ZNACZENIE WSPÓŁCZESNYCH ZAAWANSOWANYCH TECHNIK POMIAROWYCH DLA ROZWOJU LOTNICTWA - AIM² EU PROJECT

Podobne dokumenty
Laboratorium LAB3. Moduł pomp ciepła, kolektorów słonecznych i hybrydowych układów grzewczych

Anemometria obrazowa PIV

TELEDETEKCJA Z ELEMENTAMI FOTOGRAMETRII WYKŁAD 10

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE ENERGETYCZNE Rola modelowania fizycznego i numerycznego

XX Seminarium NIENISZCZĄCE BADANIA MATERIAŁÓW Zakopane marca 2014 WYKORZYSTANIE WIBROMETRU SKANUJĄCEGO DO BEZKONTAKTOWYCH BADAŃ DRGAŃ

Projekt rejestratora obiektów trójwymiarowych na bazie frezarki CNC. The project of the scanner for three-dimensional objects based on the CNC

POMIAR NATĘŻENIA PRZEPŁYWU

Badania elementów i zespołów maszyn laboratorium (MMM4035L)

Wyznaczenie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

TELEDETEKCJA Z ELEMENTAMI FOTOGRAMETRII WYKŁAD IX

Zakład Mechaniki Płynów i Aerodynamiki

LABORATORIUM METROLOGII

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Badania elementów i zespołów maszyn laboratorium (MMM4035L) Zastosowanie systemu nawigacyjnego w pomiarach geometrii elementów maszyn. Ćwiczenie 22.

Structural Health Monitoring jako wspomaganie utrzymania mostów

Laboratoria badawcze

BADANIA NAUKOWE WSPIERAJĄCE PROCES EKSPLOATACJI SAMOLOTÓW F-16 W SIŁACH ZBROJNYCH RP

IM21 SPEKTROSKOPIA ODBICIOWA ŚWIATŁA BIAŁEGO

PL B1 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1. (22) Data zgłoszenia:

Zbigniew Figiel, Piotr Dzikowicz. Skanowanie 3D przy projektowaniu i realizacji inwestycji w Koksownictwie KOKSOPROJEKT

14th Czech Polish Workshop ON RECENT GEODYNAMICS OF THE SUDETY MTS. AND ADJACENT AREAS Jarnołtówek, October 21-23, 2013

Spis treści. Wykaz ważniejszych oznaczeń. Przedmowa 15. Wprowadzenie Ruch falowy w ośrodku płynnym Pola akustyczne źródeł rzeczywistych

Urządzenie i sposób pomiaru skuteczności filtracji powietrza.

Wyznaczanie współczynnika załamania światła

Spektroskopia modulacyjna

Doświadczenia w eksploatacji gazomierzy ultradźwiękowych

POMIARY TERMOWIZYJNE. Rurzyca 2017

POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w Kielcach WYDZIAŁ MECHATRONIKI I BUDOWY MASZYN KATEDRA URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH LABORATORIUM FIZYKI INSTRUKCJA

POLITECHNIKA LUBELSKA

Wykaz urządzeń Lp Nazwa. urządzenia 1. Luksomierz TES 1332A Digital LUX METER. Przeznaczenie/ dane techniczne Zakres /2000/20000/ lux

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

3. WYNIKI POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM ULTRADŹWIĘKÓW.

WERYFIKACJA KODU CFD DLA SYMULACJI PRZEPŁYWU CIECZY WOKÓŁ PĘKU RUR PRZY UŻYCIU METODY DPIV

OPŁYW PROFILU. Ciała opływane. profile lotnicze łopatki. Rys. 1. Podział ciał opływanych pod względem aerodynamicznym

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka

Interferencyjny pomiar krzywizny soczewki przy pomocy pierścieni Newtona

PL B1. Aberracyjny czujnik optyczny odległości w procesach technologicznych oraz sposób pomiaru odległości w procesach technologicznych

Wojskowa Akademia Techniczna Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu

DOPPLEROWSKA ANEMOMETRIA LASEROWA (L D A)

Źródło światła λ = 850 nm λ = 1300 nm. Miernik. mocy optycznej. Badany odcinek światłowodu MM lub SM

