Procedimiento para la obtención de datos para la autorización de una aeronave,

en el que

- se establece un modelo de elementos finitos (EF) de una estructura de avión de la aeronave,

- se llevan a cabo ensayos de vibración para la validación del modelo de EF, en los que se excita la estructuradel avión hasta dar vibraciones y se registran las vibraciones excitadas de la estructura del avión,

- basándose en el modelo de EF validado se efectúa un análisis de estabilidad a flameo de la estructura delavión y

- se llevan a cabo ensayos de rodadura para la cualificación de trenes de aterrizaje de la aeronave,

caracterizado porque al menos una parte de los ensayos de vibración para la validación de los modelos de EF selleva a cabo en el marco de los ensayos de rodadura, excitándose la estructura del avión (1) mediante rodadura delos trenes de aterrizaje (5) sobre irregularidades del suelo (11-13) hasta dar vibraciones medibles y evaluables.

Procedimiento para la obtención de datos para la autorización de una aeronave Campo técnico de la invención La invención se refiere a un procedimiento para la obtención de datos para la autorización de una aeronave con las características del preámbulo de la reivindicación 1.

En lugar de la denominación aeronave se usa en lo sucesivo parcialmente también la denominación avión, teniéndose que considerar en el presente documento homólogos los significados de ambos términos. Especialmente, con los dos términos se quiere decir en el presente documento objetos con capacidad de volar que disponen de un tren de aterrizaje, con el que pueden rodar sobre el suelo, particularmente una pista de rodadura. Esto incluye básicamente aerodinos. Particularmente, sin embargo, la presente invención se refiere a procedimientos para la obtención de datos para la autorización de aeronaves con disposiciones de alas rígidas o, en todo caso, parcialmente rotatorias. A este respecto, los denominados aviones de gran capacidad se encuentran en un punto de mira muy particular.

Estado de la técnica

En el marco de la autorización de un avión se tiene que comprobar para su zona operacional que no pueda aparecer flameo y esté garantizado un funcionamiento seguro del avión. Los análisis de estabilidad a flameo requeridos para esto se llevan a cabo basándose en datos modales que describen las propiedades dinámicas estructurales de una estructura de avión del avión en el intervalo de frecuencias relevante. Por datos modales se entiende en este contexto frecuencias naturales, modos naturales, medidas de amortiguación modales y masas modales. Los datos modales pueden medirse directamente en un denominado ensayo de vibración en tierra o determinarse con el análisis numérico de un modelo de elementos finitos (EF) de la estructura del avión.

Durante la autorización de aviones de gran capacidad modernos se lleva a cabo el análisis de estabilidad a flameo por norma general basándose en un modelo de EF de este tipo. El uso de este modelo analítico se prefiere el marco de procedimientos de certificación de flameo de aviones de gran capacidad frente al uso directo de datos modales medidos, ya que un modelo analítico ofrece una mayor flexibilidad para poder tratar en detalle modificaciones estructurales de la construcción del avión, por ejemplo, en el marco de construcciones de variantes en una familia de aviones, o diferentes distribuciones de masa debido a estados de carga o rellenado con combustible. Sin embargo, un modelo de EF validado de la estructura del avión es una condición para esto.

Para la validación de modelos de EF de estructuras de avión se usaron hasta ahora los datos modales experimentales de ensayos de vibración en tierra. La calidad del respectivo modelo de EF se valora a este respecto mediante las desviaciones que aparecen entre datos modales medidos reales y datos modales analíticos que se simularon con ayuda del modelo de EF. Si las desviaciones son lo suficientemente pequeñas se considera validado el modelo de EF. Con mayores desviaciones se adapta el modelo de EF de tal manera que las desviaciones se hacen lo suficientemente pequeñas. Con este procedimiento se habla de la actualización del modelo de EF.

Un ensayo de vibración en tierra en un avión de gran capacidad es extremadamente complejo en cuanto a tiempo y costes. En un ensayo de vibración en tierra de este tipo, que se denomina también Ground Vibration Test (GVT) , se excita hasta dar vibraciones la estructura del avión con accionadores colocados de forma acertada. Las vibraciones de la estructura del avión se registran con sensores de aceleración individuales. Con ayuda del análisis modal se determinan a partir de los valores de medición de los sensores de aceleración las propiedades dinámicas estructurales frecuencias naturales, modos naturales, medidas de amortiguación modales y masas modales. Habitualmente se usan para el análisis modal funciones de transferencia, por ejemplo, entre fuerzas como referencia o entrada en el sistema y aceleraciones como respuestas o salida del sistema. Los datos modales obtenidos a partir de esto se usan después para la validación o adaptación de un modelo de EF del avión. El tiempo y material necesarios para ensayos de vibración en tierra en aviones de gran capacidad no solamente son elevados debido a que para esto típicamente se tienen que colocar y cablear múltiples sensores de aceleración. También las propias mediciones requieren mucho tiempo. Ya que los ensayos de vibración en tierra se llevan a cabo típicamente solo justo antes del primer vuelo de un nuevo modelo de avión y los fabricantes de aviones realizan un gran esfuerzo para llevar a la práctica el primer vuelo dentro de plazo debido a su repercusión pública, cualquier ahorro de tiempo que se pueda realizar en este caso sería muy bienvenido.

