Banco di prova per profili alari per la simulazione del flusso d'aria
Cilindro idraulico e unità di bloccaggio nel banco di prova strutturale
Airbus: questo nome è sinonimo dei più elevati standard di sicurezza, nonché di una rete di sedi europee che condividono ricerca, sviluppo e produzione. Per garantire un tale livello di sicurezza, vengono eseguite simulazioni complete e test strutturali. Particolarmente impegnativi sono i test di sistema, che simulano anche i carichi e le condizioni ambientali nelle diverse fasi di volo nel banco di prova. Nel progetto in questione, i flap e gli slat vengono testati nel banco di prova strutturale.
Poiché si tratta di forze che cambiano rapidamente con parametri molto irregolari, i requisiti per gli attuatori che simulano il flusso d'aria sono elevatissimi. Per questo motivo Airbus Bremen ha deciso di acquistare i 26 cilindri idraulici per il nuovo banco di prova dalla ditta Hänchen. A questi si sono aggiunte 8 unità di bloccaggio per la messa in sicurezza del banco di prova.
Ciò che contraddistingue la tecnologia dei banchi di prova Hänchen:
- Lunga durata dei prodotti
- Ottime proprietà di attrito
- Reazione affidabile e precisa
- Consulenza competente, anche in loco
Immagine 1 Cilindro idraulico dell'Hexapod con Ratio-Clamp® flangiata
Immagine 2 Aeromobile A380 di Airbus
Immagine 3 Banco di prova per ali per simulare il flusso d'aria.
Requisiti tecnici banco di prova strutturale
- Scostamento di regolazione dell'1% con carico statico e del 4% con prove dinamiche
- Movimenti minimi fino a 0,02 m/s
- Movimenti massimi fino a 1 m/s
- Elemento di sicurezza per la protezione del personale operativo e del banco di prova
Implementazione tecnica
- Cilindro idraulico serie 300 in versione Servocop®
- alesaggio tra 40 e 160 mm
- Ø stelo pistone tra 30 e 110 mm
- Corsa da 300 a 1.670 mm
- Unità di bloccaggio Ratio-Clamp®
- Forza di tenuta tra 140 e 300 kN
Il sistema ad alta portanza
In diverse aree di prova, i cilindri idraulici di Hänchen hanno dimostrato la loro validità in molte generazioni della tecnologia dei banchi di prova Airbus. Questa esperienza positiva è stata fatta anche nell'High-Lift-Test-Center di Brema. Qui vengono sviluppati, progettati e prodotti sistemi ad alta portanza per i profili alari di tutti i programmi Airbus, compreso l'A380. Gli elementi più noti del sistema ad alta portanza sono denominati flap e slat. Durante le varie fasi di volo, adattano e ottimizzano le proprietà aerodinamiche dei profili alari, per cui i relativi sistemi di azionamento sono soggetti a requisiti particolari. Essi muovono i cosiddetti ‘slat’ come alette di bordo d'attacco e i ‘flap’ sul bordo d'uscita alare. Diversi componenti di azionamento idraulici ed elettrici posizionano slat e flap durante il decollo, la crociera – ovvero il volo di linea – e l'atterraggio. Test approfonditi simulano le condizioni ambientali, le forze e altri carichi che si verificano. In questo modo si garantisce e si dimostra la sicurezza del sistema necessaria per il primo volo e l'omologazione al traffico aereo – anche in condizioni estreme.
Un test approfondito
A Brema vengono esaminati i voli normali e le situazioni estreme per dimostrare la funzionalità necessaria, in particolare per il complesso sistema ad alta portanza. Anche il test del sistema A350 XWB è fondamentale per l'omologazione di questo aeromobile. Si differenzia dai test precedenti per una complessità notevolmente maggiore: “Nei test di Brema ci concentriamo su ogni dettaglio del sistema”, così Dipl.-Ing. Michael Johst, responsabile del funzionamento delle strutture di prova nel settore High-Lift, descrive il compito. “Abbiamo installato completamente i motori di azionamento originali, la tecnologia di sicurezza e i sensori del sistema ad alta portanza per testare a fondo il singolo sistema. In questo modo, non esaminiamo solo diversi ‘Normal Operation Cases’, ma anche possibili situazioni estreme. Queste vengono ricreate sul sistema originale per dimostrare che la stabilità del sistema è garantita in tutte le circostanze. In aggiunta ai test sui banchi di prova reali, utilizziamo piattaforme di test virtuali.”
