Aerospace/Avionics

LA SFIDAAlitalia Servizi Engineering and Maintenance ha sostituito gliobsoleti sistemi di misura Vibrometer VM3/X dedicati alla mi-sura dei livelli di vibrazione per i motori Pratt & Whitney “JT8D”installati sui propri velivoli Boeing MD-80 con un nuovo siste-ma di analisi che ha avuto il duplice compito di permettere l’u-so di trasduttori a tecnologia IEPE per migliorare l’affidabilitàdella misura in condizioni operative e soprattutto di diminuiredrasticamente il tempo di test.

LA SOLUZIONEL’uso della tecnologia PXI, delle schede della famiglia DSA edin particolare di LabVIEW, ha consentito lo sviluppo di un si-stema multicanale ad elevata dinamica tale da consentire fa-cilmente di acquisire segnali di vibrazione e tachimetrici da

cockpit, disponendo inoltre della po-tenza di calcolo sufficiente per gestireautonomamente un processo di mi-sura particolarmente complesso cosìda semplificare ed automatizzare l’e-secuzione delle procedure di test.

Breve riassuntoLe procedure di misura dei livelli di vi-brazione motore di tipo “On Wing” ri-chiedono una serie di attività che pos-sono essere molto onerose per il servi-zio MRO (Maintenance Repair andOverhaul) quale Alitalia Servizi Enginee-ring and Maintenance, e ciò è dovuto

sia al consumo di carburante che all’elevato stress del motore.Per questo motivo Alitalia Servizi E & M in cooperazione conWintek ha sviluppato un nuovo sistema di test che ha traguar-dato i seguenti benefici:1. Riduzione della durata del test;2. Operatività garantita direttamente da cockpit con l’ausilio diun solo tecnico;3. Utilizzo di trasduttori accelerometrici a tecnologia IEPE ecablaggio standard;4. Acquisizione, monitoraggio ed analisi in real-time e post-processing con redazione di test report conformi agli stan-dard Boeing;5. Registrazione dei segnali di test con possibilità di analisiapprofondita, tramite specifici software di post-processing,da parte del personale specializzato del reparto di engineeringmotori.Il nuovo analizzatore di vibrazioni Wintek “NVA7” è così in gra-do di eseguire una “vibration check procedure” in circa dieci

minuti con l’ausi-lio di un solo ope-ratore, riducendodi circa 35 minutiil tempo richiestocon l’uso dellavecchia tecnolo-gia di misura.Considerato inquesti termini unrisparmio di circaduecento chilo-grammi di carbu-rante per test, Ali-

On Wing Vibration Analyzer forJT8D EnginesA. Pozzi (1), F. Fulloni (2), M. Scipioni, G. Laratro - WINTEK (1), ALITALIA (2), ALITALIA SERVIZI (3)

talia Servizi E & Mpuò arrivare a rispar-miare fino a quattro-mila chilogrammi dicarburante per ognimese di attività. Leprocedure di test deilivelli di vibrazione dimotori aeronautici ditipo “On Wing” ri-chiedono l’uso distrumentazione mul-tifunzionale che con-senta di effettuaresia il monitoring dellemisure in real-time,per evitare danneg-giamenti o situazionidi pericolo, sia dielaborare con pro-cedure complesse idati misurati così daprodurre test reportconformi alle specifi-che del produttoredel motore.

In particolare le pro-cedure richieste daBoeing e Pratt &Whitney per il testdei motori JT8D ri-chiedono la misuradi livelli di sposta-mento in alcuni puntisignificativi e fissi delmotore (Inlet e Rear)al variare del regimedi rotazione, partendo dallo stato di “ground idle” fino allaspinta di “take off” e viceversa, garantendo inoltre un gradien-te di salita/discesa del regime ben determinato. Durante taleprocedura, per ogni trasduttore impiegato, è necessario mi-surare senza soluzione di continuità, in funzione del regime dirotazione di entrambi i gruppi rotorici, i seguenti parametri:1. Livelli overall di spostamento espressi in mils picco-picco ecalcolati in bande predeterminate, ognuna delle quali identifi-ca una possibile usura di un componente motore;2. Spettri delle ampiezze di spostamento espressi in mils pic-co-picco e calcolati in prossimità di picchi identificati in baseall’andamento del livello di overall a banda piena in funzionedel tempo;3. Estrazione delle frequenze in corrispondenza dei livelli dispostamento massimi raggiunti per ogni spettro calcolato;4. Identificazione del tipo di fenomeno (sincrono o rotor-rela-ted oppure asincrono o non-rotor-related) in corrispondenzadi ogni frequenza estratta tramite analisi d’ordine da eseguirea velocità di rotazione prossime a quella durante la quale si èmanifestato il picco di spostamento.Oltre a ciò, durante l’esecuzione del test, alcune di queste mi-sure (livelli di overall ed ordini motore) devono essere costan-temente monitorate per valutare il superamento di alcune so-

glie di allarme sia intermini di valore asso-luto superato che intermini di durata delsuperamento avve-nuto.

