Tańsze, bardziej ekologiczne i bezpieczniejsze statki powietrzne dzięki nowemu podejściu do testów strukturalnych
W ramach finansowanego przez UE projektu TEST-inn opracowano alternatywną metodę przeprowadzania tradycyjnych eksperymentalnych testów strukturalnych, wykorzystywaną do pomiaru sztywności układu hybrydowego sterowania przepływem laminarnym (HLFC) przy wyginaniu i zginaniu. Naukowcy zastąpili tradycyjne oprzyrządowanie do mierzenia przesunięcia, w tym czujniki stykowe i tensometry, nowymi rozwiązaniami. Celem projektu było opracowanie innowacyjnego systemu monitorowania do użytku w trakcie testów strukturalnych, który wykrywałby i lokalizował powstające dopiero uszkodzenia, a ponadto służyłby do jakościowej i ilościowej analizy zdarzeń powodujących naprężenia i odkształcenia, takich jak nadmierne obciążenie, pojawienie się usterki czy nawet powiększanie się jej. Opracowane rozwiązanie pozwala kontrolować proces powstawania uszkodzeń, zapewniając skuteczność i wysoką dokładność testów, co przekłada się na redukcję kosztów, czasu i ryzyka związanych z przygotowaniem produktu. Partnerzy uczestniczący w projekcie zaprojektowali innowacyjny system monitorowania i przykładania obciążenia, który służy do weryfikacji i sprawdzenia prawidłowości układu HLFC, czyli elementu wbudowanego w statecznik ogonowy komercyjnych statków powietrznych. „Technologia ta wykorzystuje niewielką ilości powietrza znajdującego się przy powierzchni samolotu do zredukowania oporu, dzięki czemu samolot zużywa o 30 % mniej paliwa”, wyjaśnia koordynator projektu Javier Zurbitu.
Nowe podejście
Za pomocą stanowiska badawczego wyposażonego w najnowocześniejszy system przykładania obciążenia i innowacyjne systemy monitorowania zademonstrowano sztywność różnych konfiguracji krawędzi natarcia z układem HLFC przy wyginaniu i zaginaniu. Wymagało to wykorzystania czujników do monitorowania stanu struktury, które pozwoliłyby na przeprowadzenie jakościowej i ilościowej analizy zdarzeń powodujących naprężenia i odkształcenia podczas testów strukturalnych. Zastosowane innowacyjne metody monitorowania obejmowały między innymi technologię morfingu stopów z pamięcią kształtu (SMA), która, inaczej niż klasyczne systemy przykładania obciążenia, wykorzystuje unikalne właściwości metali SMA do kontrolowania odkształceń. Technologia oparta na emisji akustycznej posłużyła w czasie testów do wykrycia pierwszych uszkodzeń i ich lokalizacji. Cyfrowa korelacja obrazu, czyli trójwymiarowa, bezkontaktowa technika optyczna do pomiaru konturów i odkształceń, została wykorzystana do badania obciążeń rozciągającego, skręcającego, zginającego i łącznego w warunkach statycznych i dynamicznych. Technologia rozproszonego wykrywania oparta na modelu rozpraszania Rayleigha dla światłowodów (FORS) pozwoliła na przeprowadzenie wielu pomiarów naprężenia, które wykonano w milimetrowej rozdzielczości przestrzennej wzdłuż światłowodów. Dzięki temu możliwe było utworzenie modeli strukturalnych do sprawdzenia w warunkach różnego obciążenia, a zwłaszcza w obszarach o dużej koncentracji naprężeń. „Metoda FORS przydaje się do ciągłego monitorowania naprężeń w obszarach wewnętrznych lub w miejscach, których nie można łatwo zbadać przy użyciu innych technik”, wyjaśnia Zurbitu.
Duże oszczędności
Jednocześnie dzięki wykorzystaniu skanera laserowego partnerzy projektu błyskawicznie uzyskali trójwymiarowy cyfrowy model elementu, posługując się przy tym techniką bezkontaktowego pomiaru laserowego. Emisja akustyczna (AE) to zjawisko promieniowania fali akustycznej, które ma miejsce, gdy wewnętrzna struktura materiału ulegnie nieodwracalnemu uszkodzeniu. Monitorowanie fali AE za pomocą czujników umieszczonych na powierzchni konstrukcji pozwala na wykrywanie, lokalizowanie i identyfikowanie powstających uszkodzeń. Zurbitu zauważa: „Można to wykorzystać do wykrywania słabych punktów konstrukcji i uszkodzeń dużo wcześniej niż w przypadku konwencjonalnych technologii”. TEST-inn zapewnia w ten sposób skuteczne, dokładne testowanie zintegrowanych prototypów , a także skuteczniejsze wykrywanie i określanie stopnia zlokalizowanych naprężeń przy użyciu tych nowych technologii. „Pomoże to w ograniczeniu czasu potrzebnego na przygotowanie produktu (kosztu jednorazowego), a także związanych z tym zagrożeń i wydatków. Zaproponowana konfiguracja testowa i nowe technologie zredukują liczbę testów potrzebnych do przygotowania nowego produktu o 33 %, a koszty stałe o 25 %”, podsumowuje Zurbitu.
Słowa kluczowe
TEST-inn, układ hybrydowego sterowania przepływem laminarnym, stanowisko badawcze, stopy z pamięcią kształtu, SMA, rozpraszanie Rayleigha w światłowodzie, emisja akustyczna, skaning laserowy, monitorowanie obciążeń
