La Airbus definisce un approccio di misura comune per le prove strutturali

Gli ingegneri strutturali che lavorano allo sviluppo dei moderni velivoli commerciali possono trarre vantaggio dalla condivisione delle informazioni, specialmente quando si opera in numerose nazioni diverse.

Il costruttore aeronautico leader in Europa, Airbus, sta creando gli standard transeuropei delle prove strutturali quale parte della propria intenzione di stare all'avanguardia in questa industria tecnicamente impegnativa. Mediante il coerente approccio al proprio programma di sviluppo, la Airbus beneficerà della migliore cooperazione con i team di ingegneri altamente qualificati con sede in varie località, in grado di condividere dati ed informazioni per ottimizzare la progettazione.

Lo sviluppo strutturale di un aeromobile Airbus è distribuito in tutt'Europa. Ogni località ha una distinta responsabilità per lo sviluppo di diverse componenti strutturali ed interne. Per esempio, il Regno Unito lavora sulle ali e sui carrelli di atterraggio, la Francia sviluppa i piloni della fusoliera anteriore e dei motori, la Germania gli ipersostentatori alari e gli slat, parti della fusoliera ed il piano di coda verticale e la Spagna si cura dei piani di coda orizzontali. Ognuno di questi componenti è sottoposto ad un'ampia serie di prove per garantire che il progetto proposto soddisfi adeguatamente tutti i relativi criteri di sicurezza.

Il Dr Karlheinz Stupperich, gestore dell'area Sistemi di Controllo Strutturale ed Acquisizione Dati della Airbus commenta: “Il termine standard transeuropei significa che noi cerchiamo di armonizzare ove possibile e lo giustifichiamo con considerazioni commerciali. Per le Prove Strutturali della Airbus abbiamo scelto il sistema MGCplus HBM quale standard di acquisizione dati per le prove strutturali statiche e di fatica.” Rivolgendosi ad un sistema comune, la Airbus afferma che si otterranno maggiori capacità di condividere le informazioni e le conoscenze fra i vari siti.

La Airbus punta ora a sostituire i sistemi esistenti con la nuova apparecchiatura HBM. Il primo motivo della scelta era l'affidabilità della strumentazione, sebbene ci fossero numerosi altri aspetti favorevoli per le Prove Strutturali Airbus.

In particolare, il Dr Stupperich menziona i convertitori analogico/digitali (A/D) da 24 bit che forniscono una miglior risoluzione del segnale per ciascun canale. I convertitori consentono l'integrazione dei segnali in ingresso e riducono il rumore, permettendo al sistema di misurare nell'intero campo dell'amplificatore. Ciò rende più rapida l'impostazione delle prove ed assicura una risoluzione migliore di 1 µm/m perfino con livelli di segnale di ±160 000 µm/m, che raramente si verificano anche nei materiali moderni.

L'apparecchiatura HBM consente anche di cambiare la cadenza di campionamento e permette ai campioni di essere usati per la funzione di trigger. “Questo ci aiuta a ridurre la quantità di dati da rilevare, potendo acquisire solo i dati intorno al punto di trigger e pertanto ottenere solo le informazioni fondamentali necessarie “, nota il Dr Stupperich. Ed aggiunge: “Questa è una caratteristica molto utile.”

Per migliorare ulteriormente l'efficacia dell'apparecchiatura per la Airbus, gli ingegneri HBM hanno lavorato a stretto contatto con noi per sviluppare numerose estensioni del software standard per soddisfare i requisiti della Airbus ’. Afferma il Dr Stupperich: “Siamo abbastanza soddisfatti della soluzione, sebbene si desideri sviluppare ulteriori estensioni dovute all'utile ritorno ottenuto durante i lanci iniziali”. Il sito di Amburgo impiega oltre 1 000 canali per acquisire i dati delle sue prove strutturali statiche e dinamiche e necessita di estensioni di software scritte specificamente per l'impiego di un grande numero di canali.

