Aereo da combattimento multiruolo F-35
La BAE Systems, con sede nel Regno Unito, una delle principali aziende nello sviluppo e costruzione di velivoli, è responsabile per le prove strutturali della cellula CTOL.

Le prestazioni dell'F-35 usufruiscono del programma integrato per prove strutturali della BAE Systems

Molte aspettative sono riposte nelle prestazioni del caccia multiruolo F-35 Joint Strike Fighter, chiamato anche Lightning II negli USA oppure Joint Combat Aircraft (JCA) nel Regno Unito. L'aereo da combattimento sarà prodotto in tre varianti – decollo ed atterraggio convenzionali (CTOL), decollo corto ed atterraggio verticale (STOVL) e variante per portaerei (CV) – con la previsione di costruire in totale 3.000 aeroplani.

La grande varietà di ruoli in cui l'aereo verrà utilizzato, in combinazione con le differenti aspettative dell'ambiente militare, significa che la struttura della cellula deve essere accuratamente provata per garantire le migliori prestazioni lungo tutta la sua vita operativa. Inoltre il velivolo, come la maggioranza dei moderni aerei da combattimento, è dinamicamente instabile e pertanto con alta manovrabilità. Ciò comporta ulteriori problemi strutturali che dovranno essere attentamente verificati durante il suo sviluppo e per tutta la sua vita operativa.

La BAE Systems, una delle principali aziende inglesi per lo sviluppo e la produzione di velivoli, è responsabile delle prove strutturali della cellula CTOL. Essa continua ad intraprendere e monitorare gli sviluppi strutturali di due cellule dell'F-35 nel suo stabilimento Structural and Dynamic Test Facility (S&DT) con sede a Brough, West Yorkshire (Regno Unito).

La S&DT si propone di fornire i dati quantitativi con cui la cellula soddisfa le proprie specifiche di progetto sulla resistenza strutturale lungo tutta la vita operativa prevista. Essa è specializzata nella progettazione, costruzione e conduzione di prove strutturali su grande scala per l'intero ciclo di prova.

Un aspetto fondamentale di come la BAE Systems affronta il programma di prove strutturali dell'F-35 era la necessità di sviluppare metodi avanzati per gestire le informazioni delle prove. La società ha voluto razionalizzare il suo approccio adottando una nuova mentalità che ha sfidato i metodi precedenti.

Prove statiche e dinamiche

Prove strutturali sull'F-35
Le prove strutturali della BAE Systems sull'F-35 utilizzano la strumentazione HBM per raccogliere i dati da circa 3.800 canali in uno dei sistemi di acquisizione dati strutturali più grandi al mondo.

Sia le prove di fatica che le prove statiche sono effettuate dalla S&DT. Per il completamento delle prove di fatica occorre molto più tempo che per quelle statiche, in quanto si basano sulla tendenza dei dati e nella ricerca dei cambiamenti nel tempo della risposta strutturale. Queste variazioni possono essere facilmente dovute alle cricche o ad altre patologie relative alle condizioni di esercizio.

Le prove sono condotte applicando vari carichi a diversi componenti strutturali con intervalli di tempo accelerati per riprodurre i potenziali danni operativi. Si utilizzano complessi comandi e sistemi di acquisizione dati basati su PC per controllare come vengono applicate le forze alle diverse strutture in prova e monitorare accuratamente le risposte. I provini sono solitamente strumentati con estensimetri le cui deformazioni vengono registrate in tempo reale.

Nelle prove strutturali la S&DT impiega un'apparecchiatura HBM per rilevare ed analizzare i dati. La strumentazione comprende un sistema di acquisizione dati HBM con software catman® Enterprise costituito da 32 strumenti MGCplus distribuiti su otto armadietti lungo l'impianto di prova. L'apparecchiatura HBM è completamente sincronizzata e rende quello della BAE Systems uno dei più grandi sistemi di acquisizione dati strutturali (DAQ) al mondo.

L'MGCplus supporta un ampio spettro di sensori, trasduttori, connessioni fieldbus ed interfaccia standard per PC, che lo rendono la scelta più idonea per questa applicazione. Nel caso che cambino le necessità della BAE Systems, la struttura modulare dell'MGCplus consente facilmente di espandere o modificare lo strumento.

