Teknik Bilgiler

Sinüs İşleme Kullanılarak Roket Burun Konisinin Yapısal Testi

Sinüs İşleme Kullanılarak Roket Burun Konisinin Yapısal Testi

Sinüs İşleme

Havacılık ve Uzay Enstitüsü (HUE)’ünde, DCTA, yapısal dinamik testler, sinüs işleme, SRS, modal analizi gibi roket sistemlerinin farklı parçaları üzerinde standart prosedürün bir parçası olarak gerçekleştirilir. Bu durumda, bir roketin burun konisi, sinüs işleme kullanılarak bir sarısıcı üzerinde test edildi.

Dewesoft X yazılımı, belirlenmiş bir sinüs işleme kullanıcı arayüzü aracılığıyla gerçek zamanlı hesaplamayı destekleyerek elde edilen verilerin zaman verimliliğini ve kalitesini iyileştirdi.

Brezilya Bilim ve Havacılık Teknolojisi Departmanı Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA), tüm Latin Amerika’daki en büyük Havacılık ve Uzay Kompleksi olan São José dos Campos’ta yer almaktadır.

DCTA, havacılık ve uzay uçuşları için Brezilya ulusal askeri araştırma merkezi olarak işlev görür ve Brezilya Hava Kuvvetlerine (FAB) bağlıdır ve Savunma Bakanlığı’nın çıkarlarını içeren havacılık sektörü ile ilgili tüm teknik ve bilimsel faaliyetleri koordine eder.

Test, Havacılık ve Uzay Enstitüsü Instituto de Aeronaútica e Espaço’da (IAE) gerçekleştirildi. Bu enstitü, havacılık, hava sahası ve savunma sektörlerinde projeler geliştirir ve yürütür ve Brezilya Uzay Misyonu’nun yürütülmesinden eş sorumludur.

Sorun

Bu yapısal testte test edilen burun konisi, TEXUS görevleri için yürütülen Ar-Ge faaliyetlerinde önemli bir rol oynar – bir derinlemesine gözlemleme veya araştırma roketi programı, Avrupa Uzay Ajansı (ESA) ve Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt eV’nin mikro yerçekimi programlarına hizmet eder.

TEXUS misyonlarının IAE kısmı, ağırlıklı olarak, ağırlıksız koşullar altında (mikro yerçekimi) malzemelerin, kimyasalların ve biyolojik maddelerin özelliklerinin ve davranışlarının araştırılmasına yönelik ve kolaylaştıran fırlatma sistemlerinin geliştirilmesine odaklanmaktadır. Her fırlatma, yaklaşık altı dakikalık mikro yerçekimi sağlar.

Bu durumda, IAE’nin, yapısal bütünlüğü tehlikeye atabilecek ve potansiyel olarak görev başarısızlığına neden olabilecek bu frekanslarda çalışmayı önlemek için roket burun konilerinin rezonans frekanslarını ölçmesi gerekiyordu.

Tanımlanmış yanıt aralığını ve aktarım işlevlerini gerçek zamanlı olarak izleyip hesaplayabilen güvenilir bir veri toplama sistemine ihtiyaçları vardı.

Sinüs İşleme ve Sinüs İndirgeme Test Durumu

Sinüs işleme, büyük yapılar üzerinde yapısal testler gerçekleştirmek için bir araçtır. Böyle bir test yaklaşımı, havacılık endüstrisinde tasarım doğrulama ve kalifikasyon için yaygın olarak kullanılmaktadır ve tipik olarak yüzlerce giriş kanalı gereklidir.

Tanım gereği, hataya yer yoktur, bir görev sırasında kullanılan tüm yapılar, düzgün çalışma ve tavizsiz yapısal bütünlük sağlamak için önceden dikkatlice test edilmelidir.

