Opanowanie aerodynamiki

Opanowanie aerodynamiki

Testy w tunelu aerodynamicznym z wykorzystaniem HBM: najlepsza w klasie dokładność i precyzja

Efektywność i osiągi to kluczowe aspekty dla statków powietrznych i kosmicznych. Inżynierowie wykorzystują materiały i konstrukcje do granic ich fizycznych możliwości, aby uzyskać nawet najmniejszą poprawę. Również w przypadku samochodów, pociągów, a nawet sprzętu sportowego, zrozumienie i optymalizacja właściwości aerodynamicznych w różnych warunkach przepływu ma ogromne znaczenie. Tutaj najbardziej liczy się najwyższa dokładność i precyzja.

Testowanie rozpoczyna się wirtualnie na komputerze. Symulacje te odgrywają kluczową rolę w osiąganiu pożądanych rezultatów. W przypadku aerodynamiki modele utworzone za pomocą metody objętości skończonej (FVM) przechodzą przez obliczeniową dynamikę płynów (CFD) symulując różne warunki testowe.
Jednak symulacje nie mogą skutecznie objąć wszystkich przypadków. Wyniki należy zweryfikować za pomocą testów fizycznych, aby zwiększyć pewność i integralność danych. Dlatego testy w tunelu aerodynamicznym pozostają ważną częścią wielu programów rozwojowych.
Potrzeba w pełni zsynchronizowanych pomiarów odpowiednich wielkości fizycznych, takich jak siły, momenty, odkształcenia, przyspieszenia, ciśnienia i temperatury wymaga dokładnych czujników, ale także wysokowydajnych systemów DAQ i oprogramowania.

Zobacz, jak nasz klient RUAG polega na rozwiązaniach HBM, aby zaspokoić potrzeby pomiarowe w swoich tunelach aerodynamicznych.

Eksperymentalne testy w tunelu aerodynamicznym dostarczają inżynierowi aerodynamiki danych niezbędnych do zaprojektowania i oceny właściwości aerodynamicznych badanego obiektu. Testy przeprowadza się na pomniejszonym, ale niezwykle realistycznym modelu samolotu, budynku i pojazdu lub na pełnowymiarowym obiekcie (sportowcy i samochody/pojazdy).
RUAG Schweiz w Emmen prowadzi kilka tuneli aerodynamicznych, w których dane pomiarowe są rejestrowane, przetwarzane i oceniane z najwyższą precyzją.

Testy w tunelu aerodynamicznym z realistycznymi wynikami
Zakres badań w tunelu aerodynamicznym wykonywanych w RUAG jest bardzo duży, a wymagania w zakresie pomiarów i akwizycji danych są zróżnicowane. W najprostszym przypadku klient jest zainteresowany jedynie obserwacją badanego obiektu, podczas wystawienia go na działanie wiatru, np. parasol. W takim przypadku wystarczy znać jedynie prędkość wiatru.
Generalnie testy są bardziej złożone, a modele tunelu aerodynamicznego wyposażone są w szereg czujników służących do uzyskiwania danych ilościowych dotyczących obciążeń i ciśnień działających na obiekt. Model tunelu aerodynamicznego LOSITA, zbudowany i przetestowany w ramach Europejskiej Inicjatywy Clean Sky 2, jest przykładem złożonego testu w tunelu aerodynamicznym, który stawia wysokie wymagania w zakresie gromadzenia danych. LOSITA otrzymała dofinansowanie z unijnego programu badań i innowacji Horyzont 2020 w ramach umów o dotację CS-GA-2013-01-LOSITA-620108.


Model wyposażony jest w sześcioskładnikowy czujnik RUAG, aby uzyskać wypadkowe siły i momenty działające na samolot. 
Samolot jest napędzany przez dwie potężne turbiny śmigłowe zamontowane na skrzydłach. 
Śmigła będą miały znaczący wpływ na przepływ powietrza wokół skrzydła i dlatego muszą być wbudowane w model tunelu aerodynamicznego. Siły działające na śmigła są mierzone za pomocą dodatkowych 6-komponentowych czujników zainstalowanych w piastach śmigieł.
Z tych wartości wypadkowych sił aerodynamik wydobywa informacje o osiągach samolotu, ale także o jego stabilności i sterowalności.