Il pacchetto di software catman® Enterprise è stato specificamente sviluppato per le misurazioni con elevato numero di canali che utilizzino il sistema DAQ MGCplus, in cui il Server Dati di Misura dedicato (Measurement Data Server (MDS)) esegue effettivamente le misurazioni consentendo il monitoraggio e valutazione in tempo reale. Tale configurazione permette agli ingegneri sperimentatori di accedere ai quasi 3.800 canali muniti di schede ML801 e pannelli di collegamento AP815 della HBM, provvisti di connettori RJ45 per l'acquisizione dei dati.

Condivisione dei dati

L'MGCplus ed il software catman® Professionaldella HBM sono utilizzati per acquisire ed analizzare i dati
Per garantire la piena operabilità della Strumentazione di Prova di Volo dell'F-35, vengono impiegati l'MGCplus ed il software catman® Professional della HBM per rilevare ed analizzare i dati.

Un altro requisito era la tempestiva condivisione dei dati di prova con più siti. Essi comprendono le sedi della BAE Systems a Brough e Samlesbury oltre le tre fabbriche della Lockheed Martin e quella della Northrop Grumman ad El Segundo negli USA. La condivisione dati è molto importante perchè consente ai team di prova di prendere decisioni immediate in maniera collaborativa indipendentemente dalla effettiva località. La HBM ha fornito il suo software MD Client, usato per condividere i dati di prova in tempo reale con i vari team di integrità strutturale, e confrontarli rispetto alle previsioni ed ai livelli di allarme superiore / inferiore.

La BAE Systems dispone di una Local Area Network (LAN) per facilitare le comunicazioni fra ogni calcolatore del sistema di prova. Il Measurement Data Server (MDS) HBM è configurato per comunicare con la rete di controllo della BAE Systems mediante Ethernet utilizzando il protocollo industry standard TCP-IP.

La BAE Systems usa anche l'HBM nCode Automation™ per il salvataggio dei dati e per produrre automaticamente i dati statistici durante il processo di caricamento (upload) e l'HBM nCode GlyphWorks® usato per generare le raffigurazioni grafiche. L'HBM nCode Automation fornisce il salvataggio automatico dei dati, l'analisi ed i rapporti oltre alla interfaccia collaborativa basata sul web per condividere i dati di prova e le informazioni ad essi associate. Utilizzandolo, la BAE Systems era in grado di rilasciare i dati ai vari team entro due ore dal completamento di una prova. La gamma di prodotti nCode è progettata per integrare la strumentazione di acquisizione ed analisi dati della HBM. 

Il sistema completamente tracciabile è mantenuto costantemente tarato e pienamente operativo dallo staff HBM UK che lavora in collaborazione con la BAE Systems. Ciò conferma ulteriormente la fiducia e sicurezza degli ingegneri sui risultati acquisiti durante le prove delle cellule. La certificazione ISO 9001 della HBM UK garantisce la bontà della sua assistenza per le critiche richieste dell'ingegneria.

Prove FTI

Ulteriore area di sviluppo dell'F-35, in cui è importante l'esperienza della BAE Systems, è la riduzione dei rischi (derisking) del sistema di Strumentazione delle Prove di Volo (FTI) sul velivolo. Ciò si è rivelato estremamente impegnativo e richiede un approccio esclusivo. Normalmente il compito cruciale di verificare il sistema di acquisizione dati sui moderni aeroplani militari viene affidato allo stesso sistema FTI dell'aereo.

Tuttavia, nel caso dell'F-35, la verifica dei sistemi di bordo doveva essere accuratamente coordinata, dato che il sistema viene montato a Fort Worth, Texas, USA ma le sezioni di coda vengono costruite nel Regno Unito. Ciò significa che durante l'assemblaggio la BAE Systems di Samlesbury deve effettuare la prova funzionale di ogni singolo trasduttore montato e del relativo cablaggio durante la costruzione del velivolo. Questo metodo procura un elevato livello di fiducia sul funzionamento dell'intero sistema.

Ancora una volta le apparecchiature HBM forniscono agli ingegneri della BAE Systems gli strumenti di cui hanno bisogno. Usando l'amplificatore MGCplus ed il software catman® Professional della HBM per acquisire ed analizzare i dati, la BAE Systems è in grado di condurre le prove facilmente ed accuratamente.

L'apparecchiatura viene usata per raccogliere i dati da un'ampia gamma di trasduttori, compresi gli estensimetri, i sensori di pressione e gli accelerometri. Dopo essersi consultata con la HBM, la BAE Systems scelse un sistema incentrato su 48 canali per l'ingresso di estensimetri, 16 canali per l'ingresso di accelerometri ed 8 ingressi per termocoppie. Inoltre, la HBM ha fornito l'addestramento e l'assistenza in loco.

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