RUAG: Prova di fatica a piena scala con il sistema di misura HBM

La struttura rinforzata dell'aereo da combattimento F/A-18 nella versione svizzera, verrà provato con una complessa indagine su grande scala. Le sollecitazioni realistiche, come quelle che ci sono in volo, verranno simulate con 68 martinetti idraulici. La prova serve a verificare che la struttura soddisfi le pertinenti rigide condizioni applicative svizzere e che possa raggiungere la richiesta vita operativa di 5 000 ore di volo.

Una prova di fatica a piena scala è essenziale per la qualificazione e la validazione delle Forze Aeree Svizzere. Basata su un fattore di sicurezza 2, si devono simulare 10 000 ore di volo nel tempo di 2 anni.

La struttura in prova è strumentata con circa 1 100 estensimetri. Inoltre, sono stati integrati nell'impianto di prova trasduttori di spostamento, sensori di temperatura e sensori di pressione. I segnali provenienti da questi sensori devono essere salvati insieme ai parametri del sistema di controllo.

Compito

Basandosi sull'ordine del cliente, furono stese le specifiche per il sistema di controllo e per il sistema di acquisizione dati. I requisiti dell'hardware e del software furono dettagliatamente elencati in questi documenti. Queste specifiche diventano il riferimento per tutte le richieste e le trattative con i possibili fornitori.

Abbiamo posto gran valore alle soluzioni ottimali per i seguenti problemi:

  • Gli ER già installati e cablati devono poter essere collegati al sistema.
  • Essendo stati installati estensimetri di diversa misura, è importante che il sistema permetta differenti tensioni di alimentazione degli ER.
  • Il sistema deve poter essere ampliabile con ulteriori 1 000 canali di misura.
  • Nel giro di 24 ore ed alla frequenza di 10 Hz si devono poter misurare e salvare circa 200 canali.
  • La scelta dei canali da misurare a 10 Hz deve poter essere cambiata da un ciclo di misura all'altro. Ciò deve essere possibile senza dover modificare il cablaggio esistente.
  • Circa 100 valori di misura del sistema di controllo devono essere misurati mediante una interfaccia ancora da definire.
  • Il sistema di acquisizione dati ed il sistema di controllo devono essere in grado di scambiare fra di loro le informazioni di status.

Soluzione

In seguito all'approfondita indagine dei vari fornitori e sistemi, abbiamo deciso per le seguenti apparecchiature:

Acquisizione dati:

  • Sistema MGCplus con il pacchetto di software catman®Enterprise della HBM.

Sistema di controllo:

  • Sistema di Caricamento SmarTEST della FCS Control Systems.

Interfaccia:

  • Lo scambio dei dati fra i due sistemi sarà implementato mediante una connessione CAN Bus. Tramite questo Bus si devono scambiare circa 100 segnali alla frequenza di 10 Hz.

Panoramica del sistema

Gli armadietti di controllo con i circuiti di controllo e gli amplificatori di misura devono essere collocati nelle vicinanze della struttura in prova. In tal modo si possono usare cavi più corti per i segnali di misura analogici ed avere minor effetto delle interferenze.

Tutti i calcolatori e gli schermi per condurre la prova devono essere configurati in una sala di controllo. Le sale di controllo offrono una buona panoramica dell'impianto di prova. I collegamenti fra la sala di controllo e gli armadietti di controllo devono essere implementati mediante una connessione di rete. Pertanto saranno necessari solo pochi cavi per i lunghi percorsi di connessione.

Dati del sistema di misura

  • 4 armadietti di controllo, ciascuno con 4 rack MGCplus ed 1 unità UPS.
  • Ogni rack MGCplus sia equipaggiato con 14 schede da 8 canali di misura ciascuna.
  • 1 PC Server con Windows 2000 e 2 PC Client

Canali di misura

  • Circa 1 500 canali per ER circuitati a 4 fili
  • 14 trasduttori di deformazione circuitati a 6 fili
  • 12 trasduttori di spostamento (sensori lineari potenziometrici a cavo)
  • 13 termocoppie (tipo K)
  • 96 canali (segnali di forza e di status) provenienti dal sistema di controllo FCS mediante CAN Bus

Procedura di prova …

Prove dinamiche
Nelle operazioni di prova normali, le celle vengono caricate in blocchi di 1 000 ore di volo (FH) ciascuno, in 24 ore di operazione traslata. Tale blocco dura circa una settimana. Un blocco di 1 000 FH comprende 5 fasi del programma di caricamento il che equivale a 300 voli simulati o 200 FH. Il programma di caricamento stesso consiste di una sequenza di 26 900 casi di carico. Esistono 2 011 differenti tipi di casi di caricamento.

Prove statiche
Alla fine di ciascun blocco di 1 000 FH è implementata un'indagine delle deformazioni. Le celle vengono caricate e poi scaricate in gradini dal 10 % al 70 % del carico massimo, con sette casi di caricamento selezionati.

… fasi di misura

L'intera acquisizione dati è implementata con il software catman®Enterprise della HBM.

Misurazioni dinamiche ...

Durante le prove dinamiche, vengono registrati permanentemente 200 canali di misura alla frequenza di 10 Hz. Una serie di misurazioni impiega circa 20 ore e comprende i dati di un ciclo di 200 FH.
Ciò produce un file dati di circa 125 milioni di valori di misura. Questi dati vengono poi elaborati dagli script del catman®.

Mentre la prova è in corso, tutti gli importanti parametri di prova vengono visualizzati in linea sullo schermo del PC Server della HBM. Vengono visualizzati anche i grafici dei dati dei sensori più interessanti.

… e misurazioni statiche

Durante l'indagine delle deformazioni si usa la funzione "Snap Shot" per le misurazioni. Ciò significa che quando viene raggiunto uno specifico livello di carico, tutti i canali di misura impostati come attivi vengono misurati e salvati con sincronia del tempo alla pressione di un bottone (circa 1 600 canali di misura). Normalmente un file di dati contiene 99 righe di misura. Completata la misurazione, i dati vengono valutati con script di catman®. Durante le misurazioni statiche vengono mostrati in linea sullo schermo del PC Server anche i parametri di prova importanti.

Le ragioni per cui abbiamo deciso per questo sistema

Straordinaria capacità di integrare ambedue i sistemi HBM ed FCS

  • La misurazione sincronizzata nel tempo ed il salvataggio dei dati di 200 canali a 10 Hz è facilmente realizzabile dato che ciascun canale possiede il proprio convertitore A/D.
  • Semplice passaggio di ogni canale fra le misurazioni statiche e dinamiche senza modificare il cablaggio.
  • Il circuito a 4 fili per gli estensimetri garantisce la minimizzazione degli errori di misura non ostante il cablaggio non uniforme.
  • Il sistema di acquisizione dati è ora in funzione da circa 1 anno. L'esperienza effettuata fin'ora dimostra che disponiamo di un sistema molto affidabile che soddisfa pienamente le nostre aspettative.
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