sábado, 8 de abril de 2023 · 0 min read
Prueba estructural de nariz de cohete utilizando procesamiento de seno
En el Instituto Aeronáutico y Espacial (IAE), DCTA, las pruebas dinámicas estructurales, como el procesamiento sinusoidal, el SRS y el análisis modal se realizan como parte del procedimiento estándar en diferentes componentes de los sistemas de lanzamiento de cohetes. En este caso, el cono de la nariz de un cohete se probó en un agitador usando procesamiento sinusoidal.
El software DewesoftX mejoró la eficiencia del tiempo y la calidad de los datos adquiridos al admitir el cálculo en tiempo real a través de una interfaz de usuario de procesamiento de seno designado.
El Departamento de Ciencia y Tecnología Aeroespacial (DCTA), esta localizado en São José dos Campos – el mayor Complejo Aeroespacial en toda Latino América.
DCTA funciona como el centro de investigación militar nacional brasileño para la aviación y los vuelos espaciales y esta subordinado a la Fueza Aérea Brasileña (FAB) y coordina todas las actividades técnicas y científicas relacionadas con el sector aeroespacial que involucran intereses del Ministerio de Defensa.
Las pruebas tuvieron lugar en el Instituto de Aeronáutica del Espacio (IAE). Este instituto desarrolla y ejecuta proyectos en los sectores aeronáutico, del espacio aéreo y de defensa, y es co-responsable de la ejecución de la Misión Espacial Brasileña.
Video de presentación de procesamiento de Dewesoft Sine
El Problema
El cono de la nariz probado en esta prueba estructural particular juega un papel importante en las actividades de I+D realizadas para las misiones TEXUS, un programa de cohetes de sondeo o investigación, que sirve a los programas de microgravedad de la Agencia Espacial Europea (ESA) y del Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Centro Aeroespacial Alemán.
La parte IAE de las misiones TEXUS se centra principalmente en el desarrollo de los sistemas de lanzamiento destinados a facilitar la exploración de las propiedades y el comportamiento de materiales, productos químicos y sustancias biológicas en condiciones de ingravidez (microgravitación). Cada lanzamiento proporciona alrededor de seis minutos de microgravedad.
En este caso, la IAE necesitaba medir las frecuencias de resonancia de su punta de cohete para evitar la operación en estas frecuencias, lo que podría comprometer la integridad estructural y potencialmente causar fallas en la misión.
Necesitaban un sistema de adquisición de datos confiable capaz de rastrear y calcular el rango definido de respuestas y transferencia de funciones en tiempo real.
Procesamiento de seno y caso de prueba de reducción de seno
Procesamienro de seno es una herramienta para realizar pruebas estructurales en grandes estructuras. Tal enfoque de prueba se usa ampliamente para la validación y calificación del diseño en la industria aeroespacial, y típicamente, se requieren cientos de canales de entrada.
Por definición, no hay margen de error, todas las estructuras utilizadas durante una misión deben ser cuidadosamente probadas de antemano para garantizar un funcionamiento adecuado y una integridad estructural sin compromisos.
La evaluación de estructuras tan grandes se realiza excitándolas con un barrido de frecuencias individuales en un agitador. La prueba de vibración de barrido sinusoidal atraviesa o barre de baja a alta frecuencia o viceversa. Se utiliza para identificar resonancias dentro del rango del barrido comparando las vibraciones de respuesta del producto con las vibraciones en la mesa del agitador.
Como resultado deseado, el procesamiento sinusoidal devuelve lo siguiente:
frecuencias de resonancia estructural,
amplitudes,
fase,
distorsión total de hermónicos (THD) de respuesta y también
funciones de transferencia entre puntos de excitación y respuesta.
Para evaluar la estructura bajo prueba en el dominio de la frecuencia, es importante extraer con precisión estos parámetros de la señal sinusoidal.
El Procesamiento de Seno utiliza una señal del Adaptador de nivel de salida constante (COLA) para calcular la frecuencia instantánea y luego extrae la amplitud y la fase de los acelerómetros a esa frecuencia. La salida de señal COLA sincroniza el sistema de control del agitador con el sistema DAQ.
En IAE / DCTA, se utilizó el software de adquisición de datos Dewesoft X, con el complemento de procesamiento senoidal y el sistema de adquisición de datos SIRIUS para la adquisición de datos.
La prueba de procesamiento sinusoidal se ejecuta sincronizando el sistema de adquisición de datos Dewesoft con el controlador del shaker (tercero). La herramienta de procesamiento de seno de Dewesoft realiza uno de los dos métodos de detección de frecuencia:
Las señales adquiridas de acelerómetros colocados en la punta del cohete se miden junto con la frecuencia de barrido que se detecta a partir de la señal COLA. Luego se calculan en tiempo real para proporcionar información detallada sobre la respuesta de la estructura a la excitación.
Configuración de prueba y medición
Para garantizar resultados relevantes para el cliente, era importante realizar una prueba de barrido sinusoidal de 25-1000Hz, que es el rango de frecuencia típico de vibración que sufrirá un cono de punta de cohete durante el transporte, el lanzamiento y el vuelo.