Jan A. Szantyr tel

Ćw.1. Monitorowanie temperatury

ZASTOSOWANIE LASERÓW W OCHRONIE ŚRODOWISKA

Ćwiczenie nr 31: Modelowanie pola elektrycznego

Pomiar prędkości obrotowej

WSTĘP DO GRAFIKI KOMPUTEROWEJ

MG-02L SYSTEM LASEROWEGO POMIARU GRUBOŚCI POLON-IZOT

Metrologia wymiarowa dużych odległości oraz dla potrzeb mikro- i nanotechnologii

Atmosfera ziemska w obserwacjach promieni kosmicznych najwyższych energii. Jan Pękala Instytut Fizyki Jądrowej PAN

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

ANALiZA WPŁYWU PARAMETRÓW SAMOLOTU NA POZiOM HAŁASU MiERZONEGO WEDŁUG PRZEPiSÓW FAR 36 APPENDiX G

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z KONSTRUKCJI METALOWCH. Ć w i c z e n i e H. Interferometria plamkowa w zastosowaniu do pomiaru przemieszczeń

Budowa pionowa drzewostanu w świetle przestrzennego rozkładu punktów lotniczego skanowania laserowego

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 9: Swobodne spadanie

Efekt Halla. Cel ćwiczenia. Wstęp. Celem ćwiczenia jest zbadanie efektu Halla. Siła Loretza

Czujniki i urządzenia pomiarowe

Metoda cyfrowej korelacji obrazu w badaniach geosyntetyków i innych materiałów drogowych

Metody optyczne z wykorzystaniem światła koherentnego do monitorowania i wysokoczułych pomiarów inżynierskich obiektów statycznych i dynamicznych

Laboratorium techniki światłowodowej. Ćwiczenie 5. Badanie wpływu periodycznych zgięd na tłumiennośd światłowodu

Zastosowanie termografii do weryfikacji numerycznego modelu wymiany ciepła w przegrodach budowlanych z umieszczonymi przewodami centralnego ogrzewania

Badania przepływów dynamicznych w tunelu aerodynamicznym przy użyciu cyfrowej anemometrii obrazowej

Laboratorium techniki laserowej Ćwiczenie 2. Badanie profilu wiązki laserowej

ZAKŁAD POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH I SILNIKÓW SPALINOWYCH ZPSiSS WYDZIAŁ BUDOWY MASZYN I LOTNICTWA

Temat ćwiczenia: Zasady stereoskopowego widzenia.

Metoda określania pozycji wodnicy statków na podstawie pomiarów odległości statku od głowic laserowych

Instytut Badawczy Dróg i Mostów Pierwsza w Europie ocena nośności sieci drogowej ugięciomierzem laserowym TSD

Fiber sensing jako alternatywna metoda E-book. wykorzystania światłowodów

REFRAKTOMETRIA. 19. Oznaczanie stężenia gliceryny w roztworze wodnym

KAMERA AKUSTYCZNA NOISE INSPECTOR DLA SZYBKIEJ LOKALIZACJI ŹRÓDEŁ HAŁASU

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Sensory (czujniki)

Pomiar rozkładu ciśnień na modelu samochodu

Realizacja projektu modernizacji podstawowej osnowy grawimetrycznej kraju

Badania elementów i zespołów maszyn laboratorium (MMM4035L) Zastosowanie systemu nawigacyjnego w pomiarach geometrii elementów maszyn. Ćwiczenie 22.

( F ) I. Zagadnienia. II. Zadania

LABORATORIUM. Pomiar poziomu mocy akustycznej w komorze pogłosowej. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

MICRON3D skaner do zastosowań specjalnych. MICRON3D scanner for special applications

Laboratorium techniki światłowodowej. Ćwiczenie 3. Światłowodowy, odbiciowy sensor przesunięcia

Żyroskopy w technice lotniczej. Żyroskopem nazywamy także różne typy czujników mierzących prędkość kątową (np. żyroskopy laserowe i światłowodowe).

