Una flota de sistemas DAQ para todas las necesidades de ensayo: HBM participa en las complejas pruebas de los helicópteros Sikorsky

El equipo de instrumentación de pruebas de tierra de Sikorsky se enfrentaba a un importante desafío: el desarrollo de sus helicópteros exige tener en cuenta múltiples escenarios de pruebas y emplea sistemas de ensayo complejos con numerosos requisitos. Su objetivo era encontrar un único sistema de adquisición de datos capaz de acomodar todas sus necesidades de ensayo.

Sikorsky seleccionó como socio a HBM para implantar una flota de sistemas DAQ adaptados a sus requisitos. Un equipo de proyecto, formado por personal de instrumentación de pruebas de tierra de Sikorsky y expertos de HBM de Estados Unidos y Alemania, analizó los requisitos y abordó el desarrollo de una solución global.

 

 

Problema

Un helicóptero es una máquina compleja, con multitud de sistemas que deben probarse y verificarse. En consecuencia, el laboratorio de pruebas necesita distintos bancos de ensayos, muy diferentes entre sí. En esta situación, es interesante disponer de un sistema DAQ que sea capaz de adaptarse a aplicaciones de ensayo diversas y de volcar múltiples canales de datos en un único archivo, en escenarios de ensayo muy variados..

Solución

HBM identificó QuantumX como el sistema de adquisición de datos ideal para las necesidades de pruebas de Sikorsky. Este sistema es modular, escalable y tiene una arquitectura flexible. Puede reconfigurarse de manera rápida y sencilla, y es compatible con una variedad extremadamente amplia de sensores y transductores.

Resultado

La flexibilidad y escalabilidad del sistema de adquisición de datos QuantumX de HBM han permitido a Sikorsky adoptar una única solución DAQ que resuelve todas sus necesidades de ensayo. La capacidad de reconfiguración rápida de QuantumX resulta muy práctica en las configuraciones de pruebas de Sikorsky.

¿Qué tienen de especial las pruebas de helicópteros?

Las pruebas estructurales de un avión a escala real son algo que impresiona: alas y fuselajes completos envueltos en jaulas de acero, sometidos a cargas extremas mediante docenas de actuadores, las alas flexionadas hasta formar ángulos increíbles... y miles de galgas extensométricas y sensores. En el caso de los helicópteros, las cosas son algo distintas, ya que los requisitos se vuelven más especializados y diversos, incluso sin salir del terreno estructural. A diferencia de las aeronaves de alas fijas, en donde el máximo esfuerzo —en términos de adquisición de datos— se lleva a cabo en instalaciones de ensayo a escala real, un laboratorio de pruebas de helicópteros se divide en una multitud de bancos de ensayos muy diferentes entre sí.

Amplio espectro de ensayos

Las partes rotatorias (bujes, varillas de control, ejes, palancas, etc.) requieren un importante esfuerzo en términos de ensayos de componentes. Las pruebas van desde los bancos de ensayos más pequeños y sencillos, como los que se emplean en las pruebas de varillas individuales de control del ángulo de ataque en configuración de carga uniaxial, hasta instalaciones de ensayos más complejas, como las del buje del rotor principal. Una parte importante de las actividades de pruebas se dedica a las palas. Es preciso verificar las palas del rotor principal y del rotor de cola mediante ensayos de fatiga que simulen todo su ciclo de vida, con un factor de seguridad importante. Para ello, se extraen palas de rotor aleatoriamente de la producción y se convierten en especímenes de pruebas, añadiendo las interfaces oportunas para montarlas en los bancos de ensayos. Como se aplican cargas muy altas, se hacen ensayos rutinarios de secciones cortas de las palas, para manejar mejor la inserción de cargas y la flexión.

Las pruebas del fuselaje también tienen una gran importancia. Las pruebas del fuselaje se llevan a cabo en configuraciones a escala completa y consisten en pruebas estáticas y de fatiga de materiales. Es habitual emplear grandes estructuras de ensayo con docenas de actuadores y varios miles de galgas extensométricas.

En algunos casos, se hacen pruebas independientes con secciones del fuselaje en bancos de ensayos más pequeños, para llevar a cabo análisis más en profundidad.

Las cajas reductoras y la transmisión son componentes tremendamente críticos. Existen bancos de ensayos específicos que se configuran para hacer ensayos de la vida útil de una transmisión, simulando cargas procedentes del rotor y condiciones extremas, como pares excesivos o fugas de aceite. Las medidas suelen centrarse en el par, la rotación, la presión y la temperatura. Por otro lado, todos los actuadores y los sistemas hidráulicos y de control son fundamentales para la controlabilidad del aparato y no deben fallar bajo ningún concepto.

Por ese motivo, uno de los escenarios de pruebas más importantes incluye medidas de temperatura, carga y presión. A una escala algo mayor, durante los ciclos de pruebas ambientales se hacen pruebas de componentes individuales o incluso fuselajes completos en cámaras climáticas, para determinar su respuesta a al calor y el frío extremos. Evidentemente, hay que garantizar que todos los componentes críticos de la máquina sigan siendo eficientes y sensibles en condiciones meteorológicas adversas.

