationsfrekvens som sker på ygplanets olika delar beror på olika faktorer, såsom styvheten i strukturen samt hur stor turbulens det är.

2.5.2 Olika typer av vibration

• Vibration är en svängningsrörelse kring ett jämviktsläge i ett meka-niskt system. De oscillerande svängningarna kan förekomma i två olika former, periodiska eller slumpmässiga. Periodiska kan exempel uppstå i en pendel. Slumpmässiga såsom skakningar i ett hjul som rullar på en gruppig grusväg. Om frekvensen och magnituden på vibrationen är konstanta, då kallas vibrationen för en harmonisk (harmonic) våg. När frekvensen och magnituden varierar under tiden, är den en slumpmässig (random) vibration.

• Buet är en annan form av vibration som kan uppkomma på vingar-na som en resultat av aerodyvingar-namik. Buetvibration i esta fall är en slumpmässig vibration. Det kan kännas som mest under luftturbulens eller vid användning av speed brakes (under landning för att bromsa luftfartyget).

• Flutter är en instabil svängning som kan leda till förstörelse. Det kan förekomma på fasta ytor, såsom vingen, stabilisatorn eller skevroder. Den kan ligga under 50 Hz [26, 27].

• Den sista typen av vibration kallas för buller (Noise), denna typ kan exempelvis låta som gnisslande dörr som öppnas eller stängs [28, 29].

3

-

State of the art

Forskning inom energiutvinning har haft sitt syfte i att hitta olika tekniker för att producera energi. Den forskningen strävar efter att hitta miljövänliga och kostnadseektiva energikällor.

Många forskare har använt sig av den piezoelektriska tekniken för att om-vandla en viss typ av energi till elektrisk energi. Allen och Smits placerade ett piezoelektrisk membran bakom blu body1 _{och använde Von Kármáns}

vir-velgata2 _{framför blu body för att framkalla svängningar i membranet med}

syfte att generera elektricitet [39]. Shuguang, Jianping och Lipson har stude-rat omgivningens vindenergiskörd genom att använda sig av en långsam vib-ration (addrande) [40]. De föreslog och testade ett bioinspirerat piezoblad, en arkitektur som omvandlar vindenergi till elektrisk energi genom en add-rande rörelse. Hernandez, Jung and Matveev har studerat energiskörd från ljud som baed pipe3 _{producerar [41]. Wang D-A och H-H Ko har}

utveck-lat en ny piezoelektrisk och elektromagnetisk energiskördare för att utnyttja energi från vibrationer [42, 22, 43] Den omvandlar uidenergi till elektrisk energi genom piezoelektrisk lm. Huajie Zou , Hejuan Chen och Xiaoguang Zhu har studerat en ny piezoelektrisk energi som utvinner energi baserat på en aeroakustisk (aero-acoustic) princip, dvs omvandlar luftödesenergi till elenergi under ygningen [44].

1_{Blu body är en kropp som inte är strömlinjeformad vars luftmotstånd mestadels}

beror på tryckskillnader och inte strömningseekter kring kroppen.

2_{Von Kármáns virvelgata är ett fenomen inom strömningsmekanik och utgörs av ett}

upprepande mönster av turbulenta, återcirkulerande virvlar som bildas bakom ett objekt i ödets riktning.

Energiutvinning från ygplansvingar

Dessutom nns det andra forskare som forskar i att utnyttja människans energi som produceras genom den dagliga rörelsen. Starner, T undersökte om det var möjligt att producera energi från när en människa trampar på golvet. Starner placerade piezomaterialet på skor för att undersöka sin hypotes. Han kom fram till att en människa som väger 68 kg kunde producera 67 watt när han/hon går 3,5 km/h, eller 2 steg per sekund, och yttade hälen fem centimeter över marken [45].

4

-

Resultat

Efter att vi har samlat in all information kring tekniken har vi valt vilken typ av piezoelement vi kommer att använda. I detta kapitel framgår det kortfattat hur en enkel energiutvinningskrets kan se ut, på vilket område i ygplanet det är lämpligt att placera givaren och varför, hur mycket eekt givaren kan producera med avvisande på hur stor vibration som appliceras, dessutom vilka olika delsystem givaren kan drivea.