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Wyznaczanie rozmiarów szczelin i przeszkód za pomocą światła laserowego

Zjawisko interferencji fal

POMIAR HAŁASU ZEWNĘTRZNEGO SAMOLOTÓW ŚMIGŁOWYCH WG PRZEPISÓW FAR 36 APPENDIX G I ROZDZ. 10 ZAŁ. 16 KONWENCJI ICAO

Laboratorium LAB1. Moduł małej energetyki wiatrowej

SYMULACJA OBLICZENIOWA OPŁYWU I OBCIĄŻEŃ BEZPRZEGUBOWEGO WIRNIKA OGONOWEGO WRAZ Z OCENĄ ICH ODDZIAŁYWANIA NA PRACĘ WIRNIKA

Badania elementów i zespołów maszyn (MMM4035L) Ćwiczenie nr 1

Politechnika Warszawska Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Zakład Optoelektroniki

MECHANIKA PŁYNÓW Płyn

ZASTOSOWANIE TERMOGRAFII W WYKRYWANIU STRAT CIEPŁA BUDYNKÓW I AWARII SIECI CIEPŁOWNICZEJ

SPRĘŻ WENTYLATORA stosunek ciśnienia statycznego bezwzględnego w płaszczyźnie

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Ocena jakości i prawidłowości docieplenia budynku metodą termowizyjną

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

AERODYNAMIKA SPALANIA

Arkusz informacyjny MJ MJ

Systemy Ochrony Powietrza Ćwiczenia Laboratoryjne

DYNAMIKA ŁUKU ZWARCIOWEGO PRZEMIESZCZAJĄCEGO SIĘ WZDŁUŻ SZYN ROZDZIELNIC WYSOKIEGO NAPIĘCIA

Dyspersja światłowodów Kompensacja i pomiary

α k = σ max /σ nom (1)

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

Transkrypt:

ZNACZENIE WSPÓŁCZESNYCH ZAAWANSOWANYCH TECHNIK POMIAROWYCH DLA ROZWOJU LOTNICTWA - AIM² EU PROJECT Anna KUCABA-PIĘTAL Politechnika Rzeszowska, Rzeszów Fritz BODEN DLR, Getynga, Niemcy

AIM² EU PROJECT - KONSORCJUM 1. AIRBUS Operations SAS, Francja 2. Avia Propeller s.r.o., Czechy 3. Cranfield University, Anglia 4. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Niemcy (koordynator) 5. EVEKTOR, Czechy 6. Moscow Power Engineering Institute (Uniwersytet Techniczny), Rosja 7. Stichting Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium, Holandia 8. Office National d Études et de Recherches Aérospatiales, Francja 9. Piaggio Aero Industries, Włochy 10. Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza, Polska

AIM² EU PROJECT - CELE Rozwój nowych nieinwazyjnych technik pomiarowych (PIV, IPCT, IRT, FBG, LIDAR, BOS) Pomiar parametrów przepływowych i cieplnych w strudze przy powierzchni samolotu oraz deformacji powierzchni z mikroskalowa dokładnością Opracowanie standardów do wykorzystania tych technik pomiarowych dla wykonywania testów samolotów w locie na skale przemysłową Upowszechnienie zdobytej wiedzy podczas realizacji projektu będą zorganizowane warsztaty w 2013 oraz wydana książka na ten temat Podczas prac nad projektem metody te będą rozwijane i testowane na samolotach konsorcjum. Dwie z metod, IPCT oraz IRT będą testowane na samolotach Politechniki Rzeszowskiej Numeryczne obliczenia deformacji skrzydła zostaną wykonane w PRZ celem weryfikacji wyników doświadczalnych. 3

PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY (PIV) PIV służy do pomiaru chwilowych prędkości pola prędkości przepływu przy wykorzystaniu rozpraszania światła laserowego na cząsteczkach wskaźnikowych dodanych do przepływu. Metoda ta pozwala na pomiary pól prędkości przepływu w wysokich polach elektrycznych, szczególnie w przepływach turbulentnych i strukturach wirowych. W lotnictwie (PIV) jest powszechnie stosowany do określania chwilowych pól prędkości przepływu. Główną zasadą tej techniki jest obrazowanie położenia cząstek wskaźnikowych dodanych do przepływu strugi, System kamer rejestruje światło lasera rozproszone na cząstkach. Obrazy położeń cząstek są zapisywane w pamięci komputera a następnie analizowane z wykorzystaniem zaawansowanych technik analizy obrazu. W rezultacie uzyskujemy chwilowe wartości prędkości strugi.

PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY (PIV) Rysunek 1: Konfiguracja PIV w tunelu aerodynamicznym

PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY (PIV) Rysunek 2: Konfiguracja PIV na samolocie Dornier Do 228-101 w DLR podczas AIM badań w locie.

PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY (PIV) Rysunek 3: Przykład chwilowego wektorowego pola prędkości otrzymanego podczas pomiarow w locie metodą PIV.

IMAGE PATTERN CORRELATION TECHNIQUE (IPCT) IPCT jest to optyczną technika pomiarowa deformacji kształtu i powierzchni, która opiera się na fotogrametrii w połączeniu z nowoczesnymi algorytmami korelacji opracowanych dla (PIV). Najprostsza konfiguracja IPCT składa się z jednej kamery obserwującej powierzchnię obiektu pokrytą losowo wzorem znaczników ( np. fragment skrzydła samolotu). Gdy obiekt zostanie wprawiony w stan obciążenia, spowoduje to deformację wzoru na jego powierzchni (skrzydle), co skutkuje zmiana położenia znaczników na obrazie. Cross-korelacja wzoru po deformacji z obrazem wzoru z obrazem odniesienia daje w wyniku dwu wymiarowe pole wektorowe przemieszczeń. Użycie dwóch kamer umożliwia uzyskanie trójwymiarowego obrazu deformacji. Metoda IPCT może być również stosowana do pomiaru deformacji powierzchni na szybko wirujących obiektach, takich jak np. łopaty śmigła.

IMAGE PATTERN CORRELATION TECHNIQUE (IPCT) Rysunek 1: Zasada pomiaru metoda IPCT (a obraz odniesienia, b obraz po deformacji, c wektory przemieszczenia)

IMAGE PATTERN CORRELATION TECHNIQUE (IPCT) Rysunek 2: Zasada stereoskopowych pomiarów metoda IPCT dla określania 3 wymiarowych przemieszczeń.

IMAGE PATTERN CORRELATION TECHNIQUE (IPCT) Rysunek 3: Przykład wykorzystania pomiaru IPCT do okreslenia odchylenia skrzydła Piaggio P180 podczas lotu (na lewo - zarejestrowany obraz skrzydła podczas lotu; na prawo - obliczona metodą IPCT na podstawie tych zdjęć 3D deformacja skrzydła) IPCT

IMAGE PATTERN CORRELATION TECHNIQUE (IPCT) Rysunek 4: Pomiar w locie deformacji łopatki śmigła samolotu Piaggio P180 ( 2000 rpm), na lewo zarejestrowana para zdjęć łopatki, po prawej - zdeformowana powierzchnia obliczona metoda IPCT. IPCT

BACKGROUND ORIENTED SCHLIEREN (BOS) Jest to metoda pozwalająca n wizualizację gradientów gęstości ośrodka [4]. Wykorzystuje ona zjawisko odchylania promieni świetlnych przy zmianie indeksu refrakcji ośrodka. Związek pomiędzy zmianą indeksu refrakcji ośrodka czyli tzw. współczynnikiem załamania światła i gęstością ośrodka jest opisany równaniem Lorenza-Lorentza zgodnie z prawem Gladstone a Dela. Wizualizowane gradienty gęstości ośrodka mogą być spowodowane ściśliwością powietrza, nierównomiernym rozkładem temperatury czy tez procesami mieszania rożnych składników. W Technice BOS układ optyczny składa się z kamery zogniskowanej na tle, na którym umieszczone zostały stochastycznie (losowo) znaczniki. Jeśli teraz obiekt wywołujący gradient gęstości umieścimy pomiędzy kamera a tłem to pozycja znacznika na tle w polu widzenia kamery ze względu na zmianę współczynnika załamania światła będzie w obrazie przesunięta w stosunku do referencyjnego położenia bez gradientu gęstości. Lokalne przesunięcia znaczników będących elementami wzoru punktowego są następnie określone przez cross-korelacje obrazów zapisu pomiarów w niezakłóconym i referencyjnym wzorcu tła obliczane i uzyskujemy na tej podstawie wykresy gradientów gęstości.