Una solución única de adquisición de datos

Ahora, supongamos que somos ingenieros de instrumentación y que recibimos el encargo de especificar un sistema de adquisición de datos apto para las variadísimas aplicaciones de ensayo asociadas al desarrollo de un helicóptero. Ese fue precisamente el desafío al que tuvo que enfrentarse el equipo de instrumentación de pruebas de tierra de Sikorsky. Numerosos escenarios de pruebas, muchos requisitos y un objetivo muy concreto: encontrar un sistema de adquisición de datos que sirviera para todo. Sikorsky eligió a HBM como socio para definir su nuevo sistema DAQ. Así fue como se formó un equipo de proyecto, integrado por personal de instrumentación de pruebas de tierra de Sikorsky y expertos de HBM de Estados Unidos y Alemania, para analizar los requisitos y abordar el desarrollo de una solución global.

En la fase de diseño, Sikorsky planteó una serie de requisitos esenciales que pesaron mucho en la definición del sistema DAQ final. En concreto:

  • El sistema debía ser compatible con todos los posibles sensores y transductores que se utilizan en los laboratorios de la empresa, con posibilidad de configurar individualmente para cada canal el tipo de sensor, los filtros y las frecuencias de muestro de los equipos conectados. Otro requisito importante era la compatibilidad con los buses de aviónica digitales MIL-STD-1553 y ARINC-429.
  • El sistema de adquisición de datos debía acomodarse en un chasis especial, llamado “shell”.
  • El chasis debía ser móvil, compacto, de diseño robusto, y debía ofrecer una interconexión eficiente con el sistema de adquisición de datos. También se requería conectividad Ethernet e inalámbrica.
  • El chasis debía poderse reconfigurar con rapidez (en 5 minutos como máximo), añadiendo, eliminando o intercambiando módulos de medición sin necesidad de herramientas.
  • Los módulos de medición debían ser capaces de funcionar fuera del chasis, en forma de sistemas DAQ compactos y portátiles.
  • El sistema debía ser capaz de acceder a la infraestructura de red ya existente en la empresa, mediante una conexión Ethernet inalámbrica, para cargar y compartir datos durante el desarrollo de los ensayos.
  • El sistema también debía ser capaz de interaccionar con los actuales sistemas de control y seguridad/parada de emergencia de Sikorsky, garantizando la conectividad con los enclavamientos y capacidad de cómputo de ciclos.

El sistema de adquisición de datos QuantumX

QuantumX fue el sistema de adquisición de datos seleccionado por HBM para este proyecto. Su arquitectura modular, escalable y flexible se adaptaba a la perfección a los requisitos de Sikorsky. Se puede reconfigurar de forma rápida y sencilla, y admite toda clase de sensores y transductores.

Después de un proceso de pruebas y consultas, Sikorsky y HBM desarrollaron conjuntamente un “shell” capaz de alojar 18 módulos QuantumX, lo que permite alcanzar más de 250 canales, utilizando módulos de alta densidad de 16 canales. A su vez, cada “shell” se comporta como una estación de adquisición de datos móvil completamente autónoma. Y, además, el uso del registrador de datos QuantumX CX22B-W, que utiliza el software para PC catman®AP de HBM, elimina la necesidad de utilizar un PC adicional.

Una estación DAQ hecha a medida

Cada “shell” consiste en:

  • Un armario móvil de material ligero
  • Una pantalla de gran formato montada en la parte superior
  • Un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) gestionable desde la  red
  • Un switch Ethernet compatible con PTP para funcionamiento en red
  • Conectividad inalámbrica de alta ganancia
  • Funcionalidad watchdog
  • Iluminación interior, múltiples bandas de cepillo, soportes de fijación de cable
  • Bandeja deslizante, teclado y pantalla táctil
  • Puerta trasera con cristalera y cerradura

Gracias a los equipos de HBM, el equipo de instrumentación de pruebas de tierra de Sikorsky dispone ahora de una flota de sistemas DAQ que cubren todas sus necesidades de ensayo. El diseño a medida ha hecho posible una facilidad de reconfiguración sin precedentes, sea cual sea el montaje del ensayo. Como ventaja adicional, el software catman®AP instalado en el registrador de datos CX22B-W ofrece funciones específicas para los ensayos de fatiga de materiales; por ejemplo, grabación cíclica de datos y múltiples registradores en paralelo.

La flexibilidad y escalabilidad del sistema DAQ QuantumX hace posibles aplicaciones con alto número de canales. Solo hay que conectar entre sí varios “shells” de sistemas de datos para sincronizar miles de canales y almacenarlos en un archivo común.

Acerca de Sikorsky

Desde que, en 1939, hiciera volar el primer helicóptero de uso práctico de la historia, Sikorsky ha ocupado una posición de liderazgo por su compromiso constante con la innovación, la excelencia y la seguridad.

Sikorsky pertenece al grupo Lockheed Martin y suministra aeronaves militares y de alas giratorias a las cinco ramas de las fuerzas armadas de Estados Unidos. Igualmente, suministra a ejércitos y operadores comerciales de cuarenta países.

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