Il test strutturale di un aeromobile completo è sempre impressionante da vedere: fusoliere complete e strutture di ali inserite in gabbie di acciaio, sottoposte a carichi estremi da dozzine di attuatori, incredibili flessioni delle ali e migliaia di estensimetri e sensori. Quando si testano gli elicotteri, la situazione cambia: anche senza cambiare l’impostazione strutturale, i requisiti diventano molto specialistici e diversificati. Diversamente dal mondo dei velivoli con ali fisse, dove la maggior parte degli sforzi in termini di acquisizione dati è concentrata su installazioni di prova full-scale, un laboratorio di prova tipico per un elicottero ha una serie di banchi prova molto diversi.
Una flotta di sistemi DAQ per tutte le esigenze di prova: HBM sostiene Sikorsky nelle complesse prove su elicottero
Il ground test instrumentation team di Sikorsky ha affrontato la sfida di avere diversi scenari di prova e diverse esigenze per i complessi sistemi di prova utilizzati nello sviluppo dei propri elicotteri. Il loro obiettivo era trovare un sistema di acquisizione dati unico per tutte le loro esigenze.
Sikorsky ha scelto HBM come partner per sviluppare una flotta di sistemi DAQ in grado di soddisfare le proprie esigenze. Un team di progetto formato dal personale di Sikorsky Ground Test Instrumentation ed esperti HBM dagli Stati Uniti e dalla Germania ha analizzato i requisiti e ha iniziato lo sviluppo di un concetto di sistema completo per risolvere il problema.
Problema
L’elicottero è una macchina complessa, con una moltitudine di sistemi da testare e qualificare; pertanto, il laboratorio di prova è dotato di una serie di banchi prova molto diversi. Avere un sistema DAQ in grado di funzionare in diverse applicazioni di prova è un vantaggio e con numerosi scenari di prova si possono razionalizzare diversi canali di dati in un file singolo.
Soluzione
HBM ha scelto QuantumX come sistema DAQ ideale per le esigenze di prova di Sikorsky. Questo sistema è modulare, scalabile e con un’architettura flessibile, soddisfa i requisiti di un sistema facile e rapido da riconfigurare, che supporta una gamma estremamente ampia di sensori e trasduttori.
Risultato
La flessibilità e scalabilità del sistema di acquisizione dati QuantumX di HBM consente ora a Sikorsky di usare un unico sistema DAQ per soddisfare ogni esigenza di prova. La rapida capacità di riconfigurazione del sistema di acquisizione dati è ideale per l’uso con tutte le configurazioni di setup di Sikorsky.
Che cosa serve per testare un elicottero
La gamma di test necessari
Le parti rotanti (mozzi, forcelloni, alberini, leve, ecc.) comportano uno sforzo importante per i test dei componenti. I test possono variare da piccoli e semplici banchi prova, come singoli collegamenti di passo in una configurazione di carico monoasse, fino a complesse installazioni di prova come per un mozzo del rotore. Una parte importante dei test è concentrata sulle pale. Le pale del rotore principali e di coda devono essere qualificate con test di fatica che simulino l’intero ciclo di vita con un importante fattore di sicurezza. Si convertono in articoli di prova alcune pale di elicottero prese casualmente dalla produzione, aggiungendo le adeguate interfacce per il montaggio su banco prova. Dato che i carichi applicati sono molto elevati, le pale sono testate di norma in piccole sezioni, in modo da gestire meglio l’inserimento del carico e la flessione.
La cellula è un oggetto di prova estremamente importante. La fusoliera viene testata con una configurazione completa per valutarne la fatica e l’idoneità ai test statici. Grandi strutture di prova, dozzine di attuatori e diverse migliaia di estensimetri sono all’ordine del giorno per questo tipo di prove.
In alcuni casi è anche possibile testare le sezioni della fusoliera separatamente su banchi prova più piccoli, per effettuare analisi più approfondite.
I riduttori e le trasmissioni sono componenti molto critici. Vengono configurati banchi prova dedicati per testare l’intero ciclo di vita di una trasmissione, simulando i carichi provenienti dal rotore e da condizioni estreme, come overtorque o perdite di olio. Le misurazioni in queste aree tendono a concentrarsi su coppia, rotazione, pressione e temperatura. Inoltre, tutti gli attuatori, i sistemi idraulici e di controllo hanno un ruolo fondamentale nel garantire il controllo della macchina, quindi non devono guastarsi né avere difetti di funzionamento.
Ciò significa che uno degli scenari di prova più importanti comprende le misurazioni di temperatura, carico e pressione. Su una scala leggermente maggiore, durante le prove ambientali è possibile testare singoli componenti o anche intere cellule in camere climatiche per testarne la risposta al freddo o al caldo estremo. Infatti, è fondamentale assicurare che tutti i componenti principali della macchina rimangano efficienti e reattivi anche in condizioni ambientali sfavorevoli.
