Precisão, estabilidade e confiança: RUAG conta com soluções HBM em túneis de vento

Os testes experimentais em um túnel de vento fornecem ao engenheiro aerodinâmico os dados necessários para projetar e avaliar as propriedades aerodinâmicas de um objeto de teste. Os testes são realizados com um modelo reduzido, mas extremamente realista, de uma aeronave, edifício e veículo ou com um objeto em tamanho real (atletas e carros/veículos).

A RUAG Schweiz em Emmen opera vários túneis de vento nos quais os dados de medição são registrados, processados e avaliados com a mais alta precisão.

Desafio

Apesar dos altos custos de investimento e operacionais, os fabricantes de aeronaves e veículos continuam a confiar fortemente nos testes em túnel de vento. A complexidade e os requisitos dos testes estão aumentando. Dados de medição de alta qualidade - estáticos e cada vez mais transitórios - devem ser entregues de forma confiável e eficiente. Além disso, a produtividade desde a instalação até a entrega dos resultados é essencial.

Solução

Os sistemas amplificadores MGCplus foram selecionados e integrados em um sistema geral compacto e móvel. Isso resulta em uma conexão rápida e flexível de cadeias de medição com cabos de conexão padronizados, vários sensores de medição, conforme necessário para testes aerodinâmicos, e a configuração por meio de uma interface aberta para o software do túnel de vento. Outros critérios para a solução são calibração eficiente com rastreabilidade aos padrões nacionais e confiabilidade de entrega de longo prazo pelo fabricante.

Resultado

Graças à modularidade, flexibilidade, alta precisão e excelente estabilidade de longo prazo dos sistemas MGCplus/DMP DAQ, uma ampla variedade de testes é realizada. Junto com as balanças multicomponentes RUAG, uma cadeia de medição está disponível para determinar cargas, como forças de sustentação e arrasto. A corrente pode ser configurada de forma otimizada para fornecer ao engenheiro aerodinâmico os dados necessários para a melhoria/validação de seu produto.

Teste em túnel de vento com resultados realistas

O escopo dos testes em túnel de vento realizados na RUAG é muito grande e os requisitos com relação às medições e aquisição de dados são, portanto, diversos. No caso mais simples, o cliente está interessado apenas em observar o objeto de teste quando ele é exposto ao vento, por exemplo, um guarda-chuva. Nesse caso, apenas a velocidade do vento precisa ser conhecida.

Geralmente, os testes são mais complexos e os modelos de túneis de vento são equipados com uma série de sensores usados para obter dados quantitativos de cargas e pressões que atuam no objeto. O modelo de túnel de vento LOSITA, construído e testado no âmbito da Iniciativa Europeia Clean Sky 2, é um exemplo de um teste de túnel de vento complexo com alta demanda de aquisição de dados. A LOSITA recebeu financiamento do programa de pesquisa e inovação Horizon 2020 da União Europeia sob os acordos de subvenção CS-GA-2013-01-LOSITA-620108.

O modelo está equipado com uma balança RUAG de seis componentes para obter as forças globais e os momentos que atuam na aeronave. A aeronave é movida por duas poderosas turbinas de hélice montadas nas asas. As hélices terão um efeito significativo no fluxo de ar ao redor da asa e, portanto, devem ser incorporadas ao modelo do túnel de vento. As forças que atuam nas hélices são medidas com balanças adicionais de 6 componentes instaladas no cubo das hélices (Balanças de eixo rotativo). Destes valores de força global, o aerodinamicista extrai informações sobre o desempenho da aeronave, mas também sua estabilidade e controlabilidade. 

Os engenheiros estruturais podem estar mais interessados em obter as cargas aerodinâmicas em certos componentes da aeronave. Estes dados são derivados de medições de pressão em diferentes locais do modelo. Para isso, o modelo LOSITA foi equipado com mais de 700 tomadas de pressão. Uma abordagem alternativa ou complementar é o uso de balanços de componentes de strain gauge projetados especificamente para medir, por exemplo, as forças em uma única superfície de controle.

Além dessas medições do “cliente”, vários sensores são usados para controlar e monitorar o teste e o modelo, como acelerômetros, rpm-, sensores de posição e temperatura. Os objetivos diferentes de cada campanha de teste de túnel de vento e a diversidade resultante de sensores implantados colocam demandas muito altas na flexibilidade do sistema de aquisição de dados. A instrumentação e, especificamente, as balanças multicomponentes precisam atender aos requisitos muito rigorosos do cliente no que diz respeito à precisão e repetibilidade.

Os sistemas DMP/MGCplus têm sido usados em túneis de vento da RUAG e para a calibração de suas balanças de túnel de vento por mais de 10 anos. Os requisitos especificados originalmente em relação à precisão, resolução, repetibilidade e disponibilidade ainda são atendidos ou excedidos hoje. As calibrações periódicas também mostram excelente estabilidade a longo prazo. Os resultados das medições obtidos serviram e continuam a servir aos nossos clientes como confirmação ou como um valioso contributo para o melhoramento futuro do seu produto.

Equilíbrio do túnel de vento

Uma balança de seis componentes tem a tarefa de medir três forças e momentos alinhados ortogonalmente simultaneamente com o mínimo de interferência mútua possível. Na aviação, eles são levantamento/força normal (Z), arrasto/força axial (X) e força lateral (Y), e os momentos em torno dos eixos de rotação (L), inclinação (M) e guinada (N).

A balança RUAG consiste em duas metades: a fixa à terra ou não métrica e a metade métrica.

  • Metade não métrica: Ele está preso a uma estrutura sólida, por exemplo, o solo ou um suporte, que determina a posição do modelo no túnel de vento.
  • Metade métrica: É fixado ao objeto a ser medido, ou seja, o modelo do carro ou aeronave.

Por meio de bielas e elementos de medição com strain gauges de alta precisão, as tensões mecânicas são registradas eletricamente e convertidas em unidades físicas por meio de uma calibração anterior.

Série de Balanças 7xx da RUAG

Como os requisitos do cliente no objeto de teste e as forças a serem medidas dependem diretamente do tamanho do modelo do túnel de vento, a família de balanças RUAG oferece a possibilidade de selecionar uma balança perfeitamente adequada para o teste em termos de volume e faixa de carga.

Precisão e garantia de qualidade: Medição e Calibração

Calibrações anuais, rastreáveis a um padrão nacional, são necessárias para a garantia de qualidade ISO 9001. Isso se aplica aos sistemas MGCplus usados, bem como às balanças de múltiplos componentes RUAG.

Um sistema de calibração foi desenvolvido para este propósito, com o qual todos os canais MGCplus podem ser verificados e calibrados. Um DMP40 da HBM é usado para a calibração das balanças, que atende aos mais altos requisitos.

Sobre RUAG AG

RUAG AG é um fornecedor líder, prestador de serviços e integrador de sistemas e componentes para a aviação civil e militar. As principais competências da empresa incluem trabalhos de reparo e manutenção, bem como atualizações, desenvolvimento, fabricação e integração de subsistemas para aeronaves e helicópteros - e isso durante toda a sua vida útil. 

Há pouco mais de 70 anos, o departamento de pesquisa aerodinâmica da empresa predecessora da RUAG, a Eidgenössisches Flugzeugwerk F + W, começou a medir forças e momentos em aeronaves. Embora as possibilidades técnicas tenham sido consideravelmente refinadas, as questões fundamentais que os engenheiros se perguntam sobre a compreensão dos processos físicos são tão relevantes hoje quanto eram então.

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