Il sistema HBM verrà usato in tutte le Prove Strutturali interne della Airbus. Il Dr Stupperich afferma; “Ritenemmo di rendere tutte le prove molto più facili ed economiche se i nostri ingegneri avessero avuto competenza con una sola famiglia di hardware e software. Inoltre, essi possono facilmente passare da un sito all'altro per coprire una temporanea carenza di personale.”

Amburgo dispone di tre sale per le differenti prove sui componenti di aerei. In ogni esperimento, vengono impiegati impianti idraulici per indurre le sollecitazioni nelle cellule, che vengono misurate con gli estensimetri. Molte parti subiscono eventualmente prove distruttive anche se i risultati di prova eccedono i regolamenti imposti dagli Enti quali l'Autorità Per l'Aviazione Civile.

Le prove alla Airbus possono durare da un ora a tre anni, a seconda del componente in prova e dello scopo dell'esame. Ogni prova prevede differenti materiali e metodi di costruzione, per giungere alla soluzione ottimale per ogni nuovo progetto di prova del componente, fino ai limiti per garantire la massima sicurezza.

Le verifiche strutturali coprono prove statiche, di fatica e dinamiche. Nello stabilimento di Amburgo, le misurazioni durante le prove strutturali vengono normalmente eseguite come misurazioni statiche, in cui i carichi sul provino vengono aumentati passo a passo fino ad un livello predefinito, e ad ogni passo vengono misurati tutti i canali implicati. Ciò viene fatto anche per le prove di fatica, ove le misurazioni statiche vengono effettuate dopo ogni blocco di simulazione di volo, per vedere l'influenza sul provino. È raro che si adottino misurazioni continue. Il sistema HBM offre alla Airbus il vantaggio di poter usare lo stesso hardware e software sia per misurazioni statiche che alcune dinamiche.

Se si verifica una frattura, è poi necessario determinare l'esatto punto di interruzione. Il Dr Stupperich osserva: “Quasi ogni cosa viene rotta per fornire risposte interessanti all'ufficio progettazione”. Occasionalmente si danneggia artificialmente una sezione per trovare la tolleranza ai danni.

Normalmente il carico nel punto di rottura non viene rilevato da uno strumento di misura. I Dr Stupperich osserva: “Sappiamo esattamente quando avviene la rottura, perché i nostri sistemi di controllo avvertono immediatamente l'arresto della prova. Non c'è alcuna necessità di effettuare misurazioni continue, si genererebbe solo una grande quantità di dati inutili”. Quando si effettuano le prove definitive di carico, il componente è soggetto ad una forze 1,5 volte superiore al carico operativo. Il carico viene poi aumentato gradualmente prendendo le misure ad ogni passo, fino alla rottura del provino.

La ripetibilità di configurazione dell'apparecchiatura per le diverse prove era un requisito primario e fu la ragione principale per l'acquisto del sistema HBM. Nota il Dr Stupperich: “C'è bisogno di un'impostazione speciale per la configurazione e l'estensione che consenta la ripetibilità allorché s'impostino esperimenti diversi con gli stessi parametri operativi, ove sia possibile impiegare strumentazione diversa”.

Per la Airbus è necessario memorizzare la configurazione insieme ai dati di misura, e ciò era il problema principale con i nuovi sistemi di misura. La Airbus richiese un sistema aperto e riconfigurabile perché ogni esperimento opera differentemente, e la capacità della HBM di fornirlo fu un fattore chiave per vincere l'appalto.

La Airbus richiedeva anche una soluzione ai suoi problemi concernenti la taratura. Normalmente le apparecchiature usate nelle prove di sollecitazione vengono inviate ad un laboratorio certificato per la taratura annuale, e talvolta anche più frequentemente. I centri di prova che utilizzano un gran numero di canali possono trovare la spedizione dell'apparecchiatura ad un ente esterno centralizzato costosa e dannosa per il mantenimento della programmazione. Solitamente essi dispongono del proprio laboratorio di taratura in loco. Per superare questo problema, la HBM ha collaborato strettamente con Airbus per sviluppare un dispositivo di taratura la cui consegna è prevista entro la fine di quest'anno.

Contatti Prego, contattateci se desiderate conoscere cosa può offrirvi la HBM.