IT202100015437A1 - WINGBOX, AND SYSTEM AND METHOD FOR WINGBOX MONITORING - Google Patents
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Description
CASSONE ALARE, E SISTEMA E METODO PER IL MONITORAGGIO DEL CASSONE ALARE WINGBOX, AND SYSTEM AND METHOD FOR WINGBOX MONITORING
Campo dell?invenzione Field of invention
La presente invenzione afferisce al settore degli aeromobili o velivoli. The present invention relates to the aircraft or aircraft sector.
In particolare, l?invenzione riguarda un cassone alare (wing box), e un sistema e un metodo per il monitoraggio del cassone alare. In particular, the invention relates to a wing box, and to a system and method for monitoring the wing box.
Stato della tecnica State of the art
Il cassone alare o wing box ? il principale componente strutturale di un?ala aeronautica. Tipicamente, tra i componenti principali di un cassone alare vi sono i longheroni e le centine. Tali componenti sono rivesti da una fasciame o carenatura che definisce il profilo alare. The wing box or wing box? the main structural component of an aircraft wing. Typically, the main components of a wing box are the spars and ribs. These components are covered by a plating or fairing which defines the airfoil.
E? sentita l?esigenza di poter monitorare le condizioni di un cassone alare, ad esempio durante il volo di un aeromobile. AND? felt the need to be able to monitor the conditions of a wing box, for example during the flight of an aircraft.
Sommario dell?invenzione Summary of the invention
Uno scopo della presente invenzione ? consentire il monitoraggio, in particolare in continuo e in tempo reale, delle condizioni di un cassone alare, ad esempio durante il volo di un aeromobile. An object of the present invention ? allow monitoring, in particular continuously and in real time, of the condition of a wing box, for example during the flight of an aircraft.
In particolare, uno scopo della presente invenzione ? di consentire il monitoraggio di specifici parametri correlati alle condizioni del cassone alare. In particular, an object of the present invention ? to allow the monitoring of specific parameters related to the condition of the wing box.
La presente invenzione raggiunge almeno uno di tali scopi, ed altri scopi che saranno evidenti alla luce della presente descrizione, mediante un cassone alare, o wing box, avente un bordo di attacco, un dorso, un ventre, un bordo di uscita e una pluralit? di centine; The present invention achieves at least one of these objects, and other objects which will become apparent in the light of the present description, by means of a wing box having a leading edge, a back, a belly, a trailing edge and a plurality ? of ribs;
in cui almeno una centina di detta pluralit? di centine ? provvista di una pluralit? di sensori FBG, Fiber Bragg Grating, in particolare fissati ad essa; in which at least a hundred of said plurality? of hundreds? provided with a plurality of FBG sensors, Fiber Bragg Grating, in particular fixed to it;
in cui detta pluralit? di sensori FBG comprende in which said plurality? of FBG sensors includes
- almeno un primo sensore FBG in corrispondenza del bordo di attacco, atto a misurare una deformazione del bordo di attacco per misurare la pressione di ristagno P0; - at least one first sensor FBG at the leading edge, suitable for measuring a deformation of the leading edge to measure the stagnation pressure P0;
- almeno tre secondi sensori FBG in corrispondenza del dorso, ciascuno atto a misurare una deformazione del dorso per misurare una rispettiva pressione locale sul dorso Piu; - at least three second FBG sensors at the back, each adapted to measure a deformation of the back to measure a respective local pressure on the back Piu;
- almeno tre terzi sensori FBG in corrispondenza del ventre, ciascuno atto a misurare una deformazione del ventre per misurare una rispettiva pressione locale sul ventre Pil; - at least three-thirds FBG sensors at the belly, each adapted to measure a deformation of the belly to measure a respective local pressure Pil on the belly;
- almeno un quarto sensore FBG in corrispondenza del bordo di uscita, atto a misurare una deformazione del bordo di uscita per misurare la pressione statica P?; - almeno un quinto sensore FBG atto a misurare una deformazione di detta almeno una centina per misurare la temperatura esterna Text al cassone alare. - at least a fourth sensor FBG at the trailing edge adapted to measure a deformation of the trailing edge to measure the static pressure P?; - at least a fifth FBG sensor able to measure a deformation of said at least one rib to measure the external temperature of the wing box.
L?invenzione riguarda anche un sistema, in particolare secondo la rivendicazione 2, per misurare parametri relativi ad un cassone alare , comprendente The invention also relates to a system, in particular according to claim 2, for measuring parameters relating to a wing box, comprising
detto cassone alare; said wing box;
un interrogatore ottico connesso a detta pluralit? di sensori FBG; an optical interrogator connected to said plurality? of FBG sensors;
un?unit? di controllo elettronico connessa all?interrogatore ottico; a?unit? of electronic control connected to the optical interrogator;
in cui detta unit? di controllo elettronico ? configurata per calcolare: in which said unit? of electronic control ? configured to calculate:
a) to)
- detta pressione di ristagno P0, in funzione della deformazione misurata da detto almeno un primo sensore FBG; - said stagnation pressure P0, as a function of the deformation measured by said at least one first sensor FBG;
- dette pressioni locali sul dorso Piu, ciascuna in funzione della deformazione misurata da un rispettivo secondo sensore FBG; - said local pressures on the back Piu, each as a function of the deformation measured by a respective second sensor FBG;
- dette pressioni locali sul ventre Pil, ciascuna in funzione della deformazione misurata da un rispettivo terzo sensore FBG; - said local pressures Pil on the belly, each as a function of the deformation measured by a respective third sensor FBG;
- detta pressione statica P?, in funzione della deformazione misurata da detto almeno un quarto sensore FBG; e - said static pressure P?, as a function of the deformation measured by said at least one fourth sensor FBG; And
- detta temperatura esterna Text, in funzione della deformazione misurata da detto almeno un quinto sensore FBG; - said external temperature Text, as a function of the deformation measured by said at least one fifth FBG sensor;
e/o and/or
b) per calcolare la frequenza di vibrazione caratteristica ?c del cassone alare (1) mediante analisi in frequenza delle lunghezze d?onda ?(t) in funzione del tempo t relative a ciascun sensore FBG con la Fast Fourier Transform; in particolare se, ad un tempo t, si verifica che | ? - ?c |/ ?c > x/100 viene segnalata almeno una anomalia, con x preferibilmente da 0,5 a 20. b) to calculate the characteristic vibration frequency ?c of the wing box (1) by analyzing the frequency of the wavelengths ?(t) as a function of time t relating to each FBG sensor with the Fast Fourier Transform; in particular if, at a time t, it occurs that | ? - ?c |/ ?c > x/100 at least one anomaly is signalled, with x preferably from 0.5 to 20.