4.1 Val av element

Det nns olika metoder för att utvinna energi från vibrationer. Det talas om elektrostatisk, magnetisk och piezoelektrisk omvandlare. Både elektrosta-tisk respektive magneelektrosta-tisk omvandlare kräver rörliga delar. Med rörliga delar menar man de delar som utsätts för böjning, vridning, töjningskrafter samt rörelse upp och ner. Under alla omständigheter leder metoderna till relativt stora och komplexa anordningar. Piezoelektriska omvandlare, är enklare att använda, mest eektiva [30, 31], den mest praktiska metoden för omvandling de kräver inga rörliga delar och kan placeras på vilken komponent som helst. Att utvinna energi från rörliga delar är mer känsligt för fel samt sprickor, vil-ket kräver underhåll då och då. Men piezoelektriska omvandlare är de enda som är lätta att montera på eller i den aerodynamiska strukturen utan att störa dess form eller förstöra aerodynamiken [32]. Därför anses författarna att piezoelektriska omvandlare vara det bästa valet för energiutvinning från vibrationer och mest lönsamt.

Energiutvinning från ygplansvingar

Under benämningen piezoelektriska material innefattas många olika ty-per av material såsom blyzirkonattitanat (PZT), zinkoxid (ZnO), polyviny-lidendiuorid (PVDF), bly magnesium niobatblytitanat (PMNPT) [33], och polypropen (PP) polymer. Även om PMN-PT är känd för att ha en stor kopplingskoecient, är de mycket dyra därför är tillgången på den kommer-siella marknaden fortfarande är låg. Bland de övriga, är PZT känd för att ha den bästa omvandlingseektiviteten, d.v.s. dess formåga att omvandla vib-rationsenergi till elektriska energi är högre än andra typerna [34]. För detta skäl har författarna valt den typen.

PZT (Lead zirconate titanate) är kombinationer av Blyoxider PbO, Zirko-niumdioxid ZrO2, och Titandioxid T iO2. Man kan bearbeta materialet efter

behov, genom att förändra halten av dessa oxider. Den kemiska beteckningen för att beskriva PZT är, P b(ZrzT i1z)O3, där ”Z” varierar mellan 0 och 1. På

grund av dess höga elektromekaniska kopplingskonstanter ger givaren större energiomvandling och dess höga curietemperatur1 _{ger det bättre hållbarhet}

för temperaturer (mellan 210◦ _{C och 365}◦ _{C) [16].}

PZT (Blyzirkonattitanat) är ett keramiskt material och således relativt sprött och känsligt för påfrestningar, vilket lätt kan skadas mekaniskt och depolariseras. Däremot kan materialet formas till en tunn och exibel lm som kan integreras i eller ytmonteras på en struktur [35, 36].

Utifrån gur 2.5, är det atomernas storlek hos jonerna som avgör de olika egenskaperna hos materialet. Fasen (område) som ligger ovanför curietem-peraturs linje (Curie temperature locus -Tc) innebär att polariseringen hos materialet försvinner d.v.s. att det elektriska fältet tas bort, då keramen pa-raelektrisk (paraelectric) uppstår. Storleksskillnaden mellan T iO3 och ZrO3

börjar blir gällande under Tc linjen. Vid ZrO3- sidan får keramen en

rombo-edrisk struktur (utdragen kub längs diagonalen), vilken vid lägre temperatur får man ytterligare fasomvandlingar. Vid 10% P bZrO3 uppkommer

antifer-roelektriskt material, vilket ger ett material med elektrisk ordning men ing-en nettopolarisation (domänerna har skiftande riktningar på polarisationing-en) [37].

1_{Är den temperaturgräns ovanför vilken ett ferromagnetiskt ämne förlorar sina}

ferro-magnetiska egenskaper och uppträder som ett paramagnetiskt ämne. Vid Curietempera-turen sker alltså en fasövergång. Den är uppkallad efter Pierre Curie [38].

Rami, Farhad

Figur 4.1: Figuren visar PZT-faserna som kan uppstå, beroende på Curie temperaturen [16].

4.2 Piezoelektriskt gränssnitt

Uteekt och spänningen som genereras från piezogivaren är inte direkt lämpligt för applicationer, eftersom både eekten och spänningen varierar hela tiden. För att utnyttja signalen som genereras på bättre sätt måste man bygga ett specialgränssnitt. Ett klassisk piezogränssnitt består av: ett piezo-element, helvågslikriktarbrygga, glättningskondensator och en last.

