Aeromobili di nuova generazione: Ricerca sui materiali compositi con gli estensimetri ottici

La Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) si è affidata alla tecnologia di acquisizione dati HBM per esaminare la salute strutturale degli aeromobili di recente sviluppo, realizzati con materiali compositi. La ricerca ha analizzato lo sviluppo di jet di piccole e medie dimensioni ed è stata condotta dalla JAXA come parte di un progetto di collaborazione col Tokyo Metropolitan Government (Governo Metropolitano di Tokio) e la Tokyo Metropolitan University (TMU) (Università Metropolitana di Tokio).

La ricerca della JAXA si concentrò sia sullo sviluppo di strutture composite avanzate che sulla tecnologia intelligente per questa nuova generazione di aeromobili. In parallelo alla ricerca della JAXA, la TMU intraprese la ricerca sui futuri possibili sviluppi dell'avionica.

La ricerca comprendeva due fasi, ambedue con l'impiego delle apparecchiature HBM per il regime di prove. La prima fase, avviata nel 2011, sviluppò un Advanced Technology Demonstrator (ATD) quale busines jet (jet aziendale) per 8 passeggeri (Fig.1).

La seconda fase, che ha avuto luogo nel 2012, riguardava lo sviluppo di un jet regionale per 120 passeggeri. In seguito al successo delle prove sull'ala canard della ATD (Fig.2), fu realizzata una struttura composita più grande per ali di lunghezza di 5 m, e furono effettuate prove statiche per esaminare l'integrità dei serbatoi di carburante localizzati nell'ala principale dell'aeromobile.

Ambedue gli aeromobili erano caratterizzati da laminati avanzati rinforzati con fibra di carbonio appositamente sviluppati (CFRP). I laminati ad alta resistenza all'impatto sono rinforzati con la fibra Vectran lungo lo spessore dell'impuntatura, per ridurre qualsiasi diminuzione della resistenza strutturale dovuta alla delaminazione.

Fig.2: Modello ATD in scala 1:1 del muso (mock-up)
Fig.3: Disposizione del sensore FBG sul pannello superiore - cucitura del rivestimento di materiale composito sulla struttura portante del canard

I sistemi di estensimetri ottici HBM (Fig.3) furono dapprima usati per effettuare le prove strutturali sul progetto di ali canard della ATD, applicando dei carichi variabili mediante un attuatore idraulico. Uno degli obiettivi del progetto era di monitorare gli effetti dei danni da impatto sulle ali canard, usando estensimetri ottici a 18 canali (Fig.4). I ricercatori stanno inoltre sviluppando un Health Monitoring System (HMS) (sistema di monitoraggio della salute) per le nuove struttura alari, utilizzando gli estensimetri ottici.

Fig.4: Esempio di monitoraggio del livello e dell'ubicazione dell'impatto

La decisione di utilizzare gli estensimetri ottici al posto di dispositivi meccanici, fu presa per minimizzare la possibilità di qualsiasi rischio di esplosione, garantendo nel contempo che il conseguente effetto elettromagnetico (EME) non avesse alcun'influenza sui risultati. Furono distribuiti complessivamente 20 estensimetri ottici sull'ala per assicurare la necessaria copertura per il calcolo delle sollecitazioni (Fig.5).

Fig.5: Indicatore del monitoraggio dei valori di deformazione e raffigurazione della deformazione stimata coi risultati pre-FEA

I ricercatori che lavoravano al progetto furono in grado di risparmiare una notevole quantità di tempo installando gli estensimetri ottici con i patch della HBM, rispetto al tempo necessario per l'installazione degli estensimetri meccanici standard. Gli estensimetri ottici sono idonei ad effettuare sia prove statiche che dinamiche sulla struttura.

Inoltre, i ricercatori impiegarono l'MGCplus HBM insieme a tre interrogatori per estensimetri ottici DI410 HBM. Quest'ultimi sono strumenti a 4 canali con velocità di fino a 1.000 misurazioni /s. Furono impiegati anche due multiplexer M416 per collegare fino a 320 punti di misura ottici, in modo da ottenere misurazioni in tempo reale perfettamente sincronizzate. L'acquisizione e l'analisi dei dati fu effettuata con il software HBM catman Enterprise connesso a tutta la strumentazione.

L'uso di apparecchiature HBM ha consentito di completare facilmente un'esauriente analisi strutturale. La capacità del software di analisi di eseguire rapidamente i calcoli e di mostrare graficamente la deformazione strutturale, ha aiutato i ricercatori a prevedere i guasti prematuri della struttura dell'aeromobile.

Portale Aerospaziale

Al Portale Aerospaziale ...

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