Il suddetto range di valori ? preferito in quanto particolarmente idoneo per monitoraggi strutturali con analisi in frequenza. The aforementioned range of values ? preferred as it is particularly suitable for structural monitoring with frequency analysis.
L?invenzione riguarda anche un metodo, in particolare secondo la rivendicazione 7, per misurare parametri relativi ad un cassone alare The invention also relates to a method, in particular according to claim 7, for measuring parameters relating to a wing box
in cui in which
a) to)
- detta pressione di ristagno P0, viene calcolata in funzione della deformazione misurata da detto almeno un primo sensore FBG; - said stagnation pressure P0 is calculated as a function of the deformation measured by said at least one first sensor FBG;
- ciascuna pressione locale sul dorso Piu, viene calcolata in funzione della deformazione misurata dal rispettivo secondo sensore FBG; - each local pressure on the Piu back is calculated according to the deformation measured by the respective second FBG sensor;
- ciascuna pressione locale sul ventre Pil viene calcolata in funzione della deformazione misurata dal rispettivo terzo sensore FBG; - each local pressure on the belly Pil is calculated as a function of the deformation measured by the respective third FBG sensor;
- detta pressione statica P? viene calcolata in funzione della deformazione misurata da detto almeno un quarto sensore FBG; e - called static pressure P? is calculated as a function of the strain measured by said at least one fourth FBG sensor; And
- detta temperatura esterna Text viene calcolata in funzione della deformazione misurata da detto almeno un quinto sensore FBG; - said external temperature Text is calculated as a function of the deformation measured by said at least one fifth FBG sensor;
e/o and/or
b) la frequenza di vibrazione caratteristica ?c del cassone alare (1) viene calcolata mediante analisi in frequenza delle lunghezze d?onda ?(t) in funzione del tempo t relative a ciascun sensore FBG con la Fast Fourier Transform; in particolare in cui se, ad un tempo t, si verifica che | ? - ?c |/ ?c > x/100 viene segnalata almeno una anomalia, con x preferibilmente da 0,5 a 20. b) the characteristic vibration frequency ?c of the wing box (1) is calculated by frequency analysis of the wavelengths ?(t) as a function of time t relating to each FBG sensor with the Fast Fourier Transform; in particular where if, at a time t, it occurs that | ? - ?c |/ ?c > x/100 at least one anomaly is signalled, with x preferably from 0.5 to 20.
Vantaggiosamente, l?invenzione consente di eseguire la misurazione ottica della deformazione di un cassone alare, in particolare di deformazioni locali, di un aeromobile, il cassone alare essendo sottoposto a sollecitazioni esterne. Advantageously, the invention allows to perform the optical measurement of the deformation of a wing box, in particular of local deformations, of an aircraft, the wing box being subjected to external stresses.
In particolare, l?invenzione consente la misurazione ottica: i) della deformazione e ii) delle frequenze di vibrazioni della/e wing box di un aeromobile sottoposta/e a sollecitazioni esterne. In particular, the invention allows the optical measurement of: i) the deformation and ii) the vibration frequencies of the wing box/s of an aircraft subjected to external stresses.
L?invenzione trova applicazione nel settore dei trasporti in generale ed in particolare nel settore avionico per velivoli con e senza pilota. The invention finds application in the transport sector in general and in particular in the avionics sector for manned and unmanned aircraft.
E? evidente che entrambi i cassoni alari di un aeromobile possono essere monitorati. Vantaggiosamente, i sensori FBG sono integrati nella struttura da monitorare (ossia il cassone alare), ottenendo di fatto una struttura intelligente (smart structure, o intelligent adaptive structure). In particolare, la smart structure ? una struttura capace di monitorare il proprio stato nel tempo ed eventualmente reagire opportunamente alle sollecitazioni a cui ? sottoposta. AND? It is clear that both wing boxes of an aircraft can be monitored. Advantageously, the FBG sensors are integrated in the structure to be monitored (i.e. the wing box), effectively obtaining an intelligent structure (smart structure, or intelligent adaptive structure). In particular, the smart structure ? a structure capable of monitoring its status over time and possibly reacting appropriately to the stresses to which it? subjected.
Il cassone alare, e il sistema e metodo secondo l?invenzione consentono di rilevare pi? grandezze fisiche contemporaneamente. Di fatto, si realizza un unico strumento di misura avente le caratteristiche intrinseche dei sensori FBG, in particolare alta risoluzione, immunit? da interferenze elettromagnetiche, stabilit? di misura, elevati cicli di fatica, robustezza in particolare per l?assenza di meccanismi di movimento. Il cassone alare pu? vantaggiosamente essere monitorato in continuo ed in tempo reale. Questo permette di ridurre sensibilmente costi e tempi di manutenzione del velivolo. The wing box, and the system and method according to the invention make it possible to detect more? physical quantities at the same time. In fact, a single measuring instrument is created having the intrinsic characteristics of FBG sensors, in particular high resolution, immunity? from electromagnetic interference, stability? measurement, high fatigue cycles, sturdiness in particular due to the absence of movement mechanisms. The wing box pu? advantageously be monitored continuously and in real time. This makes it possible to significantly reduce aircraft maintenance costs and times.
Vantaggiosamente, viene realizzato un sistema per la diagnostica e prognostica sullo stato di salute del cassone alare monitorato. Advantageously, a system is provided for diagnostics and prognostics on the state of health of the monitored wing box.
L?invenzione consente di acquisire una notevole quantit? di dati utili per la progettazione di strutture alari pi? performanti. The invention allows you to acquire a significant amount of useful data for the design of wing structures pi? performers.
L?invenzione inoltre consente di migliorare la sicurezza ed efficienza del velivolo. Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione esemplificative, ma non esclusive. The invention also makes it possible to improve the safety and efficiency of the aircraft. Further characteristics and advantages of the invention will become more evident in the light of the detailed description of exemplary, but not exclusive, embodiments.