Piezoelementen ska serierkopplas med varandra för att få så hög eekt som möjligt. Vanliga piezoelektriska material är växelspänningskällor, medan batt-rier behöver DC spänning för att ladda upp dem. Detta kräver en helvågs-likriktarbrygga för att omvandla AC signal till DC signal. På så vis blir signa-len mer användbar för applikationer. Glättningskondensatorn har till uppgift att reglera utspänningen (jämnar ut spänningsrippel som förekommer från likrektare) som är på väg till lasten och ser till att släppa sin laddning till det när ingen spänning ges från likriktaren. På så sätt får lasten jämnare samt kontinuerlig spänning såvida att det piezoelektriska materialet fortfarande har möjlighet att skörda energi, annars kommer glättningskondensatorn att laddas ur helt [47, 48, 49].

Energiutvinning från ygplansvingar

4.3 Placering av piezoelement

Eektivitet är det primära kriteriet för att en komponent ska uppnå sin optimala användbarhet. Vibration kan erhållas från varje punkt på ygpla-nets yta, men för att få uppnå högre energiutgången krävs att man placerar en PZT-cell i ett strategiskt område där intensiv vibration uppstår. Vid en studie som genomfördes på ett ygplans prototyp av NASA CRM, där proto-typen placerades inuti en vindtunnel med en viss hastighet som motsvarade ett ygande ygplan med machtal på 0,85 och anfallsvinkel på 4 grader [50] visade resultatet att lufttrycket blev som högst i de nedre ytorna av vingar-na och ygkroppen, vilket kan nå upp till 230 KPa, detta i sin tur leder till kraftiga vibrationer i strukturen (se gur 4.2).

Figur 4.2: Figuren visar en tryckfördelning hos planet vid Machtalet M = 0,85 och anfallsvinkel 4◦ _av

NASA CRM [50].

En annan studie [51] har analyserat vibrationer på ett P-3C ygplan genom att placera en accelerometer på era olika ställen i ygplanskroppen, dessa ställen var Cockpit, tyngdpunktsläget (CG Center of Gravity), stjärtparti, vertikal stabilisator, Magnetic Anomaly Detector (MAD2 _{boom), samt nedre}

delen av ygplanet precis under vingen. Resultaten visade att vibrationerna är milda vid låga yghastigheter och ökar till sitt maximum vid 360 kt (666 Km/h). Storleken på vibrationerna ökar med avståndet från tyngdpunktslä-get. Starkaste vibrationerna visade sig vid MAD, vertikala stabilisatorn samt nedre delen av ygplanskroppen. Däremot var vibrationerna lägst vid cock-pit.

2_{MAD-sensor används för att upptäcka variationer i jordens magnetfält. Den sticker ut}

Rami, Farhad Utifrån given data, föreslås det att för att få den maximala energiutgången från piezomaterialet, kan man placera cellen mellan metallens yta och bika-kestrukturen på de lägre ytorna på vingarna och ygkroppen och inte i MDA Boom eftersom inte alla ygplanstyper har den (se gur 4.3). På så sätt kan man få ut mer eekt, därmed utvinna mer energi.

Figur 4.3: Figuren visar hur ett Piezoelement placeras mellan de olika skikten i ett ygplans struktur.

4.3.1 EASA CS-25 krav

EASA står för European Aviation Safety Agency, vilket är en av Europeiska unionens byråer och den gemensamma europeiska ygsäkerhetsmyndigheten. EASA har initialt ansvar för alla konstruktionsgodkännanden, fortsatt luft-värdighet3_{Det framgår även krav för design och miljöcertiering. De är också}

ansvariga för att godkänna produktion, underhåll, och organisering av un-derhållsutbildning. Certication Specica (CS 25) är en lista med krav som EASA publicerat, gällande stora ygplan.

3_{Fortsatt luftvärdighet: Samtliga processer som ser till att luftfartyget vid alla}

tid-punkter under sin livstid uppfyller gällande luftvärdighetskrav och är i skick för en säker ygning.

Energiutvinning från ygplansvingar

För att montera ett piezoelement på ygplan, måste man ta hänsyn till EASA och CS 25 reglelverket.

Nedan nns ett antal krav som bör beaktas [52]:

• Flygplanet får inte ha ett system eller detaljer som erfarenhetsmässigt har visat sig vara farliga eller otillförlitliga. Det vill säga detaljer och system måste fastställas genom tester innan man monterar dem (CS 25.601).

