As plataformas de teste estrutural em escala natural que contam com esquemas de acionamento de acoplamento cruzado apresentam desafios exclusivos para os engenheiros de teste aeroespacial. Nestas configurações complexas, vários atuadores exercem diferentes forças na mesma porção de um produto em teste simultaneamente, aumentando o potencial de erros que podem comprometer os cronogramas de teste e atrasar os programas de desenvolvimento.
Uma ferramenta para reduzir estes erros, desta maneira, aprimorando a velocidade e eficiência do teste, é a C3 Performance, um serviço do software MTS AeroPro™ Control and Data Acquisition Conhecida também como C-cubed, a C3 Performance permite que as equipes de testo gerenciem esquemas de acionamento do acoplamento cruzado, sem ter que incluir tempo extra nos cronogramas de teste para resolver diversas interrupções e intertravamentos.
A técnica de compensação de acoplamento cruzado C3 Performance foi codesenvolvida por especialistas do National Research Council of Canada (NRC) e da MTS Systems Corporation. Hoje, ela é uma parte padrão do protocolo de testes do NRC, laboratório de teste estrutural em escala natural do Canadá, onde Andre Beltempo trabalha como um engenheiro de teste estrutural.
"Normalmente, usamos a C-cubed em todos os testes", explica Beltempo. "Com testes de fadiga em escala natural, você observa uma interação muito complexa do atuador. E é exatamente por isso que precisamos dela".
Recentemente, a equipe de Beltempo usou o C3 Performance durante uma demonstração tecnológica para um grande fabricante de helicópteros. O teste de fadiga e estática focou no composto do estabilizador da cauda, fabricado usando técnicas avançadas de fabricação. Os testes eram idênticos àqueles que seriam usados para certificar a peça em relação aos requisitos da FAA para tolerância de vida útil segura.
"Se você observar o encaixe da interface da caixa de engrenagens do rotor de cauda, os dois atuadores traseiros estão ambos carregados no mesmo suporte", explica Beltempo. A compensação de acoplamento cruzado ajuda a minimizar a briga [entre atuadores]".
O teste envolveu seis atuadores e quatro milhões de pontos terminais, sendo executados de um dia para outro por, aproximadamente, 125 dias com uma frequência média de 0,5 Hz. A velocidade do teste teria sido impossível sem o C3 Performance, de acordo com Beltempo.
Não poderíamos ter feito isso tão rapidamente sem a compensação de acoplamento cruzado", afirma ele. "Para um teste noturno, teríamos que ter executado os níveis terminais na metade da velocidade para não termos que nos preocupar com desligamentos não assistidos. Nossa abordagem padrão para qualquer teste de fadiga é ajustar o teste, aplicar o C-cubed e ajustá-lo novamente, imediatamente. Eu nunca vi um aumento de velocidade de menos de um fator de dois para um artigo rígido".
Outro aspecto que Beltempo gosta em relação à C3 Performance é a facilidade de uso em geral. Como os operadores de teste podem prepará-la eles mesmos, a C3 Performance ajuda os laboratórios a ganhar mais tempo ainda.
"O fato dela ser tão livre me proporciona a capacidade de focar em tarefas mais importantes", avalia Beltempo. "Se você tivessse que sentar lá e descobrir todos os coeficientes por conta própria, seria muito diferente. Mas, basta clicar um botão e pronto. É uma melhoria de produtividade real".
Ao mesmo tempo que é natural para a organização que ajudou a desenvolver a C3 Performance a usá-la em todos os testes de fadiga por protocolo, outros laboratórios também estão descobrindo o potencial para solução de problemas desta poderosa utilidade.
Para o Dr. Waruna Seneviratne, diretor Técnico do laboratório Composites and Advanced Materials, no Instituto Nacional para Pesquisa de Aviação (NIAR), na Universidade Estadual de Wichita, o problema era privação do sono.
"Estávamos executando um teste de fadiga com uma combinação muito distinta de montagem e acionamento personalizados e tínhamos um cronograma de teste muito agressivo", explica Seneviratne. "O teste era executado de um dia para o outro e vivenciando um grande número de acionamentos inconvenientes por limite de erro. Nossa equipe tinha que vir até ao laboratório no meio da noite para ver o que estava causando as paralisações do teste e reiniciar o teste. Estávamos ficando atrasados".