Le rivendicazioni dipendenti descrivono forme di realizzazione particolari dell?invenzione. The dependent claims describe particular embodiments of the invention.
Breve descrizione delle figure Brief description of the figures
Nella descrizione dell?invenzione si fa riferimento alle tavole di disegno allegate, che sono fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, in cui: In the description of the invention, reference is made to the attached drawings, which are provided by way of non-limiting example, in which:
la Fig. 1 illustra schematicamente un cassone alare secondo l?invenzione; Fig. 1 schematically illustrates a wing box according to the invention;
la Fig. 2 illustra schematicamente una centina di un cassone alare secondo l?invenzione; Fig. 2 schematically illustrates a rib of a wing box according to the invention;
la Fig. 3 illustra schematicamente un sistema secondo l?invenzione; Fig. 3 schematically illustrates a system according to the invention;
la Fig. 4 illustra schematicamente una vista prospettica di una sezione alare di un cassone alare secondo l?invenzione. Fig. 4 schematically illustrates a perspective view of a wing section of a wing box according to the invention.
Gli stessi elementi, o gli elementi funzionalmente equivalenti, hanno lo stesso numero di riferimento. The same elements, or functionally equivalent elements, have the same reference number.
Descrizione di forme di realizzazione esemplificative dell?invenzione Description of exemplary embodiments of the invention
Con riferimento alle Figure, vengono descritte forme di realizzazione esemplificative e non limitative di un cassone alare 1 secondo l?invenzione, e di un sistema e di un metodo, secondo l?invenzione, per misurare parametri (anche indicati con Xi) relativi al cassone alare 1. With reference to the Figures, exemplary and non-limiting embodiments of a wing box 1 according to the invention are described, and of a system and method, according to the invention, for measuring parameters (also indicated with Xi) relating to the box wing 1.
Il cassone alare 1 (wing box) ha un bordo di attacco 11 (leading edge), un dorso 12 (suction surface), un ventre 13 (pressure surface), un bordo di uscita 14 (trailing edge) e una pluralit? di centine 21, 22, 23, 24, 25 (ribs); The wing box 1 (wing box) has a leading edge 11 (leading edge), a back 12 (suction surface), a belly 13 (pressure surface), a trailing edge 14 (trailing edge) and a plurality of ribs 21, 22, 23, 24, 25 (ribs);
in cui almeno una centina 22 di detta pluralit? di centine 21, 22, 23, 24, 25 ? provvista di una pluralit? di sensori FBG 31, 32, 33, 34, 35, in particolare fissati ad essa; in which at least a hundred 22 of said plurality? of ribs 21, 22, 23, 24, 25 ? provided with a plurality of FBG sensors 31, 32, 33, 34, 35, in particular fixed thereto;
in cui detta pluralit? di sensori FBG 31, 32, 33, 34, 35 comprende in which said plurality? of FBG sensors 31, 32, 33, 34, 35 comprises
- almeno un primo sensore FBG 31 in corrispondenza del bordo di attacco 11, atto a misurare una deformazione del bordo di attacco 11, in particolare per misurare la pressione di ristagno P0; - at least a first FBG sensor 31 at the leading edge 11, suitable for measuring a deformation of the leading edge 11, in particular for measuring the stagnation pressure P0;
- almeno tre secondi sensori FBG 32 in corrispondenza del dorso 12, ciascuno atto a misurare una deformazione del dorso 12, in particolare per misurare una rispettiva pressione locale sul dorso Piu; - at least three second FBG sensors 32 at the back 12, each suitable for measuring a deformation of the back 12, in particular for measuring a respective local pressure on the back Piu;
- almeno tre terzi sensori FBG 33 in corrispondenza del ventre 13, ciascuno atto a misurare una deformazione del ventre 13, in particolare per misurare una rispettiva pressione locale sul ventre Pil; - at least three thirds FBG sensors 33 at the belly 13, each suitable for measuring a deformation of the belly 13, in particular for measuring a respective local pressure Pil on the belly;
- almeno un quarto sensore FBG 34 in corrispondenza del bordo di uscita 14, atto a misurare una deformazione del bordo di uscita 14, in particolare per misurare la pressione statica P?; - at least a fourth FBG sensor 34 at the trailing edge 14, suitable for measuring a deformation of the trailing edge 14, in particular for measuring the static pressure P?;
- almeno un quinto sensore FBG 35 atto a misurare una deformazione di detta almeno una centina 22 per misurare la temperatura esterna Text al cassone alare 1. - at least a fifth FBG sensor 35 able to measure a deformation of said at least one rib 22 to measure the external temperature Text to the wing box 1.
Pi? in dettaglio, detta almeno una centina 22 ha una porzione anteriore, disposta in corrispondenza del bordo di attacco 11, in particolare a contatto con il bordo di attacco 11; una porzione superiore, disposta in corrispondenza del dorso 12, in particolare a contatto con il dorso 12; una porzione inferiore, disposta in corrispondenza del ventre 13, in particolare a contatto con il ventre 13; e una porzione posteriore disposta in corrispondenza del bordo di uscita 14, in particolare a contatto con il bordo di attacco 14. Pi? in detail, said at least one rib 22 has a front portion, arranged in correspondence with the leading edge 11, in particular in contact with the leading edge 11; an upper portion, arranged in correspondence with the back 12, in particular in contact with the back 12; a lower portion, arranged in correspondence with the belly 13, in particular in contact with the belly 13; and a rear portion arranged at the trailing edge 14, in particular in contact with the leading edge 14.
Detto almeno un primo sensore FBG 31 ? disposto, in particolare fissato a detta porzione anteriore. Said at least a first sensor FBG 31 ? arranged, in particular fixed to said front portion.
Detti almeno tre secondi sensori FBG 32 sono disposti, in particolare fissati, a detta porzione superiore. Said at least three second FBG sensors 32 are arranged, in particular fixed, to said upper portion.
Detti almeno tre secondi terzi sensori FBG 33 sono disposti, in particolare fissati, a detta porzione inferiore. Said at least three second third sensors FBG 33 are arranged, in particular fixed, to said lower portion.
Detto almeno un quarto sensore FBG 34 ? disposto, in particolare fissato, a detta porzione posteriore. Said at least a fourth FBG 34 sensor ? arranged, in particular fixed, to said rear portion.
