CNR-INM - Test e simulazione nel settore marino

Mi piace molto visitare questo luogo, per i più noto come la Vasca Navale Italiana. Tra le enormi vasche, i grandi banchi prova, i laboratori, ed il lago si ha un mix di teoria ingegneristica e sperimentazione pratica.

Qui, in periferia sud-occidentale di Roma, ricercatori, ingegneri e tecnici svolgono ricerche numeriche e sperimentali sull'idrodinamica navale e di ingegneria navale. Eseguono test su nuove navi, dispositivi di energia rinnovabile, eliche, ecc. Tutto questo, per assicurare un trasporto marittimo efficiente e sicuro e per minimizzare i rischi per gli equipaggi e gli scafi.

L'Istituto di Ingegneria del Mare (precedentemente Istituto Nazionale per Studi ed Esperienze di Architettura Navale INSEAN) è un istituto del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR).

Il loro lavoro spesso parte da un modello numerico. Da questo, il personale altamente qualificato, è in grado di calcolare modelli molto complessi utilizzando il software avanzato di simulazione per poi passare all'acquisizione, registrazione e analisi dei dati, utilizzando DewesoftX.

In alcuni casi, i ricercatori sono chiamati a mettere a punto software di simulazione verificando la corrispondenza corretta tra modelli matematici e test nel mondo reale.

Il team ha molteplici conoscenze e capacità, tali da consentire di gestire internamente produzioni meccaniche complesse. Al CNR-INM sono in grado di modellare legno, metalli e polimeri anche utilizzando le più recenti tecnologie di produzione additiva e di riunire tutte le parti in modelli funzionali da testare.

La struttura del modello viene normalmente verificata nel nostro laboratorio utilizzando tecniche di analisi modale prima di eseguire la prova in vasca.

Quindi il modello viene dotato di vari tipi di trasduttori altamente sofisticati, ad es. celle di carico a 6 assi, accelerometri, unità inerziali, posizione ottica dello scafo 6DOF e sistema di misurazione dell'orientamento.

Il responsabile del Laboratorio di Metrologia, Roberto Basti, e il suo team sono incaricati di garantire la qualità della misura in questi scenari così complessi:

Ogni volta gli esperimenti hanno una configurazione diversa ed è sempre una sfida per noi. Una sfida che ci piace affrontare e vincere.

Ci siamo conosciuti la prima volta più di dieci anni fa. A quel tempo utilizzavano diversi strumenti di misura, molti dei quali sviluppati internamente da vari gruppi di ricerca. Ogni strumento era progettato e costruito in base ad esigenze specifiche.

Sviluppare strumenti personalizzati può essere molto interessante per i ricercatori, ma non è un approccio molto efficiente in una visione a lungo termine del istituto.

Può capitare che i ricercatori vadano a lavorare in altre realtà ed in quei casì portano via conoscenze specifiche. I sistemi fatti in casa, non sono mai completamente testati, rimangono sempre in una fase prototipale e vengono continuamente sviluppati e modificati. 

Un sistema di acquisizione dati (DAQ) per tutte le applicazioni

Il direttore tecnico cercava una nuova soluzione per l'acquisizione dati utilizzabile nella maggior parte delle applicazioni del centro di ricerca.

Una nuova tecnologia industriale con elevate prestazioni di misura da utilizzare sia in laboratorio che sul campo, in grado di offrire affidabilità in ambienti difficili, con prestazioni adeguate sia per la dinamica dello scafo che per applicazioni NVH, compatta e leggera visto che, normalmente, vengono testati modelli in scala e si deve tener conto del bilanciamento delle masse in acqua.
 
In quell'occasione proponemmo il pluripremiato sistema di acquisizione dati DEWE-43 e loro, semplicemente, se ne innamorarono. Il DEWE-43 pesa 800g ed è abbastanza piccolo da stare in una mano. Lo strumento non è solo resistente ma anche leggero per la massima portabilità. Ogni unità è realizzata da un solido blocco di alluminio. DEWE-43 è la soluzione ideale per varie applicazioni dinamiche di acquisizione dati, anche per i test di misura più impegnativi. E' come un coltellino svizzero per gli ingegneri di test.
 
Questo hardware di acquisizione dati può acquisire diversi segnali analogici, CAN, counter, encoder e digitali. Inoltre con il nostro software DewesoftX, è facile acquisire e combinare dati da interfacce aggiuntive come GPS, Flexray, Ethernet, Seriali, telemetria PCM, e molte altre. Anche se ogni origine dati può avere frequenze di campionamento diverse, tutti i dati sono perfettamente sincronizzati al microsecondo.

Grazie all'eccellente flessibilità del software DewesoftX, al CNR-INM sono stati in grado di utilizzare questi sistemi praticamente in tutte le applicazioni tipiche senza rimpiangere i sistemi proprietari

Tecnologia TEDS per autoriconoscimento dei sensori

Il nostro lavoro è cambiato da quando siamo venuti a conoscenza della tecnologia TEDS. Eravamo abituati a fornire i dati di calibrazione agli ingegneri sul campo prima di eseguire la misura, ma ora possiamo facilmente salvare questi dati direttamente in ogni sensore in modo che gli ingegneri possono concentrarsi sui test senza preoccuparsi dei parametri di calibrazione. Questa funzionalità ci piace così tanto che praticamente abbiamo installato il chip TEDS su ogni sensore che abbiamo.