Bu tür büyük yapıların değerlendirilmesi, onları bir sarısıcı üzerinde tek bir frekans taramasıyla uyararak yapılır. Sinüs Sweep Titreşim Testi, düşükten yükseğe ya da tam tersi şekilde çapraz geçişler veya taramalar. Ürünün tepki titreşimlerini sallayıcı tablasındaki titreşimlerle karşılaştırarak sweep aralığı içindeki rezonansları belirlemek için kullanılır.

İstenilen çıktı olarak, sinüs işleme aşağıdakileri bize verir:

Frekans alanında test edilen yapıyı değerlendirmek için, bu parametreleri sinüzoidal sinyalden doğru bir şekilde çıkarmak önemlidir.
Sinüs işleme, anlık frekansı hesaplamak için bir Sabit Çıkış Seviyesi Adaptörü (COLA) sinyali kullanır ve ardından bu frekanstaki ivmeölçerlerden genliği ve fazı çıkarır. COLA sinyal çıkışı, sarsıcı kontrol sistemini DAQ sistemi ile senkronize eder.

IAE / DCTA’da, Dewesoft X veri toplama yazılımı – sinüs işleme eklentisi ile – ve veri toplama için Dewesoft SIRIUS veri toplama sistemi kullanıldı.

Sinüs işleme testi, Dewesoft veri toplama sistemini sarsıcı denetleyicisi (3. parti) ile senkronize ederek çalışır. Dewesoft sinüs işleme aracı, iki frekans algılama yönteminden birini gerçekleştirir:

  • Sıfır geçiş (zero-crossing)
  • Hilbert dönüşümü

Roket burun konisine yerleştirilen ivmeölçerlerden alınan sinyalle, COLA sinyalinden tespit edilen tarama frekansı ile birlikte ölçülür. Daha sonra, yapının uyarıma tepkisine ilişkin ayrıntılı bilgi sağlamak için gerçek zamanlı olarak hesaplanırlar.

Test ve Ölçüm Kurulumu

Müşteriyle ilgili sonuçları garantilemek için, bir roket burun konisinin nakliye, fırlatma ve uçuş sırasında maruz kalacağı tipik frekans aralığı olan 25-1000 Hz arasında bir sinüs sweep testi gerçekleştirmek önemliydi.

Veri toplamak için 2 adet SIRIUSi-HD-16xACC kullanıldı.

DAQ sistemi toplamda 32 IEPE ivmeölçer girişi sundu. Aynı DAQ sistemi ayrıca IAE/DCTA’nın diğer ölçüm görevlerini gerçekleştirmesini sağlar ve ayrıca giriş kanalı sayısını genişletmek için kolay bir yol sunar. IEPE, voltaj, sıcaklık, gerinim ölçer ve diğerleri gibi ek girişler, gerektiğinde yüksek bir kanal sayım sistemi oluşturmak için kolayca eklenebilir.

Dewesoft sinüs işleme çözümünün gerçek gücünü göstermek için, 31 kanalın tümünde sinüs işleme ile eş zamanlı olarak 4096 satır çözünürlüklü (seçilebilir satır çözünürlüğü 64.000 satıra kadar izin verir) 1/3 oktav analizi ve gerçek FFT’yi de çalıştırıyorduk. Tek istisna, sarsıcı kontrol cihazından COLA sinyali için kullanılan giriş kanalıydı.

Sinüs işlemenin kendisi, testin çevresel koşulları gibi diğer yararlı parametreleri bağlama ve ölçme yeteneği de dahil olmak üzere Dewesoft X DAQ yazılımı içinde çalışır veya test sırasında DUT’un nasıl hareket ettiğini gözlemlemek için yüksek hızlı video içerir.

İstenilen en iyi sonuçları elde etmek için burun konisi yapısına (dış boyutları 874 mm x 1830 mm) konfigürasyonda 8 adet üç eksenli ivmeölçer eklenmiştir.

