Un innovativo progetto sulla simulazione della folgorazione di velivoli semplifica la progettazione di protezioni per le moderne strutture in composito

i test hanno verificato l'accuratezza delle simulazioni di current flow ad elementi finiti su strutture di velivoli complete, comprensive dei cablaggi di protezione

14 Gennaio 2009 --- -- Le prove di folgorazione da fulmini su elicotteri, eseguite nella struttura di Eurocopter a Donauwörth, hanno dimostrato l'accuratezza delle tecniche di analisi a elementi finiti nel caratterizzare il comportamento elettromagnetico delle moderne strutture realizzate utilizzando materiali compositi avanzati e comprensive dei cablaggi di protezione.

L'esercizio è stato eseguito utilizzando Opera, il software di progettazione elettromagnetica della Cobham Technical Services, come parte conclusiva del lavoro della società per il progetto ILDAS (In-flight Lightning Strike Damage Assessment System). Le simulazioni dei test sul campo di ILDAS hanno evidenziato come le tecniche ad elementi finiti possano generare facilmente modelli accurati di complesse strutture avioniche assemblate, e simulare velocemente gli effetti di un fulmine - circa un giorno in un PC standard da ufficio - aiutando gli sviluppatori a valutare ed ottimizzare le misure di protezione da fulmini in fase di progettazione.

Gli aerei passeggeri vengono colpiti da fulmini in media una volta all'anno. Eventi di particolare potenza possono causare costosi ritardi richiedendo ispezioni e riparazioni. L'attuale certificazione industriale riguardante i fulmini è basata sui livelli di minaccia derivanti da misurazioni di fulmini da nuvola a terra. Questo approccio è stato utile per i velivoli tradizionali, caratterizzati da una buona conducibilità metallica, ma gli aerei moderni utilizzano una sempre maggior quantità di materiali compositi leggeri. Questo li rende più suscettibili al danneggiamento diretto nei punti di ingresso e di uscita del fulmine e, potenzialmente, ad effetti di accoppiamento con il sistema elettrico, in quanto la corrente fluisce attraverso il velivolo. Diventa quindi sempre più importante capire l'esatta natura delle minacce, raccogliendo dati sugli effetti dei fulmini durante il volo. Riuscire a modellare i percorsi delle correnti su velivoli completi con un software validato può anche ridurre le costose procedure di prova.

Il progetto ILDAS è stato concepito con l'obiettivo di sviluppare un sistema di bordo integrato per misurare gli effetti delle scariche da fulmine. Ciò contribuirà a capire meglio le minacce, aiutando la progettazione per le misure di protezione, snellendo le ispezioni dopo-fulmine e la manutenzione mediante la rilevazione e la comunicazione di dati quali intensità e punti di impatto. Coordinato dal Netherlands' National Aerospace Laboratory, i partner sono Airbus, Air France Industries, EADS Innovation Works, Cobham Technical Services (Lightning Testing & Consultancy), Cobham Technical Services (Vector Fields Software), Eurocopter Deutschland, Groupe Socius, LA Composite, Lufthansa Technik, ONERA, e Technische Universiteit Eindhoven.

Per prevedere i percorsi del flusso di corrente dei fulmini su strutture con materiali compositi in fibre di carbonio è stato utilizzato il software Opera. Queste conoscenze hanno aiutato i partner di ILDAS a scegliere la posizione migliore per i sensori, e quindi a confrontare i flussi di corrente previsti con le misure sul campo. Per ottenere questo risultato, Cobham Technical Services ha realizzato un modello di un elicottero EC135 usando file CAD forniti da Eurocopter. Questa parte dell'esercizio è consistita principalmente nella semplificazione del modello originale, agendo su parti non critiche, allo scopo di minimizzare i tempi di simulazione, mantenendo invece una rappresentazione dettagliata di elementi critici come le intelaiature metalliche ed i pannelli superficiali, i pannelli in composito, i collegamenti elettrici ed i cablaggi - compresi quelli per equipaggiamenti specifici per un cliente.

Il lavoro di modellazione ha richiesto circa due settimane-uomo, per la maggior parte dedicate ad accumulare esperienza dalla modellazione dettagliata e dall'analisi di strutture composite di test, comparando le misurazioni e le simulazioni effettuate da altri partner nel progetto. Con il supporto di questo lavoro validazione, successive variazioni sulla struttura di base dell'elicottero saranno molto più rapide da creare, fornendo un mezzo semplice per valutare i piani di costruzione dell'aeromobile.

Appena realizzato il modello, la simulazione ha richiesto poco più di un giorno per girare su un PC da ufficio con buone caratteristiche. Le prove sul campo, eseguite nella sede di Eurocopter a Monaco, hanno mostrato che quanto teoricamente previsto sugli effetti della diffusione di energia concorda molto bene con i risultati della simulazione.

"Le strutture avioniche con impiego esteso di materiali compositi hanno una minore protezione naturale contro i fulmini," aggiunge John Hardwick della Cobham Technical Services (Lightning Testing & Consultancy). "Poiché le misure di protezione dai fulmini, come il rivestimento conduttivo o l'aggiunta di strisce fanno aumentare il peso, è importante ottimizzare il progetto, e la simulazione offre un valido mezzo per ottenere questo risultato."

"Le prove reali del sistema di monitoraggio integrato di ILDAS mostrano come sia possibile valutare accuratamente ed ottimizzare i sistemi di protezione da fulmini per la struttura del valivolo già in fase di progettazione." afferma John Simkin della Cobham Technical Services (Vector Fields Software). "Le tecniche a elementi finiti rendono facile la modellazione di strutture superficiali complesse e di dettagli elettrici importanti. Le funzionalità del modellatore geometrico di Opera hanno reso semplice l'importazione di file CAD e la semplificazione degli elementi non critici per velocizzare la simulazione."

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