Detto almeno un quinto sensore 35 pu? essere disposto, in particolare fissato, ad una qualsiasi porzione, in particolare ad una qualsiasi delle suddette porzioni, della centina 22. Said at least a fifth sensor 35 pu? be arranged, in particular fixed, to any portion, in particular to any of the aforementioned portions, of the rib 22.
Detti sensori FBG 31, 32, 33, 34, 35 possono ad esempio essere integrati nella centina 22. Said FBG sensors 31, 32, 33, 34, 35 can for example be integrated in the rib 22.
?FBG? ? l?acronimo di Fiber Bragg Grating, ossia reticolo di Bragg in fibra o fibra a reticolo di Bragg o fibra a griglia di Bragg. ?FBG? ? the acronym of Fiber Bragg Grating, i.e. fiber Bragg grating or fiber Bragg grating or fiber Bragg grating.
Ciascun sensore FBG 31, 32, 33, 34, 35 definisce un punto o zona di misura, ossia a ciascun sensore FBG 31, 32, 33, 34, 35 corrisponde un punto o zona di misura. Il numero di sensori FBG dipende, in particolare, dalla superficie alare. Each FBG sensor 31, 32, 33, 34, 35 defines a measurement point or area, ie each FBG sensor 31, 32, 33, 34, 35 corresponds to a measurement point or area. The number of FBG sensors depends, in particular, on the wing area.
Pu? essere prevista una fibra ottica (non illustrata) provvista di detta pluralit? di sensori FBG 31, 32, 33, 34, 35, oppure pu? essere provvista pi? di una fibra ottica, ciascuna provvista di alcuni di detti sensori FBG 31, 32, 33, 34, 35. Can? be provided an optical fiber (not shown) provided with said plurality? of sensors FBG 31, 32, 33, 34, 35, or pu? be provided more of an optical fiber, each provided with some of said FBG sensors 31, 32, 33, 34, 35.
Opzionalmente, due o pi? centine di detta pluralit? di centine 21, 22, 23, 24, 25 sono provviste, ciascuna, di detta pluralit? di sensori FBG 31, 32, 33, 34, 35, ossia di una rispettiva pluralit? di sensori FBG 31, 32, 33, 34, 35. Optionally, two or more? hundreds of said plurality? of ribs 21, 22, 23, 24, 25 are each provided with said plurality? of FBG sensors 31, 32, 33, 34, 35, i.e. of a respective plurality? of FBG 31, 32, 33, 34, 35 sensors.
La pressione locale sul dorso Piu ? anche denominata pressione locale sopra l?ala, o pressione locale up; la pressione locale sul ventre Pil ? anche denominata pressione locale sotto l?ala, o pressione locale down; P0 ? in particolare la pressione di ristagno nel free stream; P? ? in particolare la pressione statica nel free stream. The local pressure on the back Piu ? also called local pressure above the wing, or local pressure up; the local pressure on the belly GDP ? also called local pressure under the wing, or local pressure down; P0 ? in particular the stagnation pressure in the free stream; P? ? in particular the static pressure in the free stream.
Come gi? detto, l?invenzione riguarda anche un sistema per misurare parametri Xi relativi ad un cassone alare 1. Oltre a detto cassone alare 1, il sistema comprende: How already? said, the invention also relates to a system for measuring parameters Xi relating to a wing box 1. In addition to said wing box 1, the system comprises:
- un interrogatore ottico 4 connesso a detta pluralit? di sensori FBG 31, 32, 33, 34, 35; - an optical interrogator 4 connected to said plurality? of FBG sensors 31, 32, 33, 34, 35;
e almeno un?unit? di controllo elettronico 5, o centralina di elaborazione dati, connessa all?interrogatore ottico 4. and at least one? unit? control unit 5, or data processing unit, connected to the optical interrogator 4.
L?interrogatore ottico 4, in particolare, pu? comprendente una sorgente di luce, e un analizzatore di spettro. Preferibilmente, l?interrogatore ottico 4, in particolare, ? atto a ricevere ?(t), in particolare in formato analogico, e a digitalizzare ?(t), in particolare in formato binario, da inviare all?unit? di controllo elettronico 5. The optical interrogator 4, in particular, can? comprising a light source, and a spectrum analyzer. Preferably, the optical interrogator 4, in particular, ? able to receive ?(t), in particular in analog format, and to digitize ?(t), in particular in binary format, to be sent to the unit? electronic control 5.
L?unit? di controllo elettronico 5 pu? essere hardware e/o software. The unit electronic control 5 pu? be hardware and/or software.
L?unit? di controllo elettronico 5 ? configurata per calcolare: The unit electronic control 5 ? configured to calculate:
a) to)
- detta pressione di ristagno P0, in funzione della deformazione misurata da detto almeno un primo sensore FBG 31; - said stagnation pressure P0, as a function of the deformation measured by said at least one first sensor FBG 31;
- dette pressioni locali sul dorso Piu, ciascuna in funzione della deformazione misurata da un rispettivo secondo sensore FBG 32; - said local pressures on the back Piu, each as a function of the deformation measured by a respective second sensor FBG 32;
- dette pressioni locali sul ventre Pil, ciascuna in funzione della deformazione misurata da un rispettivo terzo sensore FBG 33; - said local pressures Pil on the belly, each as a function of the deformation measured by a respective third sensor FBG 33;
- detta pressione statica P?, in funzione della deformazione misurata da detto almeno un quarto sensore FBG 34; e - said static pressure P?, as a function of the deformation measured by said at least one fourth sensor FBG 34; And
- detta temperatura esterna Text, in funzione della deformazione misurata da detto almeno un quinto sensore FBG 35; - said external temperature Text, as a function of the deformation measured by said at least one fifth sensor FBG 35;
e/o and/or
b) per calcolare la frequenza di vibrazione caratteristica ?c del cassone alare (1) mediante analisi in frequenza delle lunghezze d?onda ?(t) in funzione del tempo t relative a ciascun sensore FBG 31, 32, 33, 34, 35 con la Fast Fourier Transform; in particolare in cui se, ad un tempo t, si verifica che | ? - ?c |/ ?c > x/100 viene segnalata almeno una anomalia, con x preferibilmente da 0,5 a 20. b) to calculate the characteristic vibration frequency ?c of the wing box (1) by analyzing the frequency of the wavelengths ?(t) as a function of time t relating to each FBG sensor 31, 32, 33, 34, 35 with the Fast Fourier Transform; in particular where if, at a time t, it occurs that | ? - ?c |/ ?c > x/100 at least one anomaly is signalled, with x preferably from 0.5 to 20.
