MÁSTER DE ENSAYOS EN VUELO Y CERTIFICACIÓN N DE AERONAVES

Transcripción

1 () MÁSTER DE ENSAYOS EN VUELO Y CERTIFICACIÓN N DE AERONAVES (Curso 2008/09)

2 () Aeroelasticidad y dinámica estructural en la industria Ensayos de vibración en tierra (GVT) Ensayos de flameo en vuelo (FFT) Otros ensayos

3 () Cuando hablamos de aeroelasticidad y dinámica estructural? Cuando en el fenómeno la flexibilidad de la estructura es importante. El objetivo de la industria es CERTIFICAR AVIONES Se consigue mediante una combinación de análisis y ensayos. El Primer objetivo de los ensayos es: VALIDAR EL MODELO DE SIMULACIÓN NUMÉRICA.

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9 () El objetivo principal es determinar la región de seguridad en vuelo Mediante ensayo directo y validando un modelo numérico. Los elementos comunes a todo ensayo dinámico son: La fuerza de excitación. El espécimen a ensayar. Los captadores de la respuesta del espécimen. El análisis de la señal de los captadores. El pos-proceso combinado de la señal de todos los los captadores. Limitaciones del método experimental Incertidumbres sobre el estado del espécimen. Errores de instrumentación o de medida... Fallos en los equipos...

10 () El ensayo de vibración en tierra sirve para determinar experimentalmente los modos propios de la estructura (su frecuencia y su forma modal) Se suelen ensayar varias configuraciones másicas Además puede determinarse experimentalmente (aunque con poca precisión): El amortiguamiento modal La masa modal El objetivo principal es validar el modelo dinámico de la estructura que es un modelo completo de elementos finitos que representa la geometría, rigideces y masas del avión real.

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12 () STRUCTURAL MODEL MASS MODEL GROUND RESONANCE TEST DYNAMIC MODEL ANALYTICAL NORMAL MODES EXPERIMENTAL NORMAL MODES MODAL ASSURANCE CRITERION (MAC 1) THEORETICAL/EXPERIMENTAL MODE SHAPES THEORETICAL/EXPERIMENTAL NATURAL FREQUENCIES. (Δ < 10%) DYNAMIC MODEL UPDATING NO GOOD COMPARISON YES DYNAMIC MODEL VALIDATED

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21 () Análisis modal Métodos de realizar los ensayos: Método de la resonancia de fase. Es el método usado comúnmente por los fabricantes de aviones europeos para determinar los parámetros modales. Con un barrido de frecuencia variable, se determina cuándo la respuesta dinámica tiene un desfase de 90 grados con la excitación. Es exacto pero requiere de mucha experiencia previa, más equipo (sobre todo excitadores), es relativamente lento y presenta dificultades en la identificación de modos próximos en frecuencia, modos muy amortiguados y no linealidades.

22 () Identificación en el dominio de la frecuencia. (70 s) Se determina la función de transferencia entre la excitación y la respuesta (FFT). Mediante técnicas de ajuste de curvas se obtiene una aproximación a la FT de la que se extraen los parámetros modales. Es relativamente rápido, exacto en cuanto a frecuencias y formas modales, menos preciso en cuanto a amortiguamientos y masa modal.necesita moderada experiencia previa y menos equipo (excitadores). Mismos problemas que el método anterior con altas densidades modales y no linealidades. Identificación en el dominio del tiempo (Ibrahim) (80 s) La señal se ajusta directamente en el dominio del tiempo. A pesar de ser el más moderno y prometedor, todavía requiere de más evaluación para su aplicación industrial.

23 () 25 GVT vs THEORETICAL COMPARISON S1-UP02 EMPTY FUEL 20 (A) HTP chordwise (A) O/B wing chordwise GVT FREQUENCY (Hz) (A) Rear fuse. torsion (S) 1 st wing bend. (S) HTP bending (A) Elevator rotation (A) Fuselage TY (A) Engine-truss pitch (S) Engine-truss pitch (A) HTP roll (A) Scissors mode wing-fuse. (S) Fuselage bending 3 NL (A) Fuselage torsion (S) Fuselage bending (A) Wing bending 3 NL (A) VTP bending (S) Wing chordwise (S) HTP & Elevator 1NL (S) Aileron rotation (S) Wing bending 4 NL THEORETICAL FREQUENCY (Hz)

24 () Los ensayos de flameo en vuelo se realizan para determinar la evolución de la frecuencia y el amortiguamiento de los modos propios con la velocidad de vuelo. El principal objetivo es validar el modelo aeroelástico del avión El modelo aeroelástico está formado por el modelo dinámico estructural, el modelo de aerodinámica no estacionaria y el acoplamiento entre ambos modelos. Este ensayo vuelve a tener todos los elementos comunes a todo ensayo dinámico: La fuerza de excitación. El espécimen a ensayar. Los captadores de la respuesta del espécimen. El análisis de la señal de los captadores. El pos-proceso combinado de la señal de todos los los captadores.

25 () Métodos de excitación Pulsos en las superficies de control Oscilaciones en las superficies de control Thursters Masas móviles (inercia) Dispositivos aerodinámicos (aerodynamic vanes)

26 () Masas móviles (inercia)

27 () Dispositivos aerodinámicos (aerodynamic vanes)

28 () Dispositivos aerodinámicos (aerodynamic vanes)

29 () Dispositivos aerodinámicos (aerodynamic vanes)

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32 () Procedimiento

33 () Procedimiento

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40 () Ensayos de lanzamiento de cargas Ensayos de aterrizaje dinámico Ensayos de rodadura en pistas no preparadas Ensayos de vibración ambiental, acústica y disparo de cañón Ensayos de ruido interior Ensayos de impacto y crashworthiness

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43 () Se realizan para determinar experimentalmente los niveles de vibración a los que van a estar sometidos los equipos de aviónica. En ocasiones también para la propia estructura: Fatiga acústica de las quillas que separan los motores Deflagración por disparo de cañón en la zona circundante al mismo.

44 () ACCELEROMETERS MAP

45 () Drop Test of B737 Fuselage Section 30-ft/s vertical drop test was carried out at the FAA Objective evaluate structural integrity of auxiliary fuel tank mounted beneath the floor determine its effect on impact response of airframe and occupants Auxiliary fuel tank

46 () Drop Test of B737 Fuselage Section

47 () Comparison of Predicted and Actual Crash Scenario Time = 0.02 s Time = 0.04 s Time = 0.06 s

48 () outer skin frames and floor beams door and stringer beams floor and floor beams Auxiliary fuel tank and support beams

49 () Drop Test of B737 Fuselage Section

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51 () La aeroelasticidad y la dinámica estructural sigue siendo un área de plena vigencia en la industria aeronáutica actual. El interés de la industria se centra en la certificación de aviones, lo que se logra por una combinación de análisis y ensayos. El principal objetivo de los ensayos es la validación de un modelo numérico. En todo ensayo dinámico, distinguimos: La fuerza de excitación. El espécimen a ensayar. Los captadores de la respuesta del espécimen. El análisis de la señal de los captadores. El pos-proceso combinado de la señal de todos los los captadores.