Modifica del carico utile dell'ala dell'aeromobile

RMC Engineering, Turchia

Una compagnia aerea che opera in Turchia voleva innalzare i carichi utili delle ali senza influire drasticamente sulla struttura. Qualsiasi aeromobile è infatti progettato per una specifica velocità di volo che è limitata dai fenomeni di risonanza strutturale delle ali. Pertanto, tutto ciò che influenza le frequenze naturali dell'ala rischia potenzialmente di ridurre la velocità di crociera e quindi l'inviluppo di volo. Questa situazione non è desiderata dagli operatori aerei in quanto riducendo la velocità di crociera verrebbero ad aumentare i costi operativi e aumenterebbe la durata del volo.

A tale scopo un operatore aereo locale ha richiesto un test modale di un'ala di aereo in outsourcing a RMC Engineering a causa della mancanza di una struttura di test proprietaria. L'inviluppo di volo della configurazione corrente era sconosciuto. Pertanto, è stato eseguito il test modale delle ali per la configurazione attuale e successivamente per quella modificata. Si trattava di un caso urgente, l'aereo sarebbe stato disponibile solo per un periodo di tempo di appena due giorni.

Prima di tutto, la pressione delle gomme dell'aeromobile è stata abbassata per avere condizioni al contorno dell'aeromobile simili al volo. I test dovevano essere eseguiti molto rapidamente limitando le analisi modali preliminari in loco alla convalida dei dati. L'intero processo di acquisizione dei dati ed eccitazione della struttura è stato completato con il sistema di acquisizione Dewesoft Sirius (Sirius HD e Sirius STG con uscite analogiche) e lo shaker modale Dewesoft MS-440 (forza 440 N). Tutto è stato possibile in breve tempo grazie alla facilità d'uso della combinazione hardware e software Dewesoft.

SIRIUS DAQ è un sistema di acquisizione dati USB ed EtherCAT progettato per essere flessibile, modulare, espandibile e sicuro. Questo dispositivo semplice da usare e previene errori frequenti durante il processo di configurazione e misura pur mantenendo possibilità di configurazione praticamente illimitate. Sono disponibili singoli moduli in configurazione da 1 a 16  canali analogici che possono essere collegati in cascata per creare sistemi con grande numero di canali. È disponibile una serie di diversi amplificatori analogici che danno la possibilità di collegare praticamente qualsiasi sensore.

Gli shaker modali consentono di effettuare il test modale di strutture grandi e complesse e ammettono l'uso di vari segnali di eccitazione. Gli shaker modali della serie Dewesoft sono leggeri e potenti, attuati elettromagneticamente, e possono arrivare fino a 15 kHz fornendo forzanti fino a 440 N con una corsa massima di 25 mm.

In questo caso, l'ala era dotata di numerosi accelerometri monoassiali - Dynalabs 3002DE - uno shaker modale era posizionato alla punta dell'ala. Come primo passo la struttura dell'ala è stata costruita geometricamente utilizzando l'apposito editor integrato nel software Dewesoft X. Quindi sono stati selezionati i punti di eccitazione e risposta sulla geometria 3D. Lo shaker modale ha fornito la forzante di input per la risposta di accelerazione misurata. 
Mentre i punti di misura venivano eccitati il software ha raccolto i dati degli accelerometri. L'ala è stata sollecitata con treni di vibrazioni casuali ripetute 50 volte, per consentire di mediare i dati acquisiti.

Le forme modali preliminari che sono state selezionate scegliendo i vari picchi delle funzioni di risposta in frequenza (FRF) sono state animate nel plugin di Test Modale Dewesoft X. Ciò ha fornito una rapida anteprima della qualità delle misure effettuate.

Il software di Test Modale è un plug-in Dewesoft. E' progettato per l'analisi ad es. strutture meccaniche o sistemi elettrici per determinare la caratteristica di trasferimento (ampiezza e fase) su un determinato intervallo di frequenze.

Il modulo di Test Modale è stato utilizzato anche per generare treni di segnali casuali allo shaker. I grafici FRF vengono calcolati automaticamente durante le misure, consentendo la visualizzazione della fase e della coerenza per ciascuna posizione di misura. La visualizzazione delle forme modali preliminari ha garantito la fiducia nella qualità delle misure mentre le analisi dettagliate sono state eseguite successivamente nella sede centrale di RMC.

Il modulo di test modale fa parte del pacchetto Dynamic Signal Analysis (DSA) insieme ad una gamma di altri moduli, ad es. Analisi Ordini e Bilanciamento di Rotori. Questo pacchetto se combinato agli strumenti più piccoli e maneggevoli, costituisce una valida soluzione portatile per il rilevamento dei guasti in campo.

I test modali e le analisi hanno messo in evidenza che l'operatore aereo poteva usare l'aeromobile con la modifica del carico utile voluta.

Il test modale di un'ala di un aeromobile richiede normalmente un lungo tempo di preparazione ed esecuzione (almeno 2 settimane). Tuttavia, la facilità d'uso del sistema di acquisizione dati Dewesoft con i suoi shaker modali ci ha permesso di completare la sfida in soli due giorni non disturbando l'operatività pianificata.