• Utrymmet man väljer i vingkonstruktionen (invändigt vingen) bör vara torrt, alltså inte bränsletank [53].

• Att placera givare med anslutningar i bränsletanken (intergraltank vinge) medför en hel del krav:

◦Piezoskrovet ska inte i något fall orsaka bränsleutsläpp, eller generera temperaturer som skulle utgöra en brandfara (CS 25.963, d, 4).

◦ Ingen tändkälla vara närvarande vid tanksystemet eller bränsletan-ken där katastrofalt fel kan uppstå på grund av antändning av bränsle (CS 25.981, a).

• Installationen måste vara tillgänglig för nödvändiga inspektioner och underhåll (CS 25.901, b, 3).

• Placeringen av givaren ska inte försämra strukturens förmåga att tåla last, vilket kan minska driftsäkerheten (CS 25.305).

4.4 Delsystem som kan drivas

C.A. Featherston, K. M. Holford och B. Greaves [32] utförade en studie för att komma fram till hur mycket eekt man får ut från ett piezoelektriskt ma-terial med typen blyzirkonattitanat P ZT ”. Piezoelementet som de använde var tunna och exibla P ZT -lmer (387 x 254 x 0,6 mm). Studie gick ut på att placera fyra piezogivare på olika ställen över en panel av aluminiumle-gering, representativ för en ygplansvinge panel som producerar vibrationer (upp till 300 Hz), där varje område i panelen påverkar piezokeramiken med olika vibrationsmängd. Utifrån data de ck, kunde de dra slutsatsen att en givare med 71 cm2 (20 g) panel som påverkas av 300 Hz kan driva en sensor

Rami, Farhad Med hjälp av sådana Piezo element kan vi försörja olika typer av inbyggda sensorer som utför olika uppgifter, samt i de vanligaste fall försörjas med elektrectet via ledningar. Bland dessa sensorer nns ödessensorn. Denna sensor har till uppgift att indikera ödeshastighet vid en bestämd punkt i rör eller kanaler, En sådan sensor med modell AS-FS Flow Sensor förbrukar 3 Watt [54]. Genom att placera hundratals piezogivare kan man försörja sensorn med energi.

Piezotekniken kan även försörja mikroelektromekaniska system (MEMS). MEMS är en teknologi som deneras oftast i små, lätta, låg eektkrävande elektromekaniska enheter. Attitude heading and reference system (AHRS) är en på MEMS, det har uppgift att ge information om ygplanets balans inklusive roll, pitch respektiv yaw. Den är konstruerad för att ersätta tradi-tionella mekaniska gyroskop yginstrument och ger bättre tillförlitlighet och noggrannhet. En sådan sensor förbrukar ungefär 400 mW (IG-500A modell) [55]. Ett sådan system behöver mindre än tiotals piezoelements för att driva det, vilket resulterar i ungefär 200 g viktökning (bara givarens vikt).

Man kan även driva en CMOS-sensor. Denna sensor är ett annat exempel på sensorer som kräver lite energimängd för att drivas. Den typen av sensor utvecklades av Chirag R. Sharma, Cynthia Furse och Reid R. Harrison [56] med syftet att lokalisera fel samt defekter (såsom kortslutning och kabelbrott) på ygplanskablar. Enligt de studier som utförts kom Chirag R. Sharma, Cynthia Furse och Reid R. Harrison fram till att denna sensor av CMOS-typ förbrukar c:a 40 mW .

5

-

Diskussion

5.1 Fördel och nackdel med piezo teknik

Fördelen med piezo material generellt är att den kan fungera både som sensorer och ställdon. Som sensor, har vi nämnt att piezogivaren kan använ-das som strömkälla för att försörja elektroniska enheter med lågeekt krav med ström. Som ställdon, kan piezomaterial ersätta skevroder och klaarnas funktion i ygplans vingar, genom att använda materialets förmåga att om-vandla elektroniska enheter signal till mekanisk rörelse (denna tillämpning inte existerar idag men kanske i framtiden). En annan fördel, piezogivare räknas som en miljövänlig strömkälla.