Un’unica soluzione per l'acquisizione dati
Immaginiamo di essere un ingegnere addetto alla strumentazione che riceve l’incarico di specificare un sistema di acquisizione dati per un set di applicazioni di prova molto ampio, necessario per lo sviluppo di un elicottero. È stata proprio questa la sfida affrontata dal team di Sikorsky Ground Test Instrumentation. Diversi scenari di prova, diverse esigenze, un unico obiettivo: trovare un sistema di acquisizione dati in grado di soddisfare tutte queste esigenze. Sikorsky si è rivolta ad HBM come partner per il nuovo sistema DAQ. È così che un team di progetto formato dal personale di Sikorsky Ground Test Instrumentation ed esperti HBM dagli Stati Uniti e dalla Germania ha analizzato i requisiti e ha iniziato lo sviluppo di un concetto di sistema completo.
Nella fase di progettazione, Sikorsky ha stabilito alcuni requisiti fondamentali che avrebbero avuto un ruolo determinante nell’individuare il sistema DAQ definitivo.
Il sistema deve supportare tutti i sensori e trasduttori possibili usati nei laboratori dell'azienda, con tipi di sensore, filtri e frequenza di campionamento configurabili individualmente per canale e funzionanti sull’hardware integrato. Oltre a ciò, era necessario registrare i dati dei bus avionici digitali di MIL-STD-1553 e ARINC-429.
Il sistema di acquisizione dati deve essere inserito in un armadio appositamente allestito, denominato “shell”.
Lo “shell” deve essere mobile, compatto, con design robusto ed essere in grado di interfacciarsi con efficienza al sistema di acquisizione dati. Sono necessarie la connettività wireless ed Ethernet.
Lo “shell” deve essere rapidamente riconfigurabile aggiungendo, togliendo o scambiando moduli di misura senza utensili, con un tempo di riconfigurazione massimo di 5 minuti.
I moduli di misura devono essere in grado di funzionare fuori dallo “shell”, in forma di sistemi DAQ compatti e portatili.
Il sistema deve essere in grado di interfacciarsi con la rete preesistente dell'azienda attraverso un collegamento Ethernet senza fili, che carica i dati da condividere durante il test.
Il sistema deve essere in grado di interfacciarsi con i sistemi di controllo preesistenti di Sikorsky e i sistemi di sicurezza/spegnimento, garantendo una connettività interblocco e la capacità di conteggio dei cicli.
Sistema di acquisizione dati QuantumX
QuantumX è il sistema DAQ di HBM scelto per questo progetto. La sua architettura modulare, scalabile e flessibile rispondeva perfettamente alle esigenze di Sikorsky. È un sistema facile e rapido da riconfigurare, con la capacità di supportare una gamma estremamente ampia di sensori e trasduttori.
In seguito a prove e consultazioni, il risultato dello sviluppo congiunto di Sikorsky-HBM è uno “shell” in grado di ospitare 18 moduli QuantumX. Questo consente un numero totale di canali superiore a 250 canali con 16 moduli di canali ad alta densità. Ogni “shell” è una stazione di acquisizione dati in mobilità autonoma. Il ricorso al registratore di dati QuantumX CX22B-W, che funziona sul software per PC catman®AP di HBM, evita di dover usare un PC aggiuntivo.
Una stazione DAQ personalizzata
Lo “shell” è dotato di:
- Armadio leggero e mobile
- Schermo ampio montato in cima
- Gruppo di continuità (UPS) gestibile dalla rete
- Interruttore Ethernet adatto a PTP per le operazioni di rete
- Connettività wireless high-gain
- Funzionalità watchdog
- Luce interna, diverse guarnizioni a spazzola, supporti di serraggio cavi
- Cassetto scorrevole, tastiera e touchpad
- Sportello posteriore di vetro chiudibile con serratura
Con l’equipaggiamento di HBM, il team di Sikorsky Ground Test Instrumentation ora ha una flotta di sistemi DAQ che soddisfa tutte le esigenze di prova. Il design personalizzato consente una riconfigurazione di una rapidità senza precedenti per tutte le diverse configurazioni di prova. Inoltre, il software, catman®AP che funziona sul registratore di dati CX22B-W, ha funzioni specifiche per il test di fatica, come una registrazione di dati basata su ciclo e diversi registratori paralleli.
Grazie alla flessibilità e scalabilità del sistema DAQ QuantumX, ora sono possibili applicazioni con elevato numero di canali collegando diversi sistemi di dati insieme, sincronizzando migliaia di canali e salvandoli in un singolo file.
Informazioni su Sikorsky
Fin dal volo del primo elicottero al mondo nel1939, Sikorsky è rimasta leader del settore attraverso il proprio impegno nell’innovazione, eccellenza e sicurezza.
Sikorsky (una società Lockheed Martin) fornisce aeromobili militari e ad ala rotante a tutti i cinque settori delle forze armate statunitensi, oltre a servizi militari e operatori commerciali in 40 nazioni.