Además de los ensayos de vibración en tierra, para la obtención de datos para la autorización de aviones son habituales ensayos de rodadura para la cualificación de los trenes de aterrizaje del avión y su suspensión. El objetivo de estos ensayos de rodadura es la comprobación y cualificación de los trenes de aterrizaje y de los grupos motor incluyendo sus suspensiones. Actualmente no se persiguen otros planteamientos de objetivos con ensayos de rodadura en el marco de la obtención de datos para la autorización de un avión.

Por el documento DE 101 54 337 A1 se conoce cómo determinar formas de movimiento globales elásticas de vehículos a motor durante la marcha. Para esto se miden las vibraciones que aparecen en el vehículo o partes del mismo durante la marcha sobre terreno irregular y los datos de medición se someten a un análisis de señal con el enfoque del análisis modal suponiendo una cantidad de formas de movimiento globales.

Por el documento EP 1 250 579 B1 se conoce un procedimiento para el análisis de vibraciones que se denomina análisis modal solo de salida (output only) . A diferencia de un análisis modal habitual basado en funciones de transferencia entre una entrada al sistema y una salida del sistema en este caso se pone como base para el análisis modal solamente la salida del sistema. Como entrada al sistema se supone a este respecto un ruido blanco.

Por el documento DE 42 40 600 C1 se conoce un procedimiento para reconocer y valorar debilidades estructurales de aviones, en el que se establece un modelo de elementos finitos (EF) de una estructura de avión del avión y en el que se llevan a cabo ensayos de vibración para la validación del modelo de EF, en los que la estructura del avión se excita hasta dar vibraciones mediante señales de excitación por un generador y se registran las vibraciones excitadas de la estructura del avión. A este respecto, a partir del modelo de elementos finitos de la estructura del avión se calculan modos de vibración que sirven como modos de vibración de referencia. Estas se comparan con modos de vibración que se obtienen en un análisis modal de la estructura del avión y con desviaciones entre los modos de vibración se adapta el modelo de elementos finitos.

Por el documento DE 101 54 337 A1 se conoce un procedimiento para la objetivación de las propiedades dinámicas de un vehículo a motor, en el que las vibraciones que aparecen durante una marcha del vehículo a motor en el vehículo o en partes del mismos se registran con técnica de medición como datos de medición y los datos de medición se someten a un análisis de señal, en el que componentes espaciales individuales de las vibraciones se extraen mediante cálculo de los datos de medición. De este modo se pueden diferenciar entre sí distintos modos de vibraciones. Se tienen en cuenta entonces con una coordinación equilibrada de los componentes influyentes, tales como, por ejemplo, tren de aterrizaje y carrocería, para la consecución de un elevado confort de marcha.

Por el documento US 6.619.127 B2 se conoce un dispositivo para ensayos de vibración en tierra en el que la estructura a ensayar se aloja colgando de un mecanismo de elevación. Mediante la configuración flexible del mecanismo de elevación se quiere asegurar que los datos modales de la estructura de apoyo se encuentren claramente por debajo de los datos modales de la estructura a ensayar, en cuyo caso puede tratarse de un avión.

Por el documento EP 0 299 436 B1 se conoce un dispositivo para la excitación de estados de flameo en una aeronave, que presenta un cilindro rotatorio con dos ranuras de salida de aire para excitar mediante el aire que sale mediante flujo los estados de flameo que interesan... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la obtención de datos para la autorización de una aeronave, en el que

- se establece un modelo de elementos finitos (EF) de una estructura de avión de la aeronave,

- se llevan a cabo ensayos de vibración para la validación del modelo de EF, en los que se excita la estructura 5 del avión hasta dar vibraciones y se registran las vibraciones excitadas de la estructura del avión,

- basándose en el modelo de EF validado se efectúa un análisis de estabilidad a flameo de la estructura del avión y

- se llevan a cabo ensayos de rodadura para la cualificación de trenes de aterrizaje de la aeronave,

caracterizado porque al menos una parte de los ensayos de vibración para la validación de los modelos de EF se 10 lleva a cabo en el marco de los ensayos de rodadura, excitándose la estructura del avión (1) mediante rodadura de los trenes de aterrizaje (5) sobre irregularidades del suelo (11-13) hasta dar vibraciones medibles y evaluables.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque todos los ensayos de vibración para la validación del modelo de EF se llevan a cabo en el marco de los ensayos de rodadura.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque en los ensayos de vibración se

efectúa un análisis modal de entrada/salida mediante el uso de valores de carga y deformación del tren de aterrizaje, que se miden con sensores necesarios para los ensayos de rodadura.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque en los ensayos de vibración se efectúa un análisis modal solo de salida.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los trenes de aterrizaje 20 para los ensayos de vibración se hacen rodar sobre carriles (8-10) con irregularidades definidas (11-13) .

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las vibraciones excitadas en los ensayos de vibración se registran al menos en parte con sensores de aceleración (3) en la estructura del avión (1) , que se usan también en ensayos de vuelo posteriores.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las vibraciones excitadas

en los ensayos de vibración se registran al menos en parte con sensores de aceleración (3) consultados telemétricamente en la estructura del avión (1) .

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las vibraciones excitadas en los ensayos de vibración se registran al menos en parte mediante procedimientos ópticos asistidos en el avión o asistidos en tierra.