Ett annat resultat än energiomvandling är att piezogivare kan bidra till vib-rationsdämpning. Ett litet piezo element leder inte till stor dämpning, däre-mot om man placerar stora plåtar runt kring däre-motor eller på kompressrotorer uppstår en betydlig större dämpning. Vi nämnde inte turbinblad eftersom temperaturen där är betydligt högre, enligt vår ödmjuka kunskap kommer piezo materialet inte att tåla denna temperatur vid bearbetning.

Piezoelement kan förmodligen ha andra användningsområden tack vare dess egenskaper. Piezogivarna är små, väger inte speciellt mycket är diskreta, och nns tillgängliga i olika storlekar och prestanda. De kan placeras nästan var som helt samt fungerar som ställdon och för avkänning. Dess egenskaper gör den kvalicerad för feldetektering av system eller övervakningssystem (Structural Health Monitoring, SHM). I de esta fall när en skada uppstår ger den upphov till ökning i vibrationsnivån, vilket leder till försämrad prestanda hos vissa delsystem och komponenter.

Rami, Farhad Om man placerar ett hundratal element i de känsliga delarna i ygplanet (t.ex. motor, vingar, vertikal stabilisator osv.), kan man upptäcka skador in-nan situationen blir värre. På så sätt är det möjligt att minimera underhålls-och inspektionscykler.

Nackdelar med piezogivaren är att den genererar mycket lite energi, ifall man vill öka energiutgång kräver det ertals givare, detta leder utan tvivel till viktökning. Vid högt elektrisk fält miljön, kan den haveras eller misslyc-kades.

5.2 Placeringen

Efter analys kring placeringen av piezogivaren mellan de olika skikten i vingens struktur, kommer vi fram till följande, denna placering ger oss möj-ligheten att förhindra brandfara som kan vara ett resultat av temperaturök-ning eller kortsluttemperaturök-ning i piezokablar samt temperaturöktemperaturök-ning i själva givaren. Detta förslag ger oss möjligheter att uppfylla kravet

" Utrymmet man väljer i vingkonstruktionen (invändigt vingen) bör vara torrt, alltså inte bränsletank".

I fall man placera givaren mellan strukturens skikt blir det svårt för tek-niken att medföra nödvändiga inspektioner och underhåll. Alltså kravet " Installationen måste vara tillgänglig för nödvändiga inspektioner och un-derhåll " kommer inte att uppfyllas. Dessutom kommer unun-derhållskostnader att ökas eftersom det kommer att kräva längre tid samt komplexa verktyg. I slutändan tycker vi att denna placering av givaren kommer vi inte att tillämpas. Men däremot vi kan ytmontera givaren direkt på vingstrukturen. Tjockleken som PZT lmen har, ger oss möjligheten att limma den på struk-turens ytan utan att påverka aerodynamik. på så vis kan man uppfylla EASA CS 25 krav.

6

-

Avslutning/Slutsatser

6.1 Avslutning/Slutsatser

Att producera energi med hjälp av vibrationer kräver olika tekniker där sensorer av olika slag är inblandade. Bland de bästa teknikerna är Piezo-elektriska material. Under denna benämning innefattas många olika typer av materia. I detta arbete har vi valt att jobba med materialet PZT (Lead zirconate titanate). Enligt många studier är PZT enklast att använda, mest eektivt och mest praktiskt.

Hela ygplansstrukturen påverkas av vibrationer på grund av högt luft-ödestryck. Studier visar att de vibrationer som nns i nedre delen av yg-planskroppen lämpar sig bäst för tekniken vi har presenterat i detta arbete. Av detta skäl föreslår vi att PZT-cellen ska ytmonteras på nedre delens av Vingprolen och/ eller ygplanskroppen. Vi angav några av de krav som EASA CS 25 anger för monteringen av Piezogivaren.

Trots att den energi som man får ut från en piezokeramik är ganska liten (ett Piezo med area 71 cm2 _{och med hjälp av 300 Hz vibration får vi ungefär}

50 mW ), kan den ändå driva olika system i ygplanet såsom CMOS-sensor Attitude Heading and Reference System (AHRS) samt ow sensor.

Rami, Farhad

6.2 Framtida arbeten

Att bygga ett system för energiutvinning är viktigt. Lyckas man utvinna mer energi från Piezo materialet resulterar det till en bättre eektivitet på element samt undvikande av energispillo. Dessutom behöver de esta av dessa kretsar en extern strömkälla för att mata systemet. Av detta skäl föreslår vi att framtida arbeten ska koncentrera sig på att studera och föreslå en sådan krets. Man bör visa vilka komponenter kretsen skall innehålla samt visa på dess eektivitet. Även viktökningsaspekten bör utredas för att se till att energiutvinningssystemet inte orsakar större bränsleåtgång och därmed kräver mer energi än det kan ge.