L'idraulica simula i carichi aerodinamici
I test di sistema verificano le ridondanze e la funzione del computer di controllo in interazione con tutti i componenti rilevanti del sistema e della struttura, il che è in parte piuttosto complesso. Nel banco di prova, ad esempio, vengono simulati i carichi aerodinamici e le temperature estreme da un minimo di -56° C a un massimo di +90° C. Un ulteriore focus del test del sistema ad alta portanza presso Airbus a Brema è la qualifica di componenti High-Lift di nuova concezione. Laddove in questi banchi di prova agiscono forze lineari, vengono generalmente utilizzati cilindri idraulici di Hänchen di Ostfildern vicino a Stoccarda, in particolare per la simulazione dei carichi aerodinamici.
In diverse aree di prova, i cilindri idraulici di Hänchen hanno dimostrato la loro validità in molte generazioni della tecnologia dei banchi di prova Airbus. Questa esperienza positiva è stata fatta anche nell'High-Lift-Test-Center di Brema. Qui vengono sviluppati, progettati e prodotti sistemi ad alta portanza per i profili alari di tutti i programmi Airbus, compreso l'A380. Gli elementi più noti del sistema ad alta portanza sono denominati flap e slat. Durante le varie fasi di volo, adattano e ottimizzano le proprietà aerodinamiche dei profili alari, per cui i relativi sistemi di azionamento sono soggetti a requisiti particolari. Essi muovono i cosiddetti ‘slat’ come alette di bordo d'attacco e i ‘flap’ sul bordo d'uscita alare. Diversi componenti di azionamento idraulici ed elettrici posizionano slat e flap durante il decollo, la crociera – ovvero il volo di linea – e l'atterraggio. Test approfonditi simulano le condizioni ambientali, le forze e altri carichi che si verificano. In questo modo si garantisce e si dimostra la sicurezza del sistema necessaria per il primo volo e l'omologazione al traffico aereo – anche in condizioni estreme.
Un test approfondito
A Brema vengono esaminati i voli normali e le situazioni estreme per dimostrare la funzionalità necessaria, in particolare per il complesso sistema ad alta portanza. Anche il test del sistema A350 XWB è fondamentale per l'omologazione di questo aeromobile. Si differenzia dai test precedenti per una complessità notevolmente maggiore: “Nei test di Brema ci concentriamo su ogni dettaglio del sistema”, così Dipl.-Ing. Michael Johst, responsabile del funzionamento delle strutture di prova nel settore High-Lift, descrive il compito. “Abbiamo installato completamente i motori di azionamento originali, la tecnologia di sicurezza e i sensori del sistema ad alta portanza per testare a fondo il singolo sistema. In questo modo, non esaminiamo solo diversi ‘Normal Operation Cases’, ma anche possibili situazioni estreme. Queste vengono ricreate sul sistema originale per dimostrare che la stabilità del sistema è garantita in tutte le circostanze. In aggiunta ai test sui banchi di prova reali, utilizziamo piattaforme di test virtuali.”
L'idraulica simula i carichi aerodinamici
I test di sistema verificano le ridondanze e la funzione del computer di controllo in interazione con tutti i componenti rilevanti del sistema e della struttura, il che è in parte piuttosto complesso. Nel banco di prova, ad esempio, vengono simulati i carichi aerodinamici e le temperature estreme da un minimo di -56° C a un massimo di +90° C. Un ulteriore focus del test del sistema ad alta portanza presso Airbus a Brema è la qualifica di componenti High-Lift di nuova concezione. Laddove in questi banchi di prova agiscono forze lineari, vengono generalmente utilizzati cilindri idraulici di Hänchen di Ostfildern vicino a Stoccarda, in particolare per la simulazione dei carichi aerodinamici.
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Immagine 1 Stazione slat con 14 cilindri idraulici di Hänchen
Immagine 2 Monitoraggio e controllo dei test sulle ali.
Immagine 3 A sinistra: Dipl.-Ing. Michael Johst, Head of High Lift Rig Operations & Maintenance, di Airbus Deutschland a Brema.