Le strutture di test

Mi piace gironzolare per questo centro prova, è semplicemente affascinante.

La vasca di test più grande è lunga 500m. E' così lunga che è stato necessario costruirla seguendo la curvatura terrestre - come farebbe la superficie dell'acqua - e non piatta per evitare l'offset di altezza dei modelli durante la prova (circa 18 cm). La seconda vasca è lunga circa 220m e può generare onde controllate per analizzare il comportamento dello scafo a diversi livelli di forza del mare.

Strutture più piccole per la ricerca di base (turbolenza, riduzione della resistenza, cedimenti, frangiflutti, onde interne) sono in qualche modo oscurate da queste grandi strutture, ma non per questo meno interessanti.

Tra gli altri, c'è anche il canale idraulico per le misure con superficie libera. Si tratta di una struttura abbastanza nuova che è entrata in servizio nel 2002 e viene utilizzata per esperimenti di base sulla fluidodinamica. È lungo 27 m, con una sezione di 0,6 m 0,6 m.

In queste strutture vengono effettuati regolarmente numerosi test ed il sistema DAQ DEWE-43 è sempre a bordo.

Non tutti i test possono essere eseguiti all'interno di centro prove, per questo motivo il l'istituto esegue test anche in un lago vulcanico molto tranquillo a sud di Roma (Lago di Nemi).

Il lago si trova in un cratere vulcanico e quindi circondato da colline. È uno scenario perfetto per testare gli scafi in scala 1:1. L'assenza di vento e onde rende il luogo ideale per i test di manovrabilità mentre la forma del fondo del lago e la distanza dalle aree urbane offrono un ambiente a basso rumore, soprattutto sott'acqua.

Negli anni abbiamo portato avanti diversi progetti stimolanti per misurare il rumore subacqueo e il comfort degli scafi, ma siamo giunti ad un punto in cui per queste applicazioni, il sistema di acquisizione dati DEWE-43 non era più sufficiente. E' per soddisfare le nuove esigenze che Dewesoft ha quindi messo in campo il top di gamma, mostrando tutta la potenza di cui è capace.

Il CNR-INM ha acquisito la tecnologia SIRIUS DAQ, USB ed EtherCAT versatile, progettata per essere flessibile, modulare, espandibile e sicura. L' obiettivo principale dello sviluppo di SIRIUS era quello di creare un dispositivo semplice da usare ed in grado di prevenire i frequenti errori che possono riscontrarsi durante il processo di misura.
 
Il sistema modulare DAQ SIRIUS è disponibile in moduli che possono essere utilizzati come sistemi DAQ singoli oppure impilati con un semplice meccanismo a clic e collegati in serie per ottenere un sistema di misura con più canali. I sistemi di acquisizione dati SIRIUS offrono possibilità di configurazione praticamente illimitate. I moduli sono disponibili in configurazione da 1 a 16 canali analogici e possono essere collegate tra loro per estendere il numero dei canali complessivi. Una vasta gamma di amplificatori analogici, inoltre, consente la connessione praticamente con qualsiasi sensore.
 
La tecnologia DualCoreADC® risolve spesso i problemi con la misura del segnale - saturazione del canale, rumore e frequenze artificiali nel segnale causati da aliasing. Con questa tecnologia, SIRIUS raggiunge un rapporto segnale / rumore di oltre 130 dB e ben 160 dB in range dinamico.

L' hardware di aquisizione SIRIUS è in grado di leggere segnali diversi come tensione, deformazione, ICP / IEPE, carica, CAN, counter ed encoder con la tecnologia SuperCounter® , e digitali. Inoltre con il nostro software DewesoftX, è facile acquisire e combinare dati da interfacce aggiuntive come GPS, Flexray, Ethernet, Seriali, telemetria PCM, e molte altre. 

I sistemi DAQ SIRIUS hanno introdotto nel mercato il miglior rapporto segnale-rumore e l'integrazione con tutti i tipi di dispositivi. Abbiamo integrato perfino una una boa marina progettata e realizzata su misura da LEANE International in cooperazione con CNR-INM, in grado di misurare i movimenti della superficie dell'acqua da correlare in modo sincrono alle misure effettuate su una imbarcazione.

Utilizzando questa complessa combinazione di sistemi Dewesoft e componenti personalizzati, CNR-INM è stato in grado di correlare il rumore e le vibrazioni dell'imbarcazione generati dal motore in relazione alla forza del mare, inoltre sono state eseguite ulteriori analisi del rumore subacqueo e sono stati studiati specifici isolamenti per ridurre le frequenze tipicamente nocive alle balene.

Adoriamo quando i sistemi Dewesoft danno un contributo chiave per migliorare l'ambiente. Con la nostra tecnologia il CNR-INM ha acquisito nuove capacità e siamo sicuri che in futuro potrà raggiungere risultati sempre più importanti.