Midiendo vibraciones en un neumático de avión con un vibrómetro 3-D

Midiendo vibraciones en un neumático de avión con un vibrómetro 3-D
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Nota de aplicación: los neumáticos son un componente de suma importancia que pueden ser afectados por bajas frecuencias de vibración, conoce cómo se lleva a cabo un análisis de vibración 3-D en un neumático de un avión A320.

Los neumáticos de las aeronaves son componentes críticos que deben cumplir con estándares de calidad muy altos. Las bajas frecuencias en los neumáticos pueden afectar el manejo de la aeronave mientras se mueve en la pista del aeropuerto lo que puede inducir una fatiga no deseada generada por las vibraciones en el tren de aterrizaje.

El análisis de vibración puede caracterizar la dinámica del neumático, determinar las frecuencias fundamentales y definir un modelo modal completo de la llanta. Con este modelo los ingenieros pueden evaluar de manera objetiva sus preocupaciones sobre el impacto de las vibraciones en los componentes adyacentes de los aviones.

Estos problemas tienen consecuencias muy reales ya que la vibración excesiva puede generar la fatiga prematura de los componentes y la falla de los mismos.

Configuración del experimento

Un neumático completo de un avión A320 fue preparado con un spray reflectante y se montó en un Shaker que fue controlado por una señal de excitación de ruido blanco. La respuesta de la vibración se midió en las direcciones radiales, tangenciales y axiales mediante un vibrómetro de escaneo 3-D localizado a 2.5 m de la llanta.

Se usó una alta densidad de puntos de medición con más de 100 puntos sobre el neumático y el centro del mismo.

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Imagen 1: Configuración del experimento y cuadricula del escaneo de la rueda del A320 

Debido a la naturaleza no periódica de la excitación del ruido blanco se usó una ventana de Hanning con el 66 % de superposición. Las formas de desviación operacionales (ODS), funciones de respuesta de frecuencias (FRF) y la coherencia se midieron de 30 a 40 Hz, las formas de desviación operacionales (ODS) se construyeron a partir de los datos. Se puede usar el software de análisis modal para un análisis más completo de los datos y para una verificación del modelo.

Resultados

La mayor parte de las resonancias ocurrieron a 37, 69 y 353 Hz. Las ODS a 37 Hz muestran una flexión pura del neumático (imagen 2a). A 353 Hz una oscilación de flexión en el centro es combinada con una forma de flexión superior (imagen 2b).

Las funciones de respuesta de frecuencia fueron limpiadas y las formas de deflexión fueron resueltas espacialmente de manera correcta. La coherencia se redujo a frecuencias entre resonancias, pero en la región cerca de los picos fueron suficientes para una verificación de análisis modal operacional.

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Imagen 2: Formas de desviación operacionales a 37 Hz (a) y a 353 Hz (b)

 

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Imagen 3: Promedio de la función de la respuesta de frecuencia

Conclusión

El vibrómetro de escaneo mejora la calidad del análisis modal experimental en los neumáticos de las aeronaves combinando un procedimiento de configuración simple con una alta densidad de puntos de medición. Obteniendo de manera fácil y rápida formas de deflexión sin perturbar la estructura. Estas mediciones representan una tendencia creciente en la industria aeroespacial para realizar pruebas 3-D en los componentes de aeronaves.

El montaje completo de la medición (incluyendo el Shaker y su controlador) fue provisto por SOPEMEA. Messier-Bugatti brindó el neumático para la prueba.

Polytec cuenta con una amplia variedad de instrumentos de medición de vibraciones sin contacto por medio de un láser. Soluciones ideales para alta frecuencia, muestras pequeñas, múltiples puntos, maquinaria rotativa, altas temperaturas y alta exactitud.

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Polytec, Applications. “Where the Rubber Hits the Runway”. En Aerospace Vibration Testing, pag. 8 / [documento en línea: http://www.polytec.com/Applications; acceso: 15 de marzo de 2015]

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