A350 XWB – il progetto più recente
Durante i test dei flap e degli slat dell'A350 XWB vengono utilizzati 26 cilindri, esclusivamente di Hänchen. In questo caso, l'idraulica è particolarmente adatta per simulare in modo ottimale le condizioni di volo, grazie alle dimensioni degli attuatori, alla densità di potenza, alla qualità di regolazione e alla dinamica. La tolleranza di regolazione consentita dell'1% con carico statico viene rispettata grazie ai cilindri idraulici di Hänchen. Nei test dinamici, la tolleranza di regolazione consentita è del 4%. Il banco di prova è progettato per una durata da 15 a 20 anni. Fanno eccezione gli strumenti speciali per l'analisi di situazioni estreme, progettati per cicli di carico limitati in condizioni di carico limite.
Variante chiusura Servocop®
I cilindri idraulici di Hänchen soddisfano senza problemi questi requisiti di serie: i cilindri idraulici della serie 300 utilizzati a Brema sono tutti progettati nella variante di chiusura Servocop® a causa degli elevati requisiti in termini di prestazioni e dinamica. La pressione di alimentazione massima applicata ai cilindri dei flap è di 250 bar, mentre per i cilindri degli slat è di 300 bar. Nel banco di prova, la pressione di alimentazione viene ridotta a 180 bar a causa della caduta di pressione necessaria per la regolazione. L'alesaggio è compreso tra 40 e 160 mm, il diametro stelo tra 30 e 110 mm, con una corsa da 300 a 1.670 mm. Caratteristiche importanti sono l'elevata precisione e il gioco minimo tra la chiusura e lo stelo pistone. La superficie di scorrimento garantisce proprietà di attrito ottimizzate. L'elevata precisione di fabbricazione e il ridotto gioco della guida assicurano una lunga vita utile. Inoltre, l'esecuzione Servocop® offre un movimento praticamente privo di stick-slip anche a velocità pistone molto basse (fino a 0,02 m/s) e molto elevate (fino a 1 m/s). Per questo motivo, la variante di chiusura Servocop® è particolarmente adatta per la costruzione di banchi di prova come quello di Airbus. A Brema si tratta anche di aspetti di sicurezza per la protezione del personale operativo e del banco di prova stesso, poiché i danni potrebbero far ritardare un test di molti mesi. Gli attuatori elettrici si sono rivelati poco efficaci per questo campo di applicazione durante i test, soprattutto per le simulazioni di carico. Tutti i cilindri idraulici della nuova generazione di banchi di prova sono dotati di un trasduttore di posizione integrato compatibile con EtherCAT, poiché questo bus di campo in tempo reale è diventato lo standard a Brema. La regolazione degli attuatori, alimentati idraulicamente a livello centrale dal seminterrato, avviene tramite carico e posizione. La regolazione del carico della simulazione del carico aerodinamico avviene in funzione della rispettiva posizione nel sistema originale. Per i gruppi di prova più piccoli, il produttore di cilindri idraulici fornisce anche attuatori completi di accumulatore, valvola e altri elementi.
Durante i test dei flap e degli slat dell'A350 XWB vengono utilizzati 26 cilindri, esclusivamente di Hänchen. In questo caso, l'idraulica è particolarmente adatta per simulare in modo ottimale le condizioni di volo, grazie alle dimensioni degli attuatori, alla densità di potenza, alla qualità di regolazione e alla dinamica. La tolleranza di regolazione consentita dell'1% con carico statico viene rispettata grazie ai cilindri idraulici di Hänchen. Nei test dinamici, la tolleranza di regolazione consentita è del 4%. Il banco di prova è progettato per una durata da 15 a 20 anni. Fanno eccezione gli strumenti speciali per l'analisi di situazioni estreme, progettati per cicli di carico limitati in condizioni di carico limite.
