RUAG: HBM製計測システムを使用したフルスケールの疲労試験

F/A-18 戦闘機スイスバージョンの補強構造物に対する試験は、複雑かつ大規模な調査に含まれる形で行われます。68本の油圧シリンダを使用して飛行中に発生する実際の圧力をシミュレーションします。この補強構造物が比較的厳しいスイスの用途条件を満たしていること、さらに、要求される5,000飛行時間という耐用年数に到達していることを証明するために、この試験を行います。

スイスバージョンの補強の資格認定および検証のためには、フルスケールの疲労試験が必要不可欠です。安全係数2に基づいて、10,000飛行時間のシミュレーションを2年居ないに実施する必要があります。試験構造物には、約1,100個のストレインゲージ(ひずみゲージ)を取り付けます。試験レイアウトには、さらに変位変換器、温度センサ、および圧力センサも組み込まれました。これら各センサからの信号は、計測した後に制御システムのパラメータと共に保存しておかなければなりません。

タスク

顧客側の注文に基づいて、制御システムデータ収集システムについての仕様書を作成しました。ハードウェアおよびソフトウェアの要件は、そうした仕様書に詳細を記載されました。これらの仕様書が、予定されているサプライヤとの問い合わせや交渉のためのベースとなりました。

当社では、以下に示す諸問題を解決する最適なソリューションを重要視しています。

  • 既に取り付けおよび配線が完了しているストレインゲージ(SG)がシステムに接続可能でなければならない。
  • サイズの異なるSGが取り付けられるため、それぞれのSG用に異なる供給電圧が必要。
  • さらに1,000個の計測チャンネルを使用したシステムの拡張が可能でなければならない。
  • 約200個のチャンネル計測を行い、10Hzの周波数で24時間以上その結果を保存できなければならない。
  • 周波数10Hzで計測されるチャンネルの選択は、計測ごとに変更される可能性がある。既存の配線に変更を加えることなくこうした変更が可能でなければならない。
  • 制御システムからの約100個の計測値についても、未確定のインターフェイスを経由して計測可能でなければならない。
  • データ収集システムおよび制御システムは、ステータス情報を相互に交換することが可能でなければならない。

ソリューション

様々なサプライヤに関する徹底的な調査の後、当社では以下のシステムに決定しました。

データ収集:

  • MGCplus システムおよびHBM製ソフトウェアパッケージ catman®Enterprise

制御システム:

  • SmarTEST Loading System from FCS Control Systems

インターフェイス:

  • 両システム間のデータ交換は、CANバス接続を経由して実行する。このバス接続では10Hzで約100回の信号を交換することが可能。

tシステムの概要

制御回路と計測アンプを収納した制御キャビネットは、試験対象の近くに設置されます。したがって干渉の比較的少ない短いケーブルを使用することが可能です。

試験に使用する全てのコンピュータおよびディスプレイは、制御室内に設置されています。制御室からは試験レイアウトの全体を概観することができます。制御室とホールにある制御キャビネットの間の接続はネットワーク接続で行います。従って、長い接続経路に必要となるケーブルはごく少数に限られます。

計測システムのデータ

  • 4台の制御キャビネット。それぞれに4個の MGCplusを設置
  • 各 MGCplus ラックには、それぞれ8つの計サブチャンネルを持つ14枚のマルチチャンネルモジュールが配置されている
  • Windows 2000 サーバーPCおよび2台のクライアントPC

計測チャンネル

  • 4線回路内に約1,500個のSGチャンネル
  • 6線式テクノロジータイプのひずみ式変換器が14台
  • 12台の変位変換器 (potentiometric cable linear sensor)
  • 13台の温度センサ (type K)
  • 96チャンネル(力およびステータス信号)、FCS制御システムからCANbusを経由

試験手順…

動的試験
通常の試験オペレーションでは、24時間の作業シフトにそれぞれ1,000飛行時間(FH)を含むブロック単位でセ ルが装填されています。各ブロックの持続時間は約1週間です。1個の1,000FHブロックに負荷プログラムが5ラン含まれ、この負荷プログラム1ランが 300回のシミュレーション飛行または200飛行時間に相当します。負荷プログラム自体は26,900個の負荷事例のシーケンスから構成されています。負 荷事例には、2,011の異なるタイプがあります。

静的試験
ひずみ調査(strain survey) は、それぞれの1,000飛行時間ブロックが終了した時点で実行されます。セルは一旦装填されてから、選択した7個の負荷事例内において、最大負荷の10%から70%までで段階的に解除されます。

…計測段階

データ収集の全段階が、HBM製の catman®Enterprise ソフトウェアを使用して実行されます。

動的計測

動的試験の実行中は、200個の計測チャンネルが10Hzの周波数で恒常的に記録されます。1回の計測シリーズには約20時間かかり、これに200飛行時間サイクルから収集したデータが含まれます。これにより、約1億2,500万個の計測値を含むデータファイルが生成されます。次に、 catman® ソフトウェアがスクリプトを使用してこのデータを処理します。

試験の実行中、全ての重要な試験パラメータがサーバーPCの画面上にオンラインで表示されます。また、関連するセンサデータのプロットも表示されます。

…そして静的試験

We use the "Snap Shot" function for measurements during a strain survey. This means that when a specific load level is reached, all active switched measuring channels are measured and saved time-synchronized at the press of a button (about 1,600 measuring channels). A data file normally contains 99 measuring lines. The data is evaluated with catman® scripts once the measurement is complete. Important test parameters are also shown online on the Server PC screen during static measurements.

The reasons why we have decided for this system

Impressive concept for integrating both HBM and FCS systems

  • The time-synchronized measuring and saving of data from 200 channels with 10Hz is easily possible as each measuring channel has its own A/D converter
  • Simple changeover of any channels between static and dynamic measurements without changes to wiring
  • The 4-wire circuitry for the strain gages ensures minimization of measurement errors despite the non-uniform wiring
  • The data acquisition system has now been in operation for about 1 year. Experiences made so far show that we have a very reliable system that fully meets our expectations.
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