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Pruebas de vibración y acústica en aviones de combate de EUA

En colaboración con Lockheed Martin durante muchos años, Brüel & Kjær está respaldando la demanda de ingeniería “adecuada a la primera” y suministrando soluciones confiables, de alta calidad y enfocadas en objetivos para pruebas y análisis de ruido y vibraciones. 

Esta asociación está ayudando a garantizar el alto rendimiento de algunas de las máquinas tecnológicamente, más sofisticadas, jamás construidas.

En un mundo en donde dominan la velocidad y la potencia, los ajustados cronogramas de desarrollo significan, que el tiempo es fundamental.

El análisis de ruido y las pruebas de vibración dentro de la industria aeroespacial y de defensa deben realizarse en un período de tiempo corto y producir datos precisos, que se almacenan de forma segura.

Los objetos de prueba complejos y costosos no siempre están disponibles y la fase de prueba, a menudo requiere recursos masivos, por lo que es imperativo que la prueba sea exitosa la primera vez.

Las principales áreas comerciales de Lockheed Martin incluyen: aeronáutica, control de misiles y fuego, así como sistemas espaciales.

Y con la colaboración con Brüel & Kjær, se han incluido, pruebas de análisis de ruido para el programa de aviones de combate F-35 y soluciones de pruebas de vibración, para aviones de combate, misiles y satélites.

Avion-combate

Asociaciones globales

Es en Fort Worth, Texas, famoso por su ambiente fronterizo, donde se fabrica el sofisticado avión de combate, de quinta generación, de Lockheed Martin.

La creación de un avión de combate sin precedente requiere una colaboración sin precedentes y muchas asociaciones globales diferentes, han ayudado a crear el F-35 Lightning II, un caza polivalente de quinta generación.

Quizás sea poco conocido que los mejores expertos en acústica del mundo de Brüel & Kjær, han contribuido al desarrollo de este avión.

Uno de los ingenieros acústicos del F-35 en Lockheed Martin, es Egbert Hood y ha estado trabajando con Brüel & Kjær durante los últimos 5 años:

“Los especialistas acústicos de Brüel & Kjær, realmente entienden nuestros requisitos y me han impresionado con su capacidad de previsión y nuestras necesidades de software y hardware, lo que nos permite, estar al tanto de lo que sucede en la industria. Brüel & Kjær, también nos ha brindado un valioso soporte remoto, incluso en un caso me ayudó a reconfigurar el sistema de análisis de ruido en el campo para que pudiéramos continuar con las pruebas”.

Egbert Hood agrega: “En general, el programa F-35 está probando muchos aspectos diferentes del avión de combate y estamos trabajando con muchas personas. Para el análisis de ruido alrededor de la aeronave, no podemos dictar el cronograma de pruebas o rehacer una prueba acústica, por lo que es importante, que el hardware y el software sean confiables y que realicemos las pruebas correctamente la primera vez. Estoy feliz de decir que, con Brüel & Kjær, hemos podido hacer esto”.

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Dos F-35B transportando a MCAS Yuma.

Huellas acústicas en todas las condiciones

El F-35 monomotor se fabrica en tres versiones:

  • F-35A despegue y aterrizaje convencional (CTOL)
  • F-35B despegue corto/aterrizaje vertical (STOVL)
  • Variante de transporte F-35C (CV)

Todas las variantes del F-35 Lightning II utilizan el motor de combate más potente del mundo, el Pratt & Whitney F135. 

Para la variante F-35B, la funcionalidad de despegue corto y aterrizaje vertical brinda la capacidad única de operar desde una variedad de barcos, carreteras y zonas de combate de primera línea, brindando flexibilidad en muchos escenarios.

Similar a un helicóptero que antes de aterrizar puede volar estacionario, justo por encima del suelo, la variante de despegue corto/aterrizaje vertical (STOVL) del F-35B, tiene la capacidad de flotar. Esto es posible gracias al sistema de propulsión LiftFan®, accionado por eje patentado por Rolls-Royce y una boquilla de escape del motor, que puede girar 90 grados, cuando está en modo STOVL.

El Rolls-Royce LiftSystem®, es el primero en permitir operaciones STOVL para aeronaves con capacidad supersónica. El personal de tierra que trabaja muy cerca de estos jets, está expuesto a un ruido mucho mayor.