O teste focou na avaliação da vida de fadiga de estruturas compostas da aeronave F/A-18 Hornet, muitas das quais estavam se aproximando da aposentadoria. Como a substituta da aeronave não estará pronta até 2019, a Marinha dos EUA precisava prolongar com segurança a vida útil das estruturas compostas antigas da aeronave.
A pesquisa feita por Seneviratne definiu com êxito que as juntas soldadas de compósito em titânio na raiz da asa tinham ainda vida útil longa. O novo teste ampliou o estudo para incluir toda a asa interna, que tinha um compósito leve. O artigo de teste inclui a asa interna, flap da borda traseira e o cilindro central, assim como flab da borda dianteira e asa externa. A equipe de pesquisa do NIAR teve que organizar uma plataforma de aço de alta resistência com projeto personalizado para as fixações, além de aplica cargas significativas para recriar as manobras agressivas.
Haviam diferenças significativas entre curso e cargas nos atuadores, o que era provavelmente uma fonte de erros", explica. "Precisávamos de uma maneira de minimizar as falsas interrupções, então começamos a pesquisar".
O engenheiro pesquisador, Travis Cravens, membro da equipe de Seneviratne, realizou a definição e configuração da C3 Performance. Engenheiros de sistema e da aplicação da MTS concluíram a instalação e o treinamento em menos de um dia e o laboratório viu os resultados imediatamente.
"Estávamos executando 20% mais rápido no final do primeiro dia sem modificações mecânicas na plataforma de teste", afirma Cravens. "Foi muito fácil de aprender a mexer e configurar a C3 Performance. tudo acontece no software. Basta você criar uma matriz de acoplamento cruzado aplicando uma unidade de carga em cada canal de carga, o que significa apenas uma etapa extra para cada atuador".
Para simplificar a configuração do teste, a C3 Performance elimina a tarefa morosa de inserir manualmente os dados do acoplamento cruzado ao empregar casos de unidade de carga para gerar automaticamente coeficientes de compensação de acoplamento cruzado. Seneviratne descreveu este processo com uma analogia adequada.
"É como ter uma equipe de 20 pessoas que não sabem que eles estão trabalhando no mesmo projeto", compara. "As unidades de carga são uma maneira simples de apresentar todas essas pessoas umas as outras, para que elas possam colaborar uns com os outros e trabalhar de uma maneira mais eficiente".
Com alguns ajustes extras, Seneviratne e Cravens conseguiram aumentar a taxa de teste em 24 por cento, além de cortas o número de paradas significativamente.
Ela aprimorou demais o desempenho do nosso teste", comemora Cravens. "Com o acompanhamento da carga aprimorado, pequenas perturbações no feedback tinham uma probabilidade muito menor de acionar limites de erro, o que resultou em menos interrupções do teste. A redução no erro também permitiu que executássemos mais segmento por hora".
Antes de usar a C3 Performance, o NIAR só conseguia alcançar um máximo de 375 segmentos por hora, com uma média de 97 interrupções e 55 intertravamentos por bloco de teste. Com a C3 Performance, isso melhorou para 480 segmentos por hora uma média de 51 interrupções e 15 intertravamentos.
"O número de interrupções foi um terço do que era, o que significou um grande ganho para nós", explica Seneviratne. "Isso nos permitiu executar o teste de um dia para o outro, sendo que em algumas noites não houve uma interrupção sequer. São até 10 horas de teste que não tínhamos antes, o que ajudou demais em relação ao cronograma".A
C3 Performance nos economizou semanas, permitindo que a equipe de Seneviratne fornecesse os resultados do teste no prazo. Além disso, a produtividade do laboratório melhorou: a equipe pode operar dentro de um cronograma mais previsível e teve mais tempo para se dedicar a outros projetos. Em qualquer laboratório com recursos finitos, essa é uma vantagem importante.