Variante chiusura Servocop®
I cilindri idraulici di Hänchen soddisfano senza problemi questi requisiti di serie: i cilindri idraulici della serie 300 utilizzati a Brema sono tutti progettati nella variante di chiusura Servocop® a causa degli elevati requisiti in termini di prestazioni e dinamica. La pressione di alimentazione massima applicata ai cilindri dei flap è di 250 bar, mentre per i cilindri degli slat è di 300 bar. Nel banco di prova, la pressione di alimentazione viene ridotta a 180 bar a causa della caduta di pressione necessaria per la regolazione. L'alesaggio è compreso tra 40 e 160 mm, il diametro stelo tra 30 e 110 mm, con una corsa da 300 a 1.670 mm. Caratteristiche importanti sono l'elevata precisione e il gioco minimo tra la chiusura e lo stelo pistone. La superficie di scorrimento garantisce proprietà di attrito ottimizzate. L'elevata precisione di fabbricazione e il ridotto gioco della guida assicurano una lunga vita utile. Inoltre, l'esecuzione Servocop® offre un movimento praticamente privo di stick-slip anche a velocità pistone molto basse (fino a 0,02 m/s) e molto elevate (fino a 1 m/s). Per questo motivo, la variante di chiusura Servocop® è particolarmente adatta per la costruzione di banchi di prova come quello di Airbus. A Brema si tratta anche di aspetti di sicurezza per la protezione del personale operativo e del banco di prova stesso, poiché i danni potrebbero far ritardare un test di molti mesi. Gli attuatori elettrici si sono rivelati poco efficaci per questo campo di applicazione durante i test, soprattutto per le simulazioni di carico. Tutti i cilindri idraulici della nuova generazione di banchi di prova sono dotati di un trasduttore di posizione integrato compatibile con EtherCAT, poiché questo bus di campo in tempo reale è diventato lo standard a Brema. La regolazione degli attuatori, alimentati idraulicamente a livello centrale dal seminterrato, avviene tramite carico e posizione. La regolazione del carico della simulazione del carico aerodinamico avviene in funzione della rispettiva posizione nel sistema originale. Per i gruppi di prova più piccoli, il produttore di cilindri idraulici fornisce anche attuatori completi di accumulatore, valvola e altri elementi.
"Ci piace lavorare con i cilindri idraulici e i sistemi di bloccaggio Hänchen perché hanno dato buona prova di sé e mantengono la qualità promessa."
Dipl.-Ing. Michael Johst, Airbus
La struttura dei banchi di prova High-Lift
Nel banco di prova High-Lift per l'A350 XWB, Airbus ha ricostruito fedelmente i sistemi del profilo alare sinistro, mentre il lato destro è rappresentato in forma abbreviata. Le stazioni degli slat sono sollecitate da una disposizione di 14 cilindri e sono collegate direttamente ai componenti del sistema tramite cremagliere. Sui flap interni ed esterni del bordo alare posteriore, la simulazione del carico è supportata da esapodi. Gli attuatori sono rispettivamente 6 cilindri idraulici. Sugli cilindri idraulici sono montati attuatori lineari pneumatici per supportare movimenti rapidi con una massa ridotta.
Sezione di un'unità di bloccaggio Ratio-Clamp® con un Servocop® Sistema di guarnizione
Nel banco di prova High-Lift per l'A350 XWB, Airbus ha ricostruito fedelmente i sistemi del profilo alare sinistro, mentre il lato destro è rappresentato in forma abbreviata. Le stazioni degli slat sono sollecitate da una disposizione di 14 cilindri e sono collegate direttamente ai componenti del sistema tramite cremagliere. Sui flap interni ed esterni del bordo alare posteriore, la simulazione del carico è supportata da esapodi. Gli attuatori sono rispettivamente 6 cilindri idraulici. Sugli cilindri idraulici sono montati attuatori lineari pneumatici per supportare movimenti rapidi con una massa ridotta.
Sezione di un'unità di bloccaggio Ratio-Clamp® con un Servocop® Sistema di guarnizioneUnità di bloccaggio Ratio-Clamp®
Per fissare gli esapodi in modo sicuro e per un tempo illimitato anche senza pressione, tutti i cilindri idraulici sui flap sono dotati di un'unità di bloccaggio Ratio-Clamp® flangiata. Questo bloccaggio brevettato è progettato, a seconda del cilindro, per una forza di tenuta compresa tra 140 e 300 kN. La forza viene immagazzinata in molle di compressione a vite e, in caso di calo di pressione, blocca lo stelo tramite un elemento di bloccaggio conico per chiusura per attrito. I pacchi di molle utilizzati e la lunghezza del cono definiscono esattamente la forza di bloccaggio e la pressione di sbloccaggio. Questo processo di bloccaggio può essere attivato da uno spegnimento mirato, da una riduzione della pressione o da un'interruzione dell'alimentazione, nonché da danni al sistema. La forza di bloccaggio viene quindi mantenuta senza alimentazione di energia per un tempo indeterminato, fino a quando non viene ripristinata la pressione di sbloccaggio e lo stelo pistone viene quindi liberato. Quando la pressione è applicata, lo stelo può essere spostato in entrambe le direzioni con un basso attrito. L'uso dell'unità di bloccaggio Ratio-Clamp® offre anche i vantaggi tipici di un sistema idraulico: elevata densità di potenza e reazione precisa grazie alla minima comprimibilità del fluido. In questo modo, i danni alle costose piattaforme di prova di Airbus, ad esempio in caso di guasto all'alimentazione idraulica, sono praticamente esclusi.
