Nel settore aerospaziale ogni componente è sottoposto a condizioni operative al limite: sollecitazioni strutturali cicliche, shock e vibrazioni ad alta frequenza, gradienti termici estremi. La misura deve garantire la stessa affidabilità richiesta ai sistemi che controlla: dalla validazione strutturale di ali e fusoliere ai test dinamici su razzi e satelliti, fino al monitoraggio di banchi prova motore e superfici soggette a riscaldamento aerodinamico.
Luchsinger affianca ingegneri R&D e responsabili qualità dalla definizione del requisito di misura fino all'interpretazione dei risultati. Il portfolio copre l'estensimetria ad alta precisione, l'accelerometria piezoelettrica e MEMS per test di volo e vibrazione, e la termometria a infrarossi senza contatto, selezionate per i vincoli di qualificazione, peso e affidabilità tipici del settore.
Nel settore aerospaziale le misure si eseguono quasi sempre in condizioni al limite: shock e vibrazioni ad alta frequenza, escursioni termiche ampie, livelli sonori elevati nelle prove acustiche, spazi ridotti e vincoli di peso sui componenti in volo. Le campagne di prova sono costose e spesso non ripetibili, quindi il sistema di misura deve funzionare al primo tentativo. Per questo contano sensori leggeri e compatti, adatti alla banda di frequenza e al campo di misura della prova, un'acquisizione sincronizzata su molti canali e una verifica accurata del setup prima di iniziare.
Nell'aeronautica le misure accompagnano il velivolo dalla progettazione all'esercizio: prove strutturali su ali, fusoliera, carrello d'atterraggio e pale di elicottero, prove in volo e flutter test, forze aerodinamiche in galleria del vento, posizione di superfici mobili e portelloni, tensione dei cavi di comando, temperatura dei freni e monitoraggio delle vibrazioni durante il servizio. Nel settore spaziale razzi e satelliti affrontano test modali, prove di shock e vibrazione e prove acustiche che riproducono le condizioni del lancio. Nella propulsione i banchi prova motore richiedono misure di vibrazione durante l'accensione e il funzionamento.
La scelta parte dalla grandezza e dalla dinamica della prova. Per la deformazione delle strutture si utilizzano gli estensimetri per stress analysis, mentre gli estensimetri OEM servono a realizzare trasduttori dedicati, come le bilance per galleria del vento o i sensori di tensione dei cavi. Per vibrazioni e shock si impiegano gli accelerometri: piezoelettrici per le alte frequenze e i livelli di shock elevati, MEMS quando servono anche i moti lenti e la componente continua, come nelle prove in volo. Per gli spostamenti, i sensori induttivi rilevano la posizione di portelloni e superfici mobili e i trasduttori a filo misurano le grandi deflessioni nelle prove di carico. La temperatura di freni e componenti caldi si misura senza contatto con i pirometri a infrarossi, e le perturbazioni di pressione nelle prove acustiche con i sensori di pressione dinamici.
Nel settore aerospaziale una prova riuscita dipende dalla scelta del sensore quanto dalla sua installazione e dalla catena di acquisizione. I nostri ingegneri ti affiancano dalla definizione del requisito di misura alla scelta della tecnologia, fino alla preparazione del setup e all'interpretazione dei risultati. Vedi tutte le soluzioni per la misura della deformazione e delle vibrazioni.
I test strutturali aerospaziali si basano principalmente su estensimetri a resistenza per la misura delle deformazioni e delle sollecitazioni su componenti come ali, fusoliere e carrelli. Per acquisizioni multicanale si impiegano sistemi DAQ ad alta risoluzione con sincronizzazione precisa. In ambienti criogenici o ad alta temperatura si utilizzano estensimetri con compensazione termica specifica per il materiale del substrato.
Le misure di vibrazione in campo aeronautico vengono eseguite principalmente con accelerometri piezoelettrici, scelti per l'elevata sensibilità, la banda passante estesa e la bassa massa. Per il Ground Vibration Testing (GVT) su strutture complete si impiegano array di sensori leggeri per non alterare le proprietà modali della struttura. Gli accelerometri MEMS a capacità variabile vengono invece scelti quando è necessaria la risposta in continua, per accelerazioni quasi-statiche.
La misura avviene per via non a contatto, con pirometri a infrarossi o termocamere. Per superfici metalliche con emissività variabile si impiegano pirometri a due colori — o a rapporto — che mantengono la precisione anche in presenza di fumi o ossidazione superficiale. Lunghezze d'onda specifiche, come 3,9 µm, consentono di separare la radiazione emessa dal componente da quella della fiamma circostante.
Con stress analysis sperimentale si intende la determinazione dello stato di sollecitazione reale di un componente attraverso la misura diretta della deformazione superficiale con estensimetri. I dati acquisiti vengono confrontati con i modelli FEM per validarne le previsioni, identificare aree critiche e verificare la conformità ai requisiti di fatica e resistenza definiti dalle normative aeronautiche e spaziali applicabili (MIL-HDBK, ASTM, standard ECSS).
Con stress analysis sperimentale si intende la determinazione dello stato di sollecitazione reale di un componente attraverso la misura diretta della deformazione superficiale con estensimetri. I dati acquisiti vengono confrontati con i modelli FEM per validarne le previsioni, identificare aree critiche e verificare la conformità ai requisiti di fatica e resistenza definiti dalle normative aeronautiche e spaziali applicabili (MIL-HDBK, ASTM, standard ECSS).
Gli estensimetri, applicati nei punti critici della struttura, misurano la deformazione locale e permettono di ricavare le tensioni sotto carico. Nelle prove di carico sulle ali si affiancano trasduttori a filo, che misurano la deflessione in più punti dell’ala anche quando gli spostamenti sono ampi. I dati di deformazione e spostamento, acquisiti in modo sincronizzato, servono a validare i modelli di calcolo della struttura.
Gli accelerometri piezoelettrici coprono bande di frequenza ampie e sopportano livelli di shock elevati, per questo si usano nelle prove di shock e vibrazione, nei test modali e sui banchi prova motore. Gli accelerometri MEMS misurano anche le frequenze molto basse e la componente continua dell’accelerazione, utili nelle prove in volo e nell’analisi di moti lenti come il flutter. La scelta dipende dalla banda di frequenza e dal livello di accelerazione previsti.
La struttura viene eccitata con un martello strumentato o con uno shaker, e la risposta viene misurata da accelerometri distribuiti in molti punti. Dall’analisi dei segnali si ricavano frequenze proprie, smorzamenti e forme modali, che servono a verificare i modelli di calcolo e a escludere risonanze pericolose nelle condizioni di volo o di lancio.
Con pirometri a infrarossi installati nel carrello e puntati sul gruppo frenante, che misurano la temperatura senza contatto e in modo continuo. Dopo l’atterraggio e il rullaggio i freni accumulano calore, e prima di un nuovo decollo la temperatura deve scendere sotto un limite definito: con la misura continua il dato è disponibile subito, senza attendere controlli manuali.
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