Vi har kommit fram till hur mycket en piezo-cellen med dimension

387 x 254 x 0,6 mm väger samt vilken viktökning dem kan resulterar när man driva viss sensorn. En annan förslag för framtida arbeten är att man försöka räknar ut hur mycket viktökning som piezo energiutvinningssystem i helhet kan bidrar? Och hur stor blir nettovinsten i eekttillskott?

Tack

Vi vill framföra vårt hjärtliga tack till vår handledare Magnus Otterskog för den handledning och det stöd vi har fått från honom under arbetets gång. Ett tack till examinator Maria Lindén på Mälardalens högskola. Speciella tack i övrigt, utan inbördes ordning Håkan Forsberg, Karl Lundengård, Per Schlund och Åsa Olenius.

Litteraturförteckning

[1] G. Lippmann Principe de la conversation de 1 electricite. Ann. de Chim. et de Phys. 24, 145 178 (1881)

[2] T. Beckwith, R. Marangoni and J. Lienhard Mechanical measurements. Upper Saddle River, NJ: Pearson/Prentice Hall, 2007.

[3] G. W. Pierce Piezoelectric oscillators applied to the precision measure-ment of the volocity of sound in air and CO2 at high frequencies. Proc.

Amer. Acad. 60, 271-302 (1925).

[4] Lee, D., Fahey, D., Forster, P., Newton, P., Wit, R., Lim, L., Owen, B. and Sausen, R. (2009) Aviation and global climate change in the 21st century. Atmospheric Environment. 43(22-23), pp 3520-3537, 2009 [5] Oberdorster, G., Sharp, Z., Atudorei, V., Elder, A., Gelein, R., Kreyling,

W., Cox, C., 2004 Translocation of inhaled ultrane particles to the brain . Inhal. Toxicol. 16, 437e445, 2004.

[6] Grote, M., Williams, I. and Preston, J. (2014) Direct carbon dioxide emissions from civil aircraft. Atmospheric Environment. 95, pp :214-224, 2014.

[7] Masiol, M. and Harrison, R. (2014) Aircraft engine exhaust emissions and other airport-related contributions to ambient air pollution: A review Atmospheric Environment, 95, pp: 409-455 2014.

[8] Flyget and klimatpåverkan | Swedavia, Swedavia.se, 2016 [Online]. Till-gängliga: http://www.swedavia.se/om-swedavia/hallbarhet/miljo/yget-klimatpaverkan/ [hämtad: 06- Apr- 2016].

[9] Flyget och miljön | hållbartyg.se, Hallbartyg.se, 2016 [Online]. Tillgängliga: http://www.hallbartyg.se/yget-och-miljon/ [hämtad: 07-Apr- 2016].

Energiutvinning från ygplansvingar

[10] Anton, Steven R., and Daniel J. Inman. 2008. energy harvesting for unmanned aerial vehicles The 15th International Symposium on: Smart Structures and Materials and Nondestructive Evaluation and Health Monitoring. International Society for Optics and Photonics, 2008 [11] Chapin, Alfred, Eugène Jaquet, and Renée Savarè Grandvoinet The

history of the self-winding watch 1770-1931. Rolex Watch Company, 1956.

[12] R. Caliò, U. Rongala, D. Camboni, M. Milazzo, C. Stefanini, G. de Petris and C. Oddo, 2014 Piezoelectric Energy Harvesting Solutions Sensors, vol. 14, no. 3, pp. 4755-4790, 2014.

[13] . Roundy, E. Leland, J. Baker, E. Carleton, E. Reilly, E. Lai, B. Otis, J. Rabaey, V. Sundararajan and P. Wright, Improving Power Output for Vibration-Based Energy Scavengers IEEE Pervasive Comput., vol. 4, no. 1, pp. 28-36, 2005.

[14] L. Weinstein, M. Cacan, P. So and P. Wright, Vortex shedding induced energy harvesting from piezoelectric materials in heating, ventilation and air conditioning ows Smart Mater. Struct., vol. 21, no. 4, p. 045003, 2012.