Vantaggiosamente, dall?analisi in frequenza delle lunghezze d?onda ?(t) con la FFT (Fast Fourier Transform) ? possibile estrapolare la frequenza di vibrazione caratteristica (?c) della wing box 1. Advantageously, from the frequency analysis of the wavelengths ?(t) with the FFT (Fast Fourier Transform) ? possible to extrapolate the characteristic vibration frequency (?c) of wing box 1.
Ci saranno anomalie se il valore relativo della frequenza rilevata differisce per pi? di un certo valore percentuale da ?c , cio? se | ? - ?c |/ ?c > x/100. In particolare, x ? dipendente dal profilo alare. There will be anomalies if the relative value of the detected frequency differs by more than? of a certain percentage value from ?c , cio? if | ? - ?c |/ ?c > x/100. In particular, x ? dependent on the airfoil.
Dalle caratteristiche strutturali del cassone alare 1 e dalla differenza tra i valori misurati con la FFT ed i valori in condizioni standard delle frequenze di vibrazione si pu? determinare il tipo di anomalia cha ha causato la variazione di frequenza. Detta anomalia pu? essere, in particolare: formazione di ghiaccio sulla superficie alare; stress strutturali tali da determinare cedimenti; e/o anomalie strutturali tali da determinare cedimenti strutturali. From the structural characteristics of the wing box 1 and from the difference between the values measured with the FFT and the values in standard conditions of the vibration frequencies, one can? determine the type of anomaly that caused the frequency variation. This anomaly can be, in particular: formation of ice on the wing surface; structural stresses such as to determine failures; and/or structural anomalies such as to determine structural failures.
L?unit? di controllo elettronico 5 ? in particolare configurata per calcolare dette pressione di ristagno P0, pressioni locali sul dorso Piu, pressioni locali sul ventre Pil e pressione statica P?, The unit electronic control 5 ? in particular configured to calculate said stagnation pressure P0, local pressures on the back Piu, local pressures on the belly Pil and static pressure P?,
secondo la formula Pi = E * ?i (t), according to the formula Pi = E * ?i (t),
dove Where
Pi pu? essere: la P0 misurabile mediante ciascun primo sensore FBG 31, oppure la Piu misurabile mediante ciascun secondo sensore FBG 32, oppure la Pil misurabile mediante ciascun terzo sensore 33, oppure la P? misurabile mediante ciascun quarto sensore FBG 34, Pi pu? be: the P0 measurable by means of each first FBG sensor 31, or the Piu measurable by means of each second FBG sensor 32, or the Pil measurable by means of each third sensor 33, or the P? measurable via each fourth FBG 34 sensor,
E ? il modulo di Young del materiale con cui ? realizzata detta almeno una centina (22), AND ? the Young's modulus of the material with which ? made said at least a hundred (22),
?i (t) ? la deformazione, in particolare la deformazione lineare, in funzione del tempo t misurata da un sensore FBG 31, 32, 33, 34, 35 di detta pluralit? di sensori FBG. ?i (t) ? the deformation, in particular the linear deformation, as a function of time t measured by an FBG sensor 31, 32, 33, 34, 35 of said plurality? of FBG sensors.
Ad esempio, per misurare un valore di Piu, ossia Pu i-esimo, mediante un i-esimo secondo sensore FBG 32, nella formula si utilizza la deformazione misurata da detto i-esimo secondo sensore FBG 32. For example, to measure a value of Piu, i.e. Pu i-th, by means of an i-th second sensor FBG 32, the deformation measured by said i-th second sensor FBG 32 is used in the formula.
Vantaggiosamente, i valori di P0, Piu, Pil e P?, possono essere utilizzati per calcolare altri parametri di interesse. Advantageously, the values of P0, Piu, Pil and P? can be used to calculate other parameters of interest.
In particolare, l?unit? di controllo elettronico 5 ? pu? essere configurata per calcolare, in particolare per ogni punto di misura, ossia per ogni primo, secondo, terzo e quarto sensore FBG 31, 32, 33, 34: In particular, the unit? electronic control 5 ? can? be configured to calculate, in particular for each measuring point, i.e. for each first, second, third and fourth FBG 31, 32, 33, 34 sensor:
- il coefficiente di pressione Cpu sul dorso 12 (o coefficiente di pressione sopra l?ala) secondo la formula Cpu = (Piu - P?) / (P0 - P?); - the pressure coefficient Cpu on the back 12 (or pressure coefficient above the wing) according to the formula Cpu = (Piu - P?) / (P0 - P?);
- il coefficiente di pressione Cpl sul ventre 13 (o coefficiente di pressione sotto l?ala) secondo la formula Cpl = (Pil - P?) / (P0 - P?). - the pressure coefficient Cpl on the belly 13 (or pressure coefficient under the wing) according to the formula Cpl = (Pil - P?) / (P0 - P?).
E? chiaro che vengono utilizzati i valori di deformazione misurati mediante i suddetti sensori FBG 31, 32, 33, 34, 35. AND? It is clear that the strain values measured by the aforementioned FBG 31, 32, 33, 34, 35 sensors are used.
Inoltre, l?unit? di controllo elettronico 5 pu? essere configurata per calcolare: - il coefficiente di portanza CL del cassone alare 1 Furthermore, the unit? electronic control 5 pu? be configured to calculate: - the lift coefficient CL of the wing box 1
secondo la formula according to the formula
con with
XTE = posizione del bordo d?uscita 14; XTE = position of trailing edge 14;
XLE = posizione del bordo d?attacco 11; XLE = position of leading edge 11;
- e preferibilmente per calcolare la forza di portanza L (o portanza) - and preferably to calculate the lift force L (or lift)
secondo la formula according to the formula
L = ? ?t,h V<2 >S CL L = ? ?t,h V<2 >S CL
con with
?t,h = densit? dell?aria, in particolare in funzione della temperatura e della quota; V = velocit? di volo; ?t,h = density? of the air, in particular as a function of temperature and altitude; V = speed? of flight;
S = superficie alare del cassone alare 1. S = wing area of wing box 1.