Per fissare gli esapodi in modo sicuro e per un tempo illimitato anche senza pressione, tutti i cilindri idraulici sui flap sono dotati di un'unità di bloccaggio Ratio-Clamp® flangiata. Questo bloccaggio brevettato è progettato, a seconda del cilindro, per una forza di tenuta compresa tra 140 e 300 kN. La forza viene immagazzinata in molle di compressione a vite e, in caso di calo di pressione, blocca lo stelo tramite un elemento di bloccaggio conico per chiusura per attrito. I pacchi di molle utilizzati e la lunghezza del cono definiscono esattamente la forza di bloccaggio e la pressione di sbloccaggio. Questo processo di bloccaggio può essere attivato da uno spegnimento mirato, da una riduzione della pressione o da un'interruzione dell'alimentazione, nonché da danni al sistema. La forza di bloccaggio viene quindi mantenuta senza alimentazione di energia per un tempo indeterminato, fino a quando non viene ripristinata la pressione di sbloccaggio e lo stelo pistone viene quindi liberato. Quando la pressione è applicata, lo stelo può essere spostato in entrambe le direzioni con un basso attrito. L'uso dell'unità di bloccaggio Ratio-Clamp® offre anche i vantaggi tipici di un sistema idraulico: elevata densità di potenza e reazione precisa grazie alla minima comprimibilità del fluido. In questo modo, i danni alle costose piattaforme di prova di Airbus, ad esempio in caso di guasto all'alimentazione idraulica, sono praticamente esclusi.
A Brema, Hänchen è un must
"Ci piace lavorare con i cilindri idraulici e i sistemi di bloccaggio Hänchen perché si sono dimostrati validi e mantengono la qualità promessa", riassume l'ingegnere capo collaudatore Johst. "Abbiamo maturato questa esperienza fin dai nostri primi test ad alta portanza nel 1980. Anche se collaboriamo con diversi partner in molti settori, Hänchen è lo standard per noi."
"Ci piace lavorare con i cilindri idraulici e i sistemi di bloccaggio Hänchen perché si sono dimostrati validi e mantengono la qualità promessa", riassume l'ingegnere capo collaudatore Johst. "Abbiamo maturato questa esperienza fin dai nostri primi test ad alta portanza nel 1980. Anche se collaboriamo con diversi partner in molti settori, Hänchen è lo standard per noi."
Jörg Beyer, mediaword
© Hänchen 2013
© Hänchen 2013
La nostra competenza come produttori di banchi e macchine di prova
Grazie a complessi progetti interni e per i clienti, Hänchen è oggi un fornitore affidabile di macchine di prova complete e di alta qualità. Ciò riflette la nostra pluriennale esperienza, iniziata con la costruzione di cilindri e ampliata con componenti elettronici e sistemi di azionamento completi. Nel frattempo, Hänchen offre ai suoi clienti macchine complete, inclusi assi di azionamento, telaio ed elementi della macchina.
- Più di mezzo secolo di competenza nel settore dell'idraulica e delle guarnizioni
- Vasta esperienza nella progettazione personalizzata e nella realizzazione di progetti per i clienti
- Esperienza nella progettazione sistematica e personalizzata di macchine industriali e retrofit
- Tecnologia di misurazione, controllo e regolazione, regolazione in tempo reale, acquisizione dei valori misurati, sensori, connessione bus di campo e valutazione
- Sviluppo di software modulare proprietario, inclusa l'interfaccia grafica per il controllo e la regolazione, nonché la comunicazione a livello di processo
- Pianificazione e implementazione di macchine di prova
- Costruzione di banchi di prova individuali
- Ampi concetti di sicurezza fino a PLe in conformità alla Direttiva Macchine, conformità CE, software di sicurezza