[15] B. Li, J. You and Y. Kim, Low frequency acoustic energy harvesting using PZT piezoelectric plates in a straight tube resonator Smart Mater. Struct., vol. 22, no. 5, p. 055013, 2013.

[16] D. Richerson:1982. Modern ceramic engineering New York: M. Dekker, 1982.

[17] R. Garimella, V. Sastry and M. Mohiuddin, Piezo-Gen - An Approach to Generate Electricity from Vibrations Procedia Earth and Planetary Science, vol. 11, pp. 445-456, 2015.

[18] Measurement Specialties, Inc:1999 Piezo Film Sensors Technical Manual 99 APR 02 [PDF] [Tillgänglig: http://meas-spec.com/]

[19] Richard H Brown:2013 Applications Manager, Piezo Film for Energy Harvesting 13 MAR 25 [PDF] Tillgänglig: http://eh-network.org/events/eh2013/speakers/2.2.pdf

[20] Measurement Specialties, Inc:2001 Piezo Film Sensors, Product Guide and Price List 15 MAY 01 [PDF] Tillgänglig: http://meas-spec.com/

Rami, Farhad [21] S. Klusacek; J. Fialka; P. Benes; Z. Havranek:2013 An experimental study of temperature eect on material parameters of PZT ceramic ring used in knock sensors IEEE, 863 - 868 ,5 dec. 2013

[22] L. Wang, Y. Lu, Y. Xiang, L. Qin and D. Cai:2013 Vibration analysis for piezoceramic ring Ceramics International, vol. 39, pp. S739-S742, 2013 [23] Pcb.com:2016 General Piezoelectric Theory Pcb.com, 2016. [Online].

Available: http : //www.pcb.com/techsupport/techgen. [Tillgängligt:

30- Apr- 2016].

[24] Guide Guide to Piezo and Dielectric Ceramic | Morgan Techni-cal Ceramics MorgantechniTechni-calceramics.com, 2014. [Online]. Availab-le: http : //www.morgantechnicalceramics.com/products/product − groups/piezo − ceramic − components/guide − piezo − dielectric − ceramic. [Accessed: 15- May- 2016].

[25] Sv Permittivitet Sv.wikipedia.org, 2016. [Online]. Tillgängligt: https : //sv.wikipedia.org/wiki/P ermittivitet. [Hämtad: 17- May- 2016]. [26] R. Kimberlin:2003 Flight testing of xed-wing aircraft. Reston, VA:

American Institute of Aeronautics and Astronautics 2003. s

[27] Frequencies and Flutter Speed Estimation for Damaged Aircraft Wing Using Scaled Equivalent Plate Analysis

[28] "Vibration", Wikipedia, 2011. [Online]. tillgänglig: https : //en.wikipedia.org/wiki/V ibration. [Hämtat 04- May- 2016.

[29] D. CARBAUGH, M. CARRIKER, D. HUBER and A.

RYNEVELD:2016 In-Flight Airplane Vibration And Flight Crew Response, Boeing.com, [PDF] tillgängligt: http : //www.boeing.com/commercial/aeromagazine/aero16/vibrationstory.html.

[hämtat: 04- May- 2016].

[30] U.S. Department of Energy:2008 ITP sensors and

automation:Low-cost vibration power harvesting for

wireless sensors [Online].Available : https :

//www1.eere.energy.gov/manuf acturing/industriestechnologies/

sensorsautomation/pdf s/kcfvibrationpower.pdf,(2008, Dec. 4).

[31] P. Glynne-Jones, S. P. Beeby, and N. M. White:2001. Towards a piezoe-lectric vibration-powered microgenerator IEE Proc. Sci. Meas. Technol., vol. 148, no. 2, pp. 6872, 2001.

Energiutvinning från ygplansvingar

[32] C. Featherston, K. Holford and B. Greaves:2009. Harvesting Vibration Energy for Structural Health Monitoring in Aircraft KEM, vol. 413-414, pp. 439-446, 2009.

[33] K. Ren, Y. Liu, X. Geng, H. F. Hofmann, and Q. M. Zhang:2006. Single crystal PMN-PT/epoxy 1-3 composite for energy-harvesting application IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, vol. 53, no. 3, pp. 631638, 2006.

[34] Soobum Lee and B. Youn:2011. A new piezoelectric energy harvesting design concept: multimodal energy harvesting skin IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, vol. 58, no. 3, pp. 629-645, 2011.

