Test di carico con estensimetri per la semiala di un aliante

Come parte di un progetto di espansione dell'apertura alare dell’aliante D-43 di Akaflieg Darmstadt, occorre fabbricare nuove ali basate su una struttura composita di plastica rinforzata in fibra. Per ottenere la certificazione delle nuove semiali da parte dell’autorità tedesca dell'Aviazione Civile (LBA), sono state eseguite prove di carico per verificare le simulazioni precedentemente eseguite con un modello a elementi finiti. 

Problema

Per ottenere l'approvazione dell’autorità tedesca dell'Aviazione Civile (LBA), Akaflieg Darmstadt deve testare il carico della sua nuova ala per aliante.

Soluzione

Sono già state eseguite simulazioni di deformazione con un modello a elementi finiti, che ora devono essere verificate. Pertanto, gli estensimetri HBK, installati in diverse posizioni dell’ala, servono per determinare le deformazioni sulla superficie dei componenti e convalidare le curve di deformazione simulate.

Risultato

I risultati misurati dimostrano che la simulazione a elementi finiti offre risultati molto realistici con solo poche deviazioni. 

Configurazione della prova di carico della semiala

Visto l'aumento dell'apertura alare da 18 m a 20 m, la lunghezza delle nuove semiali diventa 1,5 m. Per le prove di carico della struttura composita in plastica rinforzata in fibra, la temperatura è di almeno 54°C. Il carico corrisponderà a 172,5% dei carichi massimi verificati durante il funzionamento.

Gli estensimetri HBK di serie M per carichi altamente alternanti (1-LM16-6/350GE) vengono utilizzati per individuare la deformazione sulla superficie del componente. Installati in diverse posizioni sulla semiala, gli estensimetri sono allineati lungo la direzione della fibra delle fasce unidirezionali (UD) del longherone in composito di plastica rinforzata in fibra: 

 

  • Segmento di correntino: Parte del correntino che sporge dal rivestimento lavorante
  • Centina di base: Ultima centina alla base dell’ala
  • Rivestimento lavorante: Gli estensimetri seguiranno il corso del correntino

Il carico sulla semiala è applicato da una gru e distribuito attraverso il collegamento del carico su quattro punti nella parte inferiore dell’ala. I bracci della leva dei collegamenti del carico sono regolati in modo che le curve del momento flettente, della forza di taglio e del momento torcente durante il volo siano rappresentate in modo realistico.

La forza della gru è introdotta sul longherone superiore e misurata con una cella di carico in miniatura HBK U9C (1-U9C/20KN). Per impostare la temperatura di 54 °C, la semiala è posizionata in una cabina riscaldante realizzata in Styrofoam e dotata di termoventilatore.

I risultati del test di carico

I risultati del test di carico (deformazioni e sollecitazioni) sono usati per convalidare la simulazione del modello a elementi finiti della semiala. Durante la simulazione, sono state calcolate due curve di sollecitazione sulla parte superiore dell’ala per carico limite (100% carico massimo - grafico blu) carico (172,5% carico massimo - grafico arancione).

Le curve di deformazione della simulazione con modello a elementi finiti forniscono risultati molto realistici. Le deformazioni rilevate deviano per un massimo del 4 %, le sollecitazioni di un massimo del 5 %. I motivi delle deviazioni sono incertezze in merito a:

  • Parametri materiale usati
  • Geometrie semplificate nel modello a elemento finito
  • Altre condizioni marginali

Chi è Akaflieg Darmstadt

Con il motto "Research, Build, Fly", dal 1920 Akaflieg Darmstadt produce nuovi modelli di aliante. Gruppo accademico di aeronautica di Darmstadt (abbreviato Akaflieg) è un gruppo universitario della TU Darmstadt. Il loro obiettivo è effettuare ricerche sul volo senza motore tramite correnti ascendenti, costruendo alianti e provando concetti innovativi.

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