Da quanto sopraesposto è immediatocomprendere che unprocesso di misura

così complesso, se gestito esclusivamente in modalità ma-nuale e con strumentazione di tipo tradizionale, comporta ilpiù delle volte la ripetizione della procedura di “run-up” e “coa-st-down”, così da poter valutare con certezza tutti i parametridi test richiesti. Altresì le misure necessarie per la ricerca deltipo di fenomeni individuati (rotor o non-rotor related) richiedo-no di volta in volta di eseguire procedure di salita/discesa delregime motore in corrispondenza di ogni picco di overall iden-tificato e per ogni frequenza significativa trovata (il cui livello èsuperiore ad una soglia predeterminata). Si evince così che, infunzione delle condizioni operative di ciascun motore, unaprova può essere di semplice e rapida esecuzione ma, nelpeggiore dei casi, può presentare decine e decine di fre-quenze caratteristiche da valutare mediante procedure di or-der tracking, comportando così un aumento drastico delladurata del test. Ciò ovviamente a svantaggio dell’efficienzadel processo sia in termini di consumo di carburante che intermini di prolungato stress del motore.

Gli obiettivi che Alitalia Servizi E & M si è posta nella realizza-zione di un nuovo strumento di test hanno pertanto riguarda-to essenzialmente i seguenti punti:1. Riduzione della durata del test;2. Operatività garantita direttamente da cockpit con l’ausilio diun solo tecnico;3. Utilizzo di trasduttori accelerometrici a tecnologia IEPE ecablaggio standard;4. Acquisizione, monitoraggio ed analisi in real-time e post-processing con redazione di test report conformi agli stan-dard Boeing;5. Registrazione dei segnali di test con possibilità di analisiapprofondita tramite specifici software di post-processing daparte del personale specializzato del reparto di engineeringmotori.

Per raggiungere obiettivi così ambi-ziosi, il fulcro della tecnologia adot-tata è stato LabVIEW. Infatti in sim-biosi con l’adozione di strumenti diacquisizione espressamente pro-gettati per analisi di segnali dinamicibasati su tecnologia di tipo PXI edadottando unità di calcolo PXI em-bedded, i progettisti hanno avuto adisposizione tre elementi fonda-mentali per la riuscita del progetto:1. LabVIEW: ha permesso di rea-lizzare un software applicativo –cuore del sistema - dal carattereestremamente eclettico: infatti l’u-tente dispone, a sua scelta, di unaprocedura di test completamenteautomatica per l’esecuzione delle“vibration check procedure” econtemporaneamente di una se-rie di classiche routine di analisi difenomeni vibratori per macchinerotanti. E’ interessante sottolinea-re come l’uso di LabVIEW abbiapermesso di progettare ed imple-mentare algoritmi di analisi speci-fici per il raggiungimento degliobiettivi, sia in termini di gestione

del processo (analisi d’ordine automatica) sia intermini diestrazione dei parametri caratteristici di misura (integrazione efiltraggio dei segnali accelerometrici) così da garantire l’alli-neamento dei risultati di misura con i sistemi fino ad oggi inuso, indipendentemente dalla tecnologia di acquisizione adot-tata.2. Le schede di acquisizione persegnali dinamici multicanale dellaserie National Instruments PXI-447x hanno consentito di disporredi tecnologie all’avanguardia permisure di tipo vibroacustico con ca-ratteristiche di spicco fra cui con-vertitori AD a 24 bit delta-sigma acampionamento simultaneo con di-namica fino a 120 dB, filtri anti aliasprogrammabili con elevata reiezio-ne d’immagine e possibilità di ali-mentazione diretta di trasduttori ditipo IEPE. L’uso di accelerometri ditipo ad alimentazionea corrente costante(IEPE) ha consentito direalizzare cablaggisemplici, robusti eparticolarmente “silen-ziosi” a garanzia diuna buona affidabilitàdi misura. Infine unsemplice condiziona-tore di segnale per l’i-solamento dei segnalitachimetrici dal siste-ma di acquisizione hapermesso di prelevarei suddetti segnali diret-tamente dall’avionicadi bordo.3. L’unità di calcolo,della famiglia NationalInstruments PXI-8186, integrata nelcestello ha permessodi poter disporre del-la necessaria poten-za di calcolo per ef-fettuare l’acquisizio-ne, l’elaborazione deisegnali in real-time, lagestione dell’interfaccia utente e la registrazione dei segnali diprova grazie alla presenza di un hard-disk di discrete dimen-sioni. Tutto ciò basato su un sistema operativo standard qua-le Windows XPPro che ha consentito di minimizzare i costi diprogettazione e manutenzione dello strumento di misura.

Per concludere, il nuovo analizzatore di vibrazioni Wintek“NVA7” è così in grado di eseguire una “vibration check pro-cedure” in circa dieci minuti con l’ausilio di un solo operatore,riducendo di circa 35 minuti il tempo richiesto con l’uso dellavecchia tecnologia di misura. Considerato in questi termini unrisparmio di circa duecento chilogrammi di carburante per te-st, Alitalia Servizi E & M può arrivare così a risparmiare fino aquattromila chilogrammi di carburante per ogni mese di atti-vità. Ancora una volta l’uso delle tecnologie adeguate, in pre-senza di obiettivi di progetto ben definiti, ha permesso di rea-lizzare uno strumento che ha comportato benefici immediata-mente raggiungibili sia di tipo diretto che indiretto.

Prodotti utilizzatiLabVIEW, PXI/CompactPCI, Dynamic SignalAnalyzers