[35] L. Deng, Z. Wen, X. Zhao, C. Yuan, G. Luo, J. Mo:2014 High Voltage Output MEMS Vibration Energy Harvester in d31 Mode With PZT Thin Film Purchase or Sign In Vol. 23, pp. 855-861, 2014.

[36] caplai:2011 Smart materials (3 of 5): shape shifting material, drug delivering nano particles Youtube,2011[Online]. Tillgänglig: https://www.youtube.com/watch?v=i6n8cpLKzHE:[Hämtad: 10 okto-ber, 2016]

[37] Nicholas Braithwaite and Graham Weaver, Electronic Materials 1990 [38] Sv.wikipedia Curietemperaturen Sv.wikipedia.org, 2016. [Online].

Till-gängligt: https : //sv.wikipedia.org/wiki/Curietemperaturen. [Häm-tat: 15- May- 2016].

[39] J. ALLEN and A. SMITS:2001 ENERGY HARVESTING EEL", Jour-nal of Fluids and Structures vol. 15, no. 3-4, pp. 629-640, 2001.

[40] Shuguang Li, Jianping Yuan, Lipson Hod:2011 Ambient wind energy harvesting using J Appl Phys 2011;109:026104.

[41] Hernandez R, Jung S, Matveev KI:2011 Acoustic energy harvesting from vortexinduced tonal sound J Mech Eng 2011;225:184750

[42] WangDA, KoHH:2010 Piezoelectric energy harvesting from induced vib-ration J Micromech Microeng 2010;20:025019.

[43] Wang DungAn, Chiu ChunYuan, Pham HuyTuan:2012 Electromagne-tic energy harvesting from vibrations induced by karman vortex street Mechatronics 2012;22:74656.

Rami, Farhad [44] H. Zou, H. Chen and X. Zhu:2015 Piezoelectric energy harvesting from vibrations induced by jet-resonator system Mechatronics, vol. 26, pp. 29-35, 2015

[45] Starner, T. 1996 Human-Powered Wearable Computing IBM Systems Journal Vol. 35, No. 3 and 4, 1996, pp. 618-629.

[46] R. Vullers, R. van Schaijk, I. Doms, C. Van Hoof and R. Mertens:2009 Micropower energy harvesting Solid-State Electronics, vol. 53, no. 7, pp. 684-693, 2009.

[47] H. Kim, J. Kim and J. Kim, review of piezoelectric energy harvesting based on vibration International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, vol. 12, no. 6, pp. 1129-1141, 2011.

[48] Priya, Shashank, and Daniel J. Inman, eds. Energy harvesting technolo-gies Vol. 21. New York: Springer, 2009.

[49] Giuliano, Alessandro piezoelectric energy harvesting powered wireless sensor nodes using passive interfaces and power management approach (2014). [Google Scholar]

[50] T. Trebunskikh and A. Ivanov, FloEFD for simulation of ex-ternal aerodynamics Mentor.com, 2016. [Online]. Available: https : //www.mentor.com/products/mechanical/engineering − edge/volume2/issue3/f loef d − external − aero. [Accessed: 15- May-2016].

[51] Andreassen, Øyvind, et al Studies of aerodynamically induced vibrations on the P-3C maritime surveillance aircraft and proposed vibration redu-cing measures Norwegian Defence Research Establishment (FFI), FFI-rapport 245 (2013): 385301.

[52] European Aviation safety Agency Certication Specications for Large Aeroplanes CS-25 Amendment 3, 19 September 2007.

Energiutvinning från ygplansvingar

[54] Fluid Components International - Aerospace Flow Sensors | Fluid Com-ponents International (FCI FluidcomCom-ponents.com, 2016. [Online]. Till-gängligt: http : //www.fluidcomponents.com/aerospace/aerospace − products/f low − sensors/as − f s − f low − sensor. [Hämtat: 21- Maj-2016].

[55] IG-500A, INDUSTRIAL GRADE Attitude and Heading Refe-rence System [PDF] tillgängligt: www.sbg-systems.com/docs/IG-500A-Leaet.pdf , [Hämtat: 21- maj- 2016].

[56] C. R. Sharma, C. Furse, and R. R. Harrison Low-power STDR CMOS sensor for locating faults in aging aircraft wiring IEEE Sensors Journal, vol. 7, no. 1, pp. 4350, Jan. 2007. In-line Citation: