SFIDA DEL CLIENTE
Il National Institute for Aviation Research (NIAR) della Wichita State University è il più grande istituto universitario di ricerca e sviluppo aeronautico negli Stati Uniti. All'interno di quattro sedi, comprende 320.000 piedi quadrati e ha più di una dozzina di laboratori, tutti dedicati al progresso della tecnologia per il generale , aerei commerciali e militari.
"I clienti scelgono NIAR perché disponiamo di una forza lavoro esperta e di apparecchiature all'avanguardia", afferma il dottor Waruna Seneviratne, direttore tecnico presso NIAR e scienziato capo del programma di ricerca sull'aeronavigabilità e sul mantenimento degli aeromobili. "Abbiamo esperienza in molti settori. Forniamo consulenze su tutto, dalla selezione dei materiali e dalle prove consentite alle prove di certificazione su vasta scala e alle ispezioni di smontaggio. È un sistema di supporto completo del servizio."
NIAR utilizza la sua esperienza per risolvere alcuni dei problemi più difficili nel settore aerospaziale. Uno di questi è quanto dureranno i componenti compositi di prima generazione, ora che stanno raggiungendo la fine della loro vita di servizio certificata. Una visione significativa della meccanica della frattura delle strutture composite è elusiva, poiché a questi componenti mancano decenni di dati operativi e ricerche a cui, per i componenti metallici, è possibile accedere facilmente. Di conseguenza, non è possibile perseguire l'estensione della vita delle strutture composite attraverso le metodologie esistenti. Caso in questione: il F/A-18 Calabrone.
"Il F/A-18 è stato progettato negli anni '70, ma il suo sostituto, l'F-35, non sarà pronto per la Marina degli Stati Uniti fino al 2019", afferma Seneviratne. "La Marina ha un gran numero di F/A-18s si avvicina alla pensione e vuole prolungare in sicurezza la vita utile di queste strutture composite. Tuttavia, non si sa quanto bene queste strutture obsolete tollereranno un servizio così esteso. Questo è ciò che la nostra ricerca è stata progettata per esplorare".
SOLUZIONE MTS
Per eseguire prove di fatica del F/A-18's componenti e strutture compositi invecchiati, Seneviratne e il suo team impiegano una varietà di soluzioni di prova MTS, da telai di carico uniassiali a pavimento a banchi di prova strutturali multiassiali su larga scala che incorporano numerosi attuatori MTS classificati a fatica. Queste soluzioni incorporano anche il software di controllo e acquisizione dati AeroPro™di MTS, i controlli digitali MTS e le centraline idrauliche MTS SilentFlo™ .
La struttura alare di F/A-18 Hornet è costituita da pelli alari composite e giunture legate da composito a titanio alla radice dell'ala, l'area pesantemente caricata in cui l'ala si attacca alla fusoliera. La ricerca inizialmente si è concentrata sulla valutazione di campioni "a osso di cane" lunghi 25 pollici estratti dalle pelli delle ali dell'aeromobile disattivato F/A-18s. Le prove cicliche con carico spettrale hanno replicato i carichi operativi effettivi, quindi il team ha potuto confrontare i dati di resistenza residua e di vita a fatica di ciascun campione con idati di certificazione originali, nonché determinare la vita residua del giunto.
"Abbiamo scoperto che i giunti legati da composito a titanio avevano una vita molto più lunga di quanto si pensasse", dice Seneviratne. "La cronologia del servizio non ha avuto effetti significativi sulla resistenza residua di ogni giunto. I giunti in genere avevano più di cinque archi di vita di fatica aggiuntivi rimanenti in uno spettro di fatica a tensione dominante e molti sono sopravvissuti a dieci archi di vita senza una significativa riduzione della resistenza.
Queste conclusioni hanno portato a prove strutturali su larga scala più estesi dell'ala interna, che consiste in pelli composite. L'articolo di prova comprendeva an F/A-18 fusoliera centrale, ali interne e flap del bordo d'uscita. Durante la prima fase di prova, la struttura dell'ala è stata ciclata per un'ulteriore durata dei carichi di prova mentre veniva monitorata per i danni indotti dalla fatica. Una seconda fase di prova ha simulato diversi tipi di danno durante il ciclo continuo di fatica per valutare il contenimento del danno e l'eventuale tasso di crescita.
VANTAGGI PER IL CLIENTE
Il risultato più importante della ricerca della NIAR è che la Marina degli Stati Uniti ha ora i dati necessari per supportare gli sforzi di estensionedella vita per F/A-18s con un grado di sicurezza molto maggiore, soprattutto quando si tratta di una costruzione composita avanzata dell'ala interna. La Marina e altri rami delle forze armate possono applicare questa metodologia ad altre piattaforme obsolete.
"Identificando potenziali problemi in un ambiente di laboratorio controllato, possiamo ridurre il rischio di fenomeni imprevisti che possono mettere a repentaglio la sicurezza di un'intera flotta", afferma Seneviratne. "I dati del nostro lavoro aiuteranno anche a informare e migliorare i nuovi progetti di componenti e strutture di aeromobili compositi".
L'uso delle soluzioni di prova MTS ha aiutato il team di Seneviratne a completare questa ricerca in modo sicuro ed efficiente. La risposta degli attuatori e dei sistemi di controllo digitale è servita a proteggere sia i costosi articoli di prova che gli operatori di prova. L'agilità delle servovalvole MTS, combinata con il controllo della pressione indipendente e altre caratteristiche di sicurezza, ha reso facile gestire con precisione gli attuatori dell'apparato di prova strutturale, che possono esercitare un'enorme quantità di forza in un tempo molto breve.
"Anche l'affidabilità è importante", ha aggiunto Seneviratne. "Ogni volta che interrompi una grande prova strutturale per la manutenzione delle apparecchiature di prova, costa decine di migliaia di dollari. Le soluzioni di prova MTS sono molto affidabili: imposti l'attuatore ed è tutto a posto finché non è il momento di ricalibrare. Abbiamo fatto decine di migliaia di prove di fatica con loro e il ritorno sull'investimento è molto soddisfacente".
Seneviratne apprezza anche la versatilità del software AeroPro, che per i suoi ricercatori rende più facile l'automatizzazione dell'impostazione e dell'esecuzione di un'ampia varietà di prove, alcuni dei quali utilizzano diverse centinaia di estensimetri e dozzine di canali di controllo, senza il dispendio di tempo che comporterebbe il processo di riconfigurazione fisica di apparati di prova altamente complessi. Inoltre, MTS offre un servizio e un supporto tecnico di alta qualità, oltre a servizi a valore aggiunto come la calibrazione e la progettazione di sistemi idraulici.
"MTS ha esperienza nella produzione e nel supporto di soluzioni di prova complesse", ha concluso Seneviratne. "Sanno come aiutarci a operare in modo più efficiente in modo che possiamo svolgere il nostro lavoro a un costo inferiore. È una vittoria per tutti".