XTE (posizione del bordo d?uscita 14) e XLE (posizione del bordo d?attacco 11) sono in particolare il punto geometricamente pi? arretrato del profilo alare del cassone alare 1 e il punto geometricamente pi? avanzato del profilo alare. XTE (position of the trailing edge 14) and XLE (position of the leading edge 11) are in particular the geometrically closest point? rear of the airfoil of the wing box 1 and the point geometrically pi? advanced airfoil.
Inoltre, l?unit? di controllo elettronico 5 pu? essere configurata per calcolare l?angolo di attacco ? del cassone alare 1 secondo la formula Furthermore, the unit? electronic control 5 pu? be configured to calculate the? angle of attack ? of the wing box 1 according to the formula
? = arcos ((? ?t,h V<2 >cl) * (1/ ?P)) ? = arcs ((? ?t,h V<2 >cl) * (1/ ?P))
con with
?P = ?Pil - ?Piu; ?P = ?GDP - ?Piu;
cl = coefficiente di portanza di sezione alare; cl = wing section lift coefficient;
?t,h = la densit? dell'aria, in particolare in funzione della temperatura e della quota; V = la velocit? di volo. ?t,h = the density? of the air, in particular as a function of temperature and altitude; V = the speed? of flight.
Pi? in dettaglio, data una sezione alare (Fig. 4) del cassone alare 1 di lunghezza c (corda), larghezza b, la superficie di sezione sar? dS = b*c. Pi? in detail, given a wing section (Fig. 4) of the wing box 1 of length c (chord), width b, the section surface will be? dS = b*c.
La metodologia prevede la misura della pressione locale Piu, e Pil ed il calcolo della differenza di pressione ?P fra ventre 13 e dorso 12 della sezione del profilo alare ?P = ?Pil - ?Piu The methodology provides for the measurement of the local pressure Piu, and Pil and the calculation of the pressure difference ?P between the belly 13 and the back 12 of the airfoil section ?P = ?Pil - ?Piu
Dalla relazione seguente From the following report
L = ? P dS cos ? L = ? P dS what?
si ottiene la quantit? you get the amount?
dL/dS = ?P * cos ?, dL/dS = ?P * cos ?,
con with
dL = portanza della sezione alare. dL = lift of the wing section.
La quantit? dL/dS pu? essere espressa dalla relazione: The quantity? dL/dS can? be expressed by the relation:
dL/dS = ? ? V<2 >cl dL/dS = ? ? V<2 >cl
con with
cl = coefficiente di portanza di sezione calcolato come: cl = section lift coefficient calculated as:
l?angolo ? ? calcolato usando la suddetta relazione: the corner ? ? calculated using the above relationship:
? = arcos ((? ? V<2 >cl) * (1/ ?P)). ? = arcos ((? ? V<2 >cl) * (1/ ?P)).
Con sezione alare si intende in particolare la superficie ottenuta sezionando il cassone alare con un piano perpendicolare al dorso-ventre e passante per la corda. By wing section we mean in particular the surface obtained by sectioning the wing box with a plane perpendicular to the back-belly and passing through the chord.
In alternativa, l?angolo di attacco ? pu? essere calcolato, in particolare mediante l?unit? di controllo elettronico 5, nella seguente modalit?, in particolare secondo la teoria del profilo alare sottile. Alternatively, the angle of attack ? can? be calculated, in particular by means of the unit? of electronic control 5, in the following modality, in particular according to the thin airfoil theory.
Calcolo di cl , coefficiente di portanza della sezione Calculation of cl , lift coefficient of the section
cl = L / (? ? V<2 >l) cl = L / (? ? V<2 >l)
con with
L = Portanza L = lift
l = c = corda l = c = chord
cl = 2 ? ? ? ? radianti. cl = 2 ? ? ? ? radians.
Generalizzando, dalla relazione Generalizing, from the relation
cl = cl0 2 ? ? cl = cl0 2 ? ?
con with
cl0 = coefficiente di portanza per ? = 0 cl0 = lift coefficient for ? = 0
si ottiene you get
? = (cl - cl0) / (2 ?). ? = (cl - cl0) / (2 ?).
L?unit? di controllo elettronico 5 pu? anche essere configurata per calcolare V?, (velocit? di flusso libero o velocit? del corpo che attraversa il fluido o del velivolo). In particolare, i coefficienti di pressione Cpu (coefficiente di pressione up) e Cpl (coefficiente di pressione low) sono esprimibili anche dalla relazione The unit electronic control 5 pu? also be configured to calculate V?, (speed of free flow or speed of the body passing through the fluid or of the aircraft). In particular, the pressure coefficients Cpu (up pressure coefficient) and Cpl (low pressure coefficient) can also be expressed by the equation
Cpu = (?Piu - P?) / (? ? V?<2>) Cpu = (?More - P?) / (? ? V?<2>)
Cpl = (?Pil - P?) / (? ? V?<2>) Cpl = (?GDP - P?) / (? ? V?<2>)
da cui from which
V? = (2 (P0 - P?) / ?) <?>. V? = (2 (P0 - P?) / ?) <?>.
Il sistema pu? anche fornire una misura di flusso, in particolare da laminare a turbolento. The system can also provide a measure of flow, especially from laminar to turbulent.
Infatti, il coefficiente di portanza di un velivolo ad ala fissa varia con l'angolo di attacco. L'aumento dell'angolo di attacco ? associato all'aumento del coefficiente di portanza fino al massimo coefficiente di portanza, dopodich? il coefficiente di portanza diminuisce e la separazione del flusso d?aria dalla superficie superiore dell'ala diventa pi? pronunciata (il regime di flusso passa da laminare a turbolento). La curva di portanza ? anche influenzata dalla forma dell'ala, inclusa la sua sezione del profilo alare e la forma in pianta dell'ala. In fact, the lift coefficient of a fixed-wing aircraft varies with angle of attack. Increased angle of attack? associated with the increase in the coefficient of lift up to the maximum coefficient of lift, after which? the coefficient of lift decreases and the separation of the flow of air from the upper surface of the wing becomes more? pronounced (the flow regime changes from laminar to turbulent). The lift curve? also affected by the shape of the wing, including its airfoil section and the planform of the wing.