"Saber que poderíamos executar o teste durante a noite e ter confiança de que poderíamos fazer a inspeção durante o dia, nos permitiu a aumentar a eficiência do nosso plano de teste", explica Seneviratne. "Pudemos planejar melhor e coordenar nossas atividades sabendo que o teste seria executado durante a noite sem necessidade de assistência com interrupções mínimas".
Uma ferramenta para reduzir estes erros, desta maneira, aprimorando a velocidade e eficiência do teste, é a C3 Performance, um serviço do software MTS AeroPro™ Control and Data Acquisition Conhecida também como C-cubed, a C3 Performance permite que as equipes de testo gerenciem esquemas de acionamento do acoplamento cruzado, sem ter que incluir tempo extra nos cronogramas de teste para resolver diversas interrupções e intertravamentos.
A técnica de compensação de acoplamento cruzado C3 Performance foi codesenvolvida por especialistas do National Research Council of Canada (NRC) e da MTS Systems Corporation. Hoje, ela é uma parte padrão do protocolo de testes do NRC, laboratório de teste estrutural em escala natural do Canadá, onde Andre Beltempo trabalha como um engenheiro de teste estrutural.
"Normalmente, usamos a C-cubed em todos os testes", explica Beltempo. "Com testes de fadiga em escala natural, você observa uma interação muito complexa do atuador. E é exatamente por isso que precisamos dela".
Recentemente, a equipe de Beltempo usou o C3 Performance durante uma demonstração tecnológica para um grande fabricante de helicópteros. O teste de fadiga e estática focou no composto do estabilizador da cauda, fabricado usando técnicas avançadas de fabricação. Os testes eram idênticos àqueles que seriam usados para certificar a peça em relação aos requisitos da FAA para tolerância de vida útil segura.
"Se você observar o encaixe da interface da caixa de engrenagens do rotor de cauda, os dois atuadores traseiros estão ambos carregados no mesmo suporte", explica Beltempo. A compensação de acoplamento cruzado ajuda a minimizar a briga [entre atuadores]".
O teste envolveu seis atuadores e quatro milhões de pontos terminais, sendo executados de um dia para outro por, aproximadamente, 125 dias com uma frequência média de 0,5 Hz. A velocidade do teste teria sido impossível sem o C3 Performance, de acordo com Beltempo.
Não poderíamos ter feito isso tão rapidamente sem a compensação de acoplamento cruzado", afirma ele. "Para um teste noturno, teríamos que ter executado os níveis terminais na metade da velocidade para não termos que nos preocupar com desligamentos não assistidos. Nossa abordagem padrão para qualquer teste de fadiga é ajustar o teste, aplicar o C-cubed e ajustá-lo novamente, imediatamente. Eu nunca vi um aumento de velocidade de menos de um fator de dois para um artigo rígido".
Outro aspecto que Beltempo gosta em relação à C3 Performance é a facilidade de uso em geral. Como os operadores de teste podem prepará-la eles mesmos, a C3 Performance ajuda os laboratórios a ganhar mais tempo ainda.
"O fato dela ser tão livre me proporciona a capacidade de focar em tarefas mais importantes", avalia Beltempo. "Se você tivessse que sentar lá e descobrir todos os coeficientes por conta própria, seria muito diferente. Mas, basta clicar um botão e pronto. É uma melhoria de produtividade real".
Ao mesmo tempo que é natural para a organização que ajudou a desenvolver a C3 Performance a usá-la em todos os testes de fadiga por protocolo, outros laboratórios também estão descobrindo o potencial para solução de problemas desta poderosa utilidade.
Para o Dr. Waruna Seneviratne, diretor Técnico do laboratório Composites and Advanced Materials, no Instituto Nacional para Pesquisa de Aviação (NIAR), na Universidade Estadual de Wichita, o problema era privação do sono.
"Estávamos executando um teste de fadiga com uma combinação muito distinta de montagem e acionamento personalizados e tínhamos um cronograma de teste muito agressivo", explica Seneviratne. "O teste era executado de um dia para o outro e vivenciando um grande número de acionamentos inconvenientes por limite de erro. Nossa equipe tinha que vir até ao laboratório no meio da noite para ver o que estava causando as paralisações do teste e reiniciar o teste. Estávamos ficando atrasados".