Para la adquisición de datos, estábamos usando un sistema con dos módulos SIRIUSi-HD-16xACC. El sistema DAQ ofreció 32 entradas de acelerómetro IEPE en total. El mismo sistema DAQ también permite que IAE / DCTA realice otras tareas de medición y también ofrece una manera fácil de extender el recuento de canales de entrada. Se pueden agregar fácilmente entradas adicionales como IEPE, voltaje, temperatura, galgas extensométricas y otras para formar un sistema de conteo de canales altos cuando sea necesario.
Para mostrar la verdadera potencia de la solución de procesamiento sinusoidal Dewesoft, también realizamos análisis de 1/3 de octava y FFT real con una resolución de 4096 líneas (la resolución de línea seleccionable permite hasta 64,000 líneas) simultáneamente con el procesamiento sinusoidal en los 31 canales. La única excepción fue el canal de entrada utilizado para la señal COLA del controlador del shaker.
El procesamiento sinusoidal en sí se ejecuta dentro del software Dewesoft X DAQ, incluida la capacidad de conectarse y medir otros parámetros útiles, como las condiciones ambientales de la prueba o incluir video de alta velocidad para observar cómo se mueve el DUT durante la prueba.
Se fijaron 8 acelerómetros triaxiales a la estructura del cono de la nariz (dimensiones exteriores fi 874 mm x 1830 mm) en configuración para obtener los mejores resultados deseados posibles.
Para la prueba, estábamos usando cinco acelerómetros triaxiales Brüel & Kjaer y tres acelerómetros de PCB. Se colocaron siete acelerómetros junto con la forma de la estructura, y sirviendo como referencia se colocó un acelerómetro triaxial de PCB en el adaptador que une el cono de la nariz a la mesa del shaker.
Se usó una entrada analógica en nuestros dos SIRIUSi-HD-16xACC para conectar la señal de voltaje COLA para la detección de frecuencia del barrido transmitido desde el controlador del agitador al agitador y excitar la estructura.
Los sistemas SIRIUS DAQ También incluye dos tecnologías muy importantes que llevan las mediciones y la adquisición de datos al siguiente nivel:
DualCoreADC
Aislamiento Galvánico
DualCoreADC - High Dynamic DAQ
Los amplificadores SIRIUS DAQ utilizan dos convertidores AD de 24 bits para el acondicionamiento de señal. El SIRIUS está logrando un sorprendente rango dinámico de 160 dB en el dominio del tiempo y la frecuencia con una frecuencia de muestreo de 200 kHz por canal.
Aislamiento Galvánico
El sistema DAQ también ofrece un alto aislamiento de canal a canal y de canal a tierra que evita el ruido no deseado, ofrece la mejor calidad de señal y evita daños a los sistemas debido a un voltaje excesivo y evita bucles a tierra.
El dispositivo bajo prueba se excitó en la dirección del movimiento del shaker y nuestro sistema de coordenadas se colocó correspondientemente para que el eje y estuviera alineado con el eje de excitación.
IAE / DCTA ya estaba usando un sistema designado para las pruebas y manejaba todos los cálculos de la función de transferencia en el procesamiento posterior. El complemento de procesamiento de seno de Dewesoft puede manejar el cálculo de funciones de transferencia, fase, RMS, Peak y muchos otros parámetros en tiempo real.
Conclusión
La solución de procesamiento sinusoidal Dewesoft junto con el poderoso sistema de adquisición de datos SIRIUS es capaz de realizar pruebas de grandes estructuras en tiempo real en un número ilimitado de canales.
Los cálculos adicionales, no seleccionados para realizarse en tiempo real, se pueden realizar en el análisis posterior utilizando los datos del dominio del tiempo que se almacenaron durante la medición.
El Ingeniero de pruebas del IAE, Domingos Strafacci concluyó:
El sistema es realmente fácil de usar y configurar. Nos ahorrará mucho tiempo al realizar este tipo de pruebas estructurales cruciales.
La medición que tuvo lugar, en este caso, solo estaba usando uno de los muchos nodos que de lo contrario estarían construyendo un sistema más grande. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que, independientemente del número de canales, las propiedades operativas del sistema permanecerán sin cambios.
Como las actividades de investigación y desarrollo de DCTA consisten en muchos proyectos diferentes, pueden beneficiarse enormemente de las ventajas de las pruebas estructurales y la flexibilidad del sistema Dewesoft, que se puede utilizar para realizar muchas tareas, como la adquisición de vibración de datos de la carretera y el seguimiento GPS del ruta, análisis modal en el ala de un avión o medición de SRS durante la prueba de separación de etapas de cohetes.
El Líder de pruebas dinámicas en el IAE, Dr. Edilson Camargo dijo:
Como este sistema es muy flexible, nos permitirá abordar una variedad de nuestras tareas de medición diarias, no solo el procesamiento sinusoidal. A través de esto, podremos optimizar nuestros gastos.