In termini generali, i suddetti parametri Xi relativi ad un cassone alare 1 misurabili con un sistema dell?invenzione sono, in particolare, dipendenti dalla deformazione del cassone alare 1, comprendono: In general terms, the aforementioned parameters Xi relating to a wing box 1 measurable with a system of the invention are, in particular, dependent on the deformation of the wing box 1, they include:
[P0; Piu; Pil; P?; Text] e/o [?c] (frequenza di vibrazione caratteristica della wing box 1); e preferibilmente uno o pi?, preferibilmente tutti, dei seguenti parametri: Portanza L, Angolo di attacco ?, Coefficiente di portanza CL, Coefficiente di pressione Cp, Velocita del velivolo V?; e opzionalmente variazione di flusso sulla wing box 1 da laminare a turbolento. [P0; More; GDP; P?; Text] and/or [?c] (characteristic vibration frequency of wing box 1); and preferably one or more, preferably all, of the following parameters: lift L, angle of attack ?, lift coefficient CL, pressure coefficient Cp, speed of the aircraft V?; and optionally flow variation on wing box 1 from laminar to turbulent.
?c pu? vantaggiosamente essere utilizzata per rilevare la formazione di ghiaccio sulla superficie alare del cassone alare 1, e/o per rilevare stress strutturali tali da determinare cedimenti strutturali, e/o per rilevare anomalie strutturali tali da determinare cedimenti strutturali. ?c can? advantageously be used to detect the formation of ice on the wing surface of the wing box 1, and/or to detect structural stresses such as to determine structural failures, and/or to detect structural anomalies such as to determine structural failures.
Vantaggiosamente, l?unit? di controllo elettronico 5 pu? essere configurata in modo che a ciascuno dei parametri Xi sia associato un rispettivo valore di soglia Xi* predeterminato. Advantageously, the unit? electronic control 5 pu? be configured so that each of the parameters Xi is associated with a respective predetermined threshold value Xi*.
E? preferibilmente previsto almeno un pannello di controllo 6 provvisto di un indicatore per ciascun parametro Xi e di mezzi di segnalazione, ad esempio comprendenti una spia di allarme, che vengono attivati quando Xi> Xi*. Pu? anche essere previsto un sistema di intervento automatico e/o un sistema di intervento manuale, per intervenire quando Xi> Xi*. AND? at least one control panel 6 is preferably provided, provided with an indicator for each parameter Xi and signaling means, for example comprising an alarm light, which are activated when Xi> Xi*. Can? also be provided for an automatic intervention system and/or a manual intervention system, to intervene when Xi> Xi*.
Come gi? detto, l?invenzione riguarda anche un metodo per misurare parametri (Xi) relativi ad un cassone alare 1, in particolare mediante il suddetto sistema, How already? said, the invention also relates to a method for measuring parameters (Xi) relating to a wing box 1, in particular by means of the aforementioned system,
in cui in which
a) to)
- detta pressione di ristagno P0 viene calcolata in funzione della deformazione misurata da detto almeno un primo sensore FBG 31; - said stagnation pressure P0 is calculated as a function of the deformation measured by said at least one first sensor FBG 31;
- ciascuna pressione locale sul dorso Piu viene calcolata in funzione della deformazione misurata dal rispettivo secondo sensore FBG 32; - each local pressure on the Piu back is calculated according to the deformation measured by the respective second sensor FBG 32;
- ciascuna pressione locale sul ventre Pil viene calcolata in funzione della deformazione misurata dal rispettivo terzo sensore FBG 33; - each local pressure on the belly Pil is calculated as a function of the deformation measured by the respective third sensor FBG 33;
- detta pressione statica P? viene calcolata in funzione della deformazione misurata da detto almeno un quarto sensore FBG 34; e - called static pressure P? is calculated as a function of the strain measured by said at least a fourth FBG sensor 34; And
- detta temperatura esterna Text viene calcolata in funzione della deformazione misurata da detto almeno un quinto sensore FBG 35; - said external temperature Text is calculated as a function of the deformation measured by said at least one fifth sensor FBG 35;
e/o and/or
b) la frequenza di vibrazione caratteristica ?c del cassone alare (1) viene calcolata mediante analisi in frequenza delle lunghezze d?onda ?(t) in funzione del tempo t relative a ciascun sensore FBG 31, 32, 33, 34, 35 con la Fast Fourier Transform; in particolare in cui se, ad un tempo t, si verifica che | ? - ?c |/ ?c > x/100 viene segnalata almeno una anomalia, con x preferibilmente da 0,5 a 20. b) the characteristic vibration frequency ?c of the wing box (1) is calculated by frequency analysis of the wavelengths ?(t) as a function of time t relating to each FBG sensor 31, 32, 33, 34, 35 with the Fast Fourier Transform; in particular where if, at a time t, it occurs that | ? - ?c |/ ?c > x/100 at least one anomaly is signalled, with x preferably from 0.5 to 20.
In particolare, dette pressione di ristagno P0, pressioni locali sul dorso Piu, pressioni locali sul ventre Pil, e pressione statica P?, In particular, called stagnation pressure P0, local pressures on the back Piu, local pressures on the belly Pil, and static pressure P?,
sono calcolate secondo la suddetta formula Pi = E * ?i (t), are calculated according to the above formula Pi = E * ?i (t),
Il metodo prevede preferibilmente di calcolare: The method preferably involves calculating:
- il coefficiente di pressione Cpu sul dorso 12 - the Cpu pressure coefficient on the back 12
secondo la formula Cpu = (Piu - P?) / (P0 - P?); according to the formula Cpu = (Piu - P?) / (P0 - P?);
- il coefficiente di pressione Cpl sul ventre (13) - the pressure coefficient Cpl on the belly (13)
secondo la formula Cpl = (Pil - P?) / (P0 - P?). according to the formula Cpl = (GDP - P?) / (P0 - P?).
Il metodo prevede preferibilmente di calcolare: The method preferably involves calculating:
il coefficiente di portanza CL del cassone alare (1) the lift coefficient CL of the wing box (1)
secondo la formula according to the formula
Il metodo prevede preferibilmente di calcolare: The method preferably involves calculating:
l?angolo di attacco ? del cassone alare (1) secondo la formula the angle of attack ? of the wing box (1) according to the formula
? = arcos ((? ?t,h V<2 >cl) * (1/ ?P)) ? = arcs ((? ?t,h V<2 >cl) * (1/ ?P))
oppure secondo la formula or according to the formula
? = (cl - cl0) / (2 ?). ? = (cl - cl0) / (2 ?).