O teste focou na avaliação da vida de fadiga de estruturas compostas da aeronave F/A-18 Hornet, muitas das quais estavam se aproximando da aposentadoria. Como a substituta da aeronave não estará pronta até 2019, a Marinha dos EUA precisava prolongar com segurança a vida útil das estruturas compostas antigas da aeronave.
A pesquisa feita por Seneviratne definiu com êxito que as juntas soldadas de compósito em titânio na raiz da asa tinham ainda vida útil longa. O novo teste ampliou o estudo para incluir toda a asa interna, que tinha um compósito leve. O artigo de teste inclui a asa interna, flap da borda traseira e o cilindro central, assim como flab da borda dianteira e asa externa. A equipe de pesquisa do NIAR teve que organizar uma plataforma de aço de alta resistência com projeto personalizado para as fixações, além de aplica cargas significativas para recriar as manobras agressivas.
Haviam diferenças significativas entre curso e cargas nos atuadores, o que era provavelmente uma fonte de erros", explica. "Precisávamos de uma maneira de minimizar as falsas interrupções, então começamos a pesquisar".
O engenheiro pesquisador, Travis Cravens, membro da equipe de Seneviratne, realizou a definição e configuração da C3 Performance. Engenheiros de sistema e da aplicação da MTS concluíram a instalação e o treinamento em menos de um dia e o laboratório viu os resultados imediatamente.
"Estávamos executando 20% mais rápido no final do primeiro dia sem modificações mecânicas na plataforma de teste", afirma Cravens. "Foi muito fácil de aprender a mexer e configurar a C3 Performance. tudo acontece no software. Basta você criar uma matriz de acoplamento cruzado aplicando uma unidade de carga em cada canal de carga, o que significa apenas uma etapa extra para cada atuador".
Para simplificar a configuração do teste, a C3 Performance elimina a tarefa morosa de inserir manualmente os dados do acoplamento cruzado ao empregar casos de unidade de carga para gerar automaticamente coeficientes de compensação de acoplamento cruzado. Seneviratne descreveu este processo com uma analogia adequada.
"É como ter uma equipe de 20 pessoas que não sabem que eles estão trabalhando no mesmo projeto", compara. "As unidades de carga são uma maneira simples de apresentar todas essas pessoas umas as outras, para que elas possam colaborar uns com os outros e trabalhar de uma maneira mais eficiente".
Com alguns ajustes extras, Seneviratne e Cravens conseguiram aumentar a taxa de teste em 24 por cento, além de cortas o número de paradas significativamente.
Ela aprimorou demais o desempenho do nosso teste", comemora Cravens. "Com o acompanhamento da carga aprimorado, pequenas perturbações no feedback tinham uma probabilidade muito menor de acionar limites de erro, o que resultou em menos interrupções do teste. A redução no erro também permitiu que executássemos mais segmento por hora".
Antes de usar a C3 Performance, o NIAR só conseguia alcançar um máximo de 375 segmentos por hora, com uma média de 97 interrupções e 55 intertravamentos por bloco de teste. Com a C3 Performance, isso melhorou para 480 segmentos por hora uma média de 51 interrupções e 15 intertravamentos.
"O número de interrupções foi um terço do que era, o que significou um grande ganho para nós", explica Seneviratne. "Isso nos permitiu executar o teste de um dia para o outro, sendo que em algumas noites não houve uma interrupção sequer. São até 10 horas de teste que não tínhamos antes, o que ajudou demais em relação ao cronograma".A
C3 Performance nos economizou semanas, permitindo que a equipe de Seneviratne fornecesse os resultados do teste no prazo. Além disso, a produtividade do laboratório melhorou: a equipe pode operar dentro de um cronograma mais previsível e teve mais tempo para se dedicar a outros projetos. Em qualquer laboratório com recursos finitos, essa é uma vantagem importante.
"Saber que poderíamos executar o teste durante a noite e ter confiança de que poderíamos fazer a inspeção durante o dia, nos permitiu a aumentar a eficiência do nosso plano de teste", explica Seneviratne. "Pudemos planejar melhor e coordenar nossas atividades sabendo que o teste seria executado durante a noite sem necessidade de assistência com interrupções mínimas".