BACKGROUND ORIENTED SCHLIEREN (BOS) Rysunek 1: Szkic konfiguracji BOS

BACKGROUND ORIENTED SCHLIEREN (BOS) Rysunek 2: Wizualizacja strugi z silnika startującego odrzutowca metodą BOS (na lewo: obraz referencyjny, w środku: obraz podczas startu, na prawo: wynik obliczeń na podstawie obrazów: - struga uwidoczniona kolorami: czerwonym i niebieskim) x

FIBER BRAGG GRATING METHOD (FBG) Jest to metoda [6] wykorzystująca odcinki włókien światłowodowych w światłowodowych czujnikach (FOS), do wykrycia zmian odkształcenia, ciśnienia i temperatury w lokalnym otoczeniu wokół tychże włókien. Mierzone wielkości takie jak odkształcenie lub ciśnienie statyczne są określane na podstawie identyfikacji wartości długości fali odbitej. Światłowodowe czujniki (FOS) były intensywnie badane przez ostatnie 3 dekady, i oferują szereg istotnych zalet w porównaniu z konwencjonalnym urządzeniami do pomiaru ciśnienia. Ich zaletą są małe wymiary (zazwyczaj 80-125 mikrometra średnicy), niska waga, duży zakres temperatury pracy i mają wysoce elastyczne struktury - 0,2 mm

Rysunek 1: Przykład rozszczepienia ze wzgl. na długość fali tablica FBG czujników. Każde pudełko reprezentuje jeden FBG którego kolor oznacza fale, o określonej długości, którą odbija Rysunek 2: (a) Schemat dzialania FBG (b) spektrum fali odbitej

INFRARED THERMOGRAPHY (IRT) Metoda opiera się na pomiarze promieniowania podczerwonego powierzchni i umożliwia globalne określenie oraz wizualizację rozkładu temperatury powierzchni z dużą dokładnością. W badaniach aerodynamicznych termografia służy głownie do badań warstwy przyściennej. Ze względu na skok wartości naprężenia a w następstwie wartości współczynnika przenikania ciepła przy przejściu laminarnej warstwy w turbulentną, metoda ta pozwala zarówno na wykrywanie i wizualizację przejścia przepływu w warstwie przyściennej z laminarnego w turbulentny, jak również na wizualizację separacji strugi, a w niektórych przypadkach także wirów.

INFRARED THERMOGRAPHY (IRT) Rysunek 1: DLR szybowiec Janus ze zmodyfikowana powierzchnia skrzydła i kamerą IR Rysunek 2: Zdjęcie w podczerwieni (IRT) Iewego skrzydła szybowca Janus obrazujące przejście warstwy laminarnej w turbulentną

LIDAR Jest to metoda umożliwiająca bardzo precyzyjny i zdalny pomiar prędkości strugi. Metoda wykorzystuje zjawisko Dopplera dla fali świetlnej rozpraszanej na naturalnych aerozolach. Laser wysyła poprzez specjalny układ optyczny bardzo krótkie i dokładnie odmierzone, ale silne impulsy światła o konkretnej długości fali i w określonym kierunku. Pomiar opiera się ona na określeniu wielkości przesunięcia fali świetlnej (uzyskanej z jednego lasera), który odbija się na naturalnych aerozoli atmosferycznych. Zmiana częstotliwości jest proporcjonalna do prędkości przepływu powietrza i jest wykrywana za pomocą interferometru.

Rysunek 1: LIDAR anemometer na pokładzie Dauphin 6075 podczas prob DALHEC Rysunek 2: Konfiguracja LIDAR dla wykrywania wirów spływających z końcowek helikoptera.

PODSUMOWANIE Istotnym elementem modyfikacji samolotu czy nowej konstrukcji są testy w locie, niezbędne do weryfikacji konstrukcji oraz do do uzyskania certyfikacji. Znaczenie badań w tym aspekcie wymienionych technik pomiarowych jest tutaj nie do przecenienia, zaś rozwijanie niezawodnych i łatwych w użyciu dedykowanych systemów pomiarowych pozwoli na skrócenie czasu testowania samolotów oraz obniży koszty tych badań. Ograniczenie godzin lotów samolotów testowych pozwoli również na zminimalizowanie skutków środowiskowych w wyniku mniejszej ilości spalanego paliwa.

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