E? chiaro che un metodo secondo l?invenzione pu? prevedere anche la misurazione di uno o pi? degli altri parametri, in particolare Xi, descritti con riferimento alla configurazione dell?unit? di controllo elettronico 5. AND? clear that a method according to the invention can? also provide for the measurement of one or more? of the other parameters, in particular Xi, described with reference to the configuration of the unit? electronic control 5.
Tornando ai sensori FBG 31, 32, 33, 34, 35, ciascuno di essi ?, in particolare, un sensore ottico, pi? in particolare un sensore strain guage di tipo ottico. Returning to the FBG sensors 31, 32, 33, 34, 35, each of them is, in particular, an optical sensor, more in particular an optical type strain guage sensor.
Di seguito vengono fornite alcune informazioni non-limitative relative ai sensori FBG 31, 32, 33, 34, 35. Some non-limiting information relating to FBG 31, 32, 33, 34, 35 sensors is provided below.
Principio di misura di un sensore FBG Measurement principle of an FBG sensor
La Fibra a Reticolo di Bragg ? una microstruttura periodica che agisce riflettendo selettivamente le lunghezze d'onda come uno specchio. Ci? significa che se la luce proveniente da una sorgente a banda larga viene introdotta nella fibra ottica, solo quella avente una larghezza di banda spettrale molto stretta, centrata sulla lunghezza d'onda di Bragg, verr? riflessa indietro dalla griglia. La luce restante continuer? il suo percorso lungo la fibra ottica fino alla successiva griglia di Bragg senza subire alcuna perdita. La fibra a griglia di Bragg ? una struttura simmetrica, per cui rifletter? sempre la luce alla lunghezza d'onda di Bragg, senza che il lato da cui essa proviene abbia alcuna importanza. Fiber Bragg grating? a periodic microstructure that acts by selectively reflecting wavelengths like a mirror. There? This means that if light from a broadband source is introduced into the optical fiber, only that having a very narrow spectral bandwidth, centered on the Bragg wavelength, will come in. reflected back from the grid. Will the remaining light continue? its path along the optical fiber to the next Bragg grating without experiencing any losses. Fiber Bragg grating? a symmetrical structure, for which reflect? always light at the Bragg wavelength, regardless of which side it comes from is of any importance.
La lunghezza d'onda di Bragg (?B) viene essenzialmente definita dal periodo della microstruttura e dall'indice di rifrazione del nucleo (nef). The Bragg wavelength (?B) is essentially defined by the period of the microstructure and the refractive index of the nucleus (nef).
La Fibra a Reticolo di Bragg possiede una caratteristica univoca per comportarsi come un sensore. Ad esempio, quando la fibra viene tirata o compressa, la FBG misurer? delle deformazioni. Ci? accade sostanzialmente perch? la deformazione della fibra ottica provoca il cambiamento del periodo della microstruttura e, di conseguenza, della lunghezza d'onda di Bragg. A causa dell'effetto fotoelastico, si ha anche un certo contributo della variazione dell'indice di rifrazione. Fiber Bragg grating has a unique characteristic to behave like a sensor. For example, when the fiber is pulled or compressed, the FBG will measure? of deformations. There? happens basically because? the deformation of the optical fiber causes the change of the period of the microstructure and, consequently, of the Bragg wavelength. Due to the photoelastic effect, there is also a certain contribution from the variation of the refractive index.
Anche la sensibilit? alla temperatura ? intrinseca alla Fibra a Reticolo di Bragg. In tal caso, il contributo principale al cambiamento della lunghezza d'onda ? la variazione dell'indice di rifrazione della silice, indotta dall'effetto termo-ottico. Si aggiunge anche il contributo della dilatazione termica, la quale altera il periodo della microstruttura. Tuttavia quest'ultimo effetto ? marginale, dato il basso coefficiente di dilatazione termica della silice. Sensitivity too? at the temperature? intrinsic to Fiber Bragg grating. If so, the main contributor to the wavelength change ? the variation of the refractive index of silica, induced by the thermo-optical effect. The contribution of thermal expansion is also added, which alters the period of the microstructure. However, the latter effect? marginal, given the low coefficient of thermal expansion of silica.
Dipendenza dalla deformazione di un sensore FBG Strain dependence of an FBG sensor
La dipendenza dalla deformazione della Fibra a Reticolo di Bragg si determina derivando la lunghezza d'onda: The strain dependence of the Fiber Bragg grating is determined by deriving the wavelength:
?e ? sensibilit? alla deformazione della griglia di Bragg ?And ? sensitivity? to the deformation of the Bragg grid
pe ? costante fotoelastica (variazione dell'indice di rifrazione con tensione assiale) Il pe della fibra ottica ?: for ? photoelastic constant (variation of the refractive index with axial tension) The pe of the optical fiber ?:
Ne consegue che la sensibilit? alla deformazione della FBG ? data dall'espressione It follows that the sensitivity? to the deformation of the FBG ? given by the expression
la quale, per FBG ad esempio @1550 nm ?: which, for example for FBG @1550 nm ?:
Dipendenza dalla temperatura di un sensore FBG Temperature dependence of an FBG sensor
Similmente alla dipendenza dalla deformazione della Fibra a Reticolo di Bragg (FBG), la dipendenza alla temperatura si determina derivando l'espressione della lunghezza d'onda: Similar to the strain dependence of Fiber Bragg Grating (FBG), the temperature dependence is determined by deriving the wavelength expression:
? sensibilit? termica della griglia di Bragg ? sensitivity? temperature of the Bragg grid
? coefficiente di dilatazione termica della fibra ? coefficient of thermal expansion of the fiber
? coefficiente termo-ottico (dipendenza dell'indice di rifrazione dalla temperatura) ? thermo-optic coefficient (dependence of the refractive index on temperature)
Per semplificare il calcolo della sensibilit? alla temperatura, si pu? presumere che questi valori restino costanti per il campo di temperatura: To simplify the calculation of the sensitivity? at the temperature, you can? assume that these values remain constant over the temperature range:
Per cui la sensibilit? termica approssimativa ? data da Why the sensitivity? approximate thermal? given by
che, per un sensore FBG ad esempio @1550 nm ?: which, for an FBG sensor for example @1550 nm?:
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