La exposición al ruido es un desafío para el personal de tierra que trabaja muy cerca de esta aeronave, por ejemplo, en las cubiertas de los portaaviones. En este caso, el avión de combate entra verticalmente (lo que requiere mucha potencia) y la tripulación de apoyo puede estar de pie debajo de él, por lo tanto, queda más expuesto al ruido en comparación con un despegue/aterrizaje convencional.

El sistema de medición de ruido

Como parte del programa F-35, Lockheed Martin comenzó a utilizar una solución de prueba de ruido de rampa, basada en la plataforma PULSE de Brüel & Kjær, que luego se complementó con el software de análisis posterior PULSE Reflex. “Comenzamos en 2009 con el software LabShop y alrededor de 75 micrófonos”, explica Egbert. “Desde entonces, hemos tenido múltiples periodos de prueba, analizando el ruido, usando diferentes configuraciones de micrófonos. Estamos recopilando información sobre el ruido cerca del avión de combate, durante varias maniobras y durante aspectos particulares de la operación del F-35”.

La solución integrada implica unos 65-75 micrófonos dispuestos sobre la pista. Las señales de ruido, son recopiladas por un hardware de adquisición de datos, de alto rendimiento y los datos se entregan a un potente software de análisis, donde las mediciones pueden revisarse y analizarse fácilmente.

Uno de los objetivos, era establecer la huella acústica de las tres variantes del F-35, en todas las condiciones operativas relevantes, desde el despegue, el aterrizaje, el rodaje y el sobrevuelo, hasta el más desafiante de todos: “flotar”.

La solución se utilizó para adquirir y analizar, sin problemas, una gran cantidad de datos para todas las variantes del F-35, en diferentes condiciones, estableciendo las diversas huellas de ruido y ayudando a garantizar que la exposición al ruido sea limitada en todos estos entornos.

“Puedo decir, que seguimos usando los mismos micrófonos de Brüel & Kjær con los que comenzamos y siguen funcionando muy bien”, explica Egbert Hood. “A lo largo de los años, la adquisición de datos ha mejorado enormemente. Al principio, solíamos revisar los datos al final de un día de prueba y tomaba mucho tiempo procesarlos. Con el último software de adquisición de datos, los tiempos de análisis son tan rápidos que podemos procesar y revisar los datos durante la prueba real. Realmente apreciamos esta mayor eficiencia y flexibilidad adicional, y tenemos una gran confianza en los resultados que recibimos”.

Estos resultados se utilizan para informar las decisiones sobre la protección auditiva adecuada para el personal de tierra y, por ejemplo, para definir áreas alrededor de la aeronave, donde no deben ocurrir ciertas acciones.

Prueba de ruido de rampa

Las autoridades de aviación civil exigen pruebas de ruido de rampa, pero no es un requisito militar. El programa F-35, sin embargo, lleva a cabo pruebas de ruido de rampa, para proteger al personal de la exposición al ruido.

Se utiliza tradicionalmente para aeronaves civiles cuando están estacionadas en la pista, ya que las aeronaves, aún pueden ser ruidosas, incluso cuando sólo están funcionando los motores auxiliares.

  • Evalúa la exposición al ruido del personal de la aeronave y la tripulación de tierra.
  • Mapas de dónde proviene el ruido y los patrones de ruido.
  • Las pruebas de alta calidad tienen mayor importancia a medida que se evalúan nuevos materiales y diseños para el ruido exterior.
El personal de tierra trabaja muy cerca del avión de combate F-35, por ejemplo, en las cubiertas de los portaaviones.
El personal de tierra trabaja muy cerca del avión de combate F-35, por ejemplo, en las cubiertas de los portaaviones.

Pruebas de vibración para aplicaciones exigentes

Además de trabajar en conjunto con Lockheed Martin, Brüel & Kjær también colabora con ellos, en lo que respecta a pruebas de vibración complejas para garantizar la integridad y confiabilidad de aviones de combate, misiles y satélites.

Se llevan a cabo extensas pruebas de calificación de productos y pruebas de detección de estrés para garantizar, que estas aplicaciones exigentes, puedan mantener las condiciones de lanzamiento, implementación, transporte y operación a largo plazo.