Test için 5 adet Brüel & Kjaer üç eksenli ivmeölçer ve 3 adet PCB ivmeölçer kullanıyorduk. Yapıya yedi adet ivmeölçer yerleştirildi ve referans olarak hizmet eden bir PCB üç eksenli ivmeölçer, burun konisini sallayıcı tablasına bağlayan adaptöre yerleştirildi.

İki SIRIUSi-HD-16xACC’mizdeki bir analog giriş, sarsıcı kontrol cihazından sarsıcıya iletilen taramanın frekans tespiti için COLA voltaj sinyalini bağlamak ve yapıyı tahrik etmek için için kullanıldı.

SIRIUS DAQ sistemlerindeki çok önemli iki teknoloji ölçümleri ve veri toplamayı seviye atlatmaktadır:

  • DualCoreADC
  • Galvanik izolasyon

DualCoreADC

Yüksek Dinamik DAQ, SIRIUS DAQ amplifikatörleri, sinyal koşullandırma için iki adet 24 bitlik AD dönüştürücü kullanır. SIRIUS, kanal başına 200 kHz örnekleme hızı ile zaman ve frekans alanında şaşırtıcı bir 160 dB dinamik aralık elde ediyor.

Galvanik izolasyon

DAQ sistemi ayrıca istenmeyen gürültüyü önleyen, en iyi sinyal kalitesini sunan ve aşırı voltajdan sistemlerin zarar görmesini önleyen ve toprak döngülerini önleyen, yüksek kanaldan kanala ve kanaldan toprağa izolasyon sunar.

Test edilen cihaz sarsıcı tabla hareketi yönünde uyarıldı ve koordinat sistemimiz, y ekseni uyarma ekseni ile hizalanacak şekilde buna göre yerleştirildi.

IAE/DCTA zaten testler için belirlenmiş bir sistem kullanıyordu ve işlem sonrası tüm transfer fonksiyonu hesaplamalarını yapıyordu. Dewesoft sinüs işleme eklentisi, transfer fonksiyonlarının, fazın, RMS’nin, Peak’in ve diğer birçok parametrenin gerçek zamanlı olarak hesaplanmasını gerçekleştirebilir.

Test Sonucu

Güçlü SIRIUS veri toplama sistemi ile birleştirilmiş Dewesoft sinüs işleme çözümü, sınırsız sayıda kanalda gerçek zamanlı olarak büyük yapıların testini gerçekleştirebilir.

Gerçek zamanlı olarak gerçekleştirilmek üzere seçilmeyen ek hesaplamalar, ölçüm sırasında depolanan zaman alanı verileri kullanılarak analiz sonrası gerçekleştirilebilir.

IAE Test mühendisi Domingos Strafacci şu sonuca vardı:

“Sistemin kullanımı ve kurulumu gerçekten çok kolay. Bu tür kritik yapısal testleri yaparken bize çok zaman kazandıracak.”
Bu durumda gerçekleşen ölçüm, aksi takdirde daha büyük bir sistem inşa edecek olan birçok düğümden yalnızca bir tanesini kullanıyordu. Bununla birlikte, kanalların sayısına bakılmaksızın, sistemin operasyonel özelliklerinin değişmeden kalacağına dikkat edilmelidir.
DCTA araştırma ve geliştirme faaliyetleri birçok farklı projeden oluştuğu için, yapısal testin avantajlarından ve yol verisi titreşim toplama ve GPS takibi gibi birçok görevi yerine getirmek için kullanılabilen Dewesoft sisteminin esnekliğinden büyük ölçüde yararlanabilmektedirler. Rota, bir uçağın kanadında modal analiz veya roket aşamaları ayırma testi sırasında SRS ölçümü.

IAE dinamik testler lideri Dr. Edilson Camargo şunları söyledi:

“Bu sistem çok esnek olduğu için, sadece sinüs işlemeyi değil, günlük çeşitli ölçüm görevlerimizin üstesinden gelmemizi sağlayacaktır. Bu sayede maliyet harcamalarımızı optimize edebileceğiz.”