Model tunelu aerodynamicznego LOSITA w firmie RUAG.

Inżynierowie konstrukcji mogą być bardziej zainteresowani uzyskaniem obciążeń aerodynamicznych niektórych elementów samolotu. Takie dane pochodzą z pomiarów ciśnienia w różnych miejscach modelu. W tym celu model LOSITA został wyposażony w ponad 700 czujników ciśnienia. Alternatywnym lub uzupełniającym podejściem jest użycie czujników tensometrycznych zaprojektowanych specjalnie do pomiaru, na przykład, sił na pojedynczej powierzchni sterującej.

Oprócz pomiarów "klienta", kilka czujników jest używanych do kontroli i monitorowania testu oraz modelu, takich jak akcelerometry, czujniki obrotów, czujniki położenia i temperatury. Różne cele każdej kampanii testowej w tunelu aerodynamicznym i wynikająca z tego różnorodność rozmieszczonych czujników stawiają bardzo wysokie wymagania co do elastyczności systemu akwizycji danych. Oprzyrządowanie, a zwłaszcza przetworniki wieloskładnikowe, muszą spełniać bardzo rygorystyczne wymagania klientów, jeśli chodzi o dokładność i powtarzalność.

Systemy DMP / MGCplus są wykorzystywane w tunelach aerodynamicznych RUAG, jak również do kalibracji używanych przetworników od ponad 10 lat. Pierwotnie określone wymagania dotyczące dokładności, rozdzielczości, powtarzalności i dostępności są nadal spełniane lub obecnie przekraczane. Okresowe kalibracje również wykazują doskonałą długoterminową stabilność. Uzyskane wyniki pomiarów służyły i nadal służą naszym klientom jako potwierdzenie lub cenny wkład w dalsze udoskonalanie ich produktów.

Przetworniki w tunelu aerodynamicznym

Sześciokomponentowy przetwornik ma za zadanie mierzyć jednocześnie trzy prostopadle ustawione siły i momenty przy jak najmniejszej możliwej wzajemnej interferencji. 
W lotnictwie są to siła nośna / normalna (Z), opór / siła osiowa (X) i siła boczna (Y) oraz momenty wokół osi przechyłu (L), pułapu (M) i kursu (N).






Przetwornik RUAG używany w tunelu aerodynamicznym oparty na technologii tensometrycznej.

Przetwornik RUAG składa się z dwóch połówek: części ziemnej/niepomiarowej i części pomiarowej.
  • Połówka niepomiarowa: jest przymocowana do solidnej konstrukcji, np. podłoża lub podpory, która wyznacza położenie modelu w tunelu aerodynamicznym.
  • Połówka pomiarowa: jest przymocowana do mierzonego obiektu, tj. modelu samochodu lub samolotu.
Poprzez cięgna i elementy pomiarowe z bardzo precyzyjnymi tensometrami, naprężenia mechaniczne są rejestrowane elektrycznie i przekształcane w jednostki fizyczne dzięki wcześniejszej kalibracji.

Precyzja i zapewnienie jakości: pomiary i kalibracja

Coroczne kalibracje, zgodne z normami krajowymi, są wymagane w celu zapewnienia jakości ISO 9001. 
Dotyczy to zastosowanych systemów MGCplus oraz wieloskładnikowych przetworników RUAG.

W tym celu opracowano system kalibracji, za pomocą którego można sprawdzić i skalibrować wszystkie kanały MGCplus. 
Do kalibracji przetworników używany jest wzmacniacz DMP40 firmy HBM, który spełnia najwyższe wymagania.







Integracja z systemem akwizycji danych MGCplus System kalibracji z układem HBM DMP40.