Existen soluciones de prueba de vibración para pruebas de durabilidad, detección de estrés y pruebas de calificación de I+D. Lockheed Martin, ha estado sometiendo los sistemas F-35 a exhaustivos programas de prueba de vibración y algunos de los shakers LDS, refrigerados por agua V9x de Brüel & Kjær (V984) se están utilizando, por ejemplo, para probar conjuntos de misiles en Lufkin.

Para los sistemas espaciales, los shakers permiten poner a prueba los diferentes componentes para grantizar que puedan sobrevivir a los rigores de un lanzamiento. El registro de datos, es un componente crítico de las pruebas de vibración y la adquisición de datos es necesaria para medir lo que sucede, por ejemplo, en satélites y componentes en el lanzamiento. Debido al alto costo y la complejidad, las pruebas de
calificación de vibraciones satelitales se encuentran entre las pruebas más
monitoreadas y ejecutadas con más cuidado en el mundo. 

Las pruebas de vibración a menudo se ejecutan con cientos de canales de adquisición de datos simultánea y las pruebas de múltiples agitadores a menudo se ejecutan en cargas útiles extremadamente grandes o para una simulación de múltiples grados de libertad.

También te puede interesar nuestra nota – Qué si y que no hacer en el diseño de un sistema de pruebas de vibración https://midebien.com/que-si-y-que-no-hacer-en-el-diseno-de-un-sistema-de-pruebas-de-vibracion/

El sistema modular de adquisición de datos vibroacústico PULSE™ de 450 canales suministrado por Brüel & Kjær permite que los módulos individuales se utilicen libremente, como front-end independientes o colectivamente en configuraciones basadas en marcos, lo que lo hace adecuado para probar estructuras grandes como satélites y astronave.

Ideal para probar grandes sistemas aeroespaciales

Lockheed Martin utiliza, aproximadamente 450 canales LAN-XI para la adquisición de datos vibroacústicos. Basado en el hardware de adquisición de datos estándar, modular y comercial LAN-XI, la solución flexible, permite que los módulos individuales se utilicen libremente, ya sean, solos en el laboratorio, o en el centro de pruebas, o alternativamente montados juntos en un marco grande, Lockheed Martin puede sacar un módulo de un marco y usarlo en la sala de control, o de la forma que mejor se adapte a la prueba. Esta solución flexible la hace ideal para probar estructuras grandes, como satélites y naves espaciales.

La gran cantidad de canales admitidos, las altas frecuencias de muestreo de datos, la estrecha coincidencia de fase entre canales y la capacidad de manejar una amplia gama dinámica de entradas, hacen que la solución LAN-XI sea ideal para grandes sistemas aeroespaciales. Las herramientas de autodiagnóstico y verificación, están dedicadas a los sistemas de alto número de canales, lo que garantiza un rendimiento confiable, incluso en las configuraciones más complejas.

Colaboración de misión crítica

Lockheed Martin trabaja con líderes en sus campos, en todo el mundo, lo que da como resultado las soluciones más avanzadas.

En este entorno exigente, la confiabilidad y el alto rendimiento son primordiales, además las soluciones integrales de medición y análisis de ruido y vibraciones, deben proporcionar resultados precisos y rápidos.
Unir fuerzas con los líderes mundiales en pruebas acústicas y de vibraciones, es una colaboración exitosa, que ha durado más de una década.

Como comenta Egbert Hood, “La concietización sobre el ruido, es una alta prioridad para Lockheed Martin, y Brüel & Kjær, nos apoya con esto y nos ayuda de forma proactiva con las últimas soluciones”.

Esta es una colaboración en la que ambas partes se han beneficiado al compartir experiencias y trabajar con los productos más avanzados, dentro de marcos de tiempo, de diseño y desarrollo desafiantes. Juntos, expertos en ruido y vibraciones altamente calificados, han abordado algunas de las necesidades de ingeniería más avanzadas, considerando el análisis y la medición de los satélites, misiles y cazas más sofisticados, que la industria de defensa haya fabricado.

Bibliografía

Brüel & Kjaer, Testing Futuristic Fighter Jets (s.f.) Recuperado https://www.bksv.com/en/knowledge/blog/perspectives/futuristic-fighter-jets [febrero 2022]

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