Simulación solar para aeronaves

Definir las características de la radiación según la tarea de desarrollo

Un sistema de simulación solar adecuado se diseña en función de la tarea de ensayo. La irradiancia requerida, el espectro, el tamaño del área de irradiación y la distribución espacial de la radiación son factores decisivos. El ángulo de incidencia y la evolución de la irradiación a lo largo del tiempo también pueden influir en los resultados.

En las investigaciones térmicas resulta relevante la cantidad de energía radiante que absorbe cada superficie. Diferentes materiales pueden responder de distinta manera a una misma radiación incidente. Por ello, la irradiación debe considerarse siempre junto con las propiedades del objeto de ensayo.

En los ensayos de materiales relacionados con los efectos de la luz, la composición espectral también tiene especial importancia. La medición de la temperatura por sí sola no describe completamente esta exposición.

El diseño incluye además la definición del área de referencia: los valores de irradiación solo pueden interpretarse de forma inequívoca y reproducirse posteriormente cuando se especifican la posición de medición, la orientación y la distancia.

Parámetros importantes de diseño:

• Irradiancia sobre un área de referencia definida
• Requisitos espectrales del procedimiento de ensayo
• Tamaño y posición de la zona que debe irradiarse
• Dirección de irradiación y distancia al objeto de ensayo
• Uniformidad dentro del área de medición acordada
• Duración de la exposición y evolución de la carga a lo largo del tiempo

Adaptar la disposición de las luminarias y el diseño mecánico a la geometría de la aeronave

Las estructuras aeronáuticas plantean exigencias particulares para la disposición espacial de un sistema de irradiación. Las superficies curvas del fuselaje, las alas, el empenaje y los elementos incorporados influyen en las zonas que reciben irradiación directa y en aquellas donde se generan sombras.

Por ello, la planificación del sistema comienza con la definición de las zonas de interés. ¿Se investigará un componente individual, una zona de acristalamiento o una estructura de mayor tamaño? De esta definición se derivan los requisitos para las posiciones de las luminarias, las distancias, la estructura de soporte y el espacio de instalación disponible.

La manipulación del objeto de ensayo también forma parte del concepto del sistema. Deben mantenerse las posibilidades de acceso, posicionamiento e instrumentación. Para el funcionamiento habitual también deben preverse accesos para el mantenimiento, la inspección y la sustitución de componentes.

Según la aplicación, puede resultar adecuada una disposición fija o ajustable. Los rangos de movimiento y las posibles posiciones de ensayo se adaptan a la geometría del objeto de ensayo.

Aspectos centrales del diseño del sistema:

• Orientación hacia las zonas que realmente se van a investigar
• Consideración del contorno del fuselaje, las alas y los elementos incorporados
• Evaluación de posibles sombras
• Posicionamiento definido y repetible del objeto de ensayo
• Accesibilidad suficiente para la instrumentación y el mantenimiento
• Coordinación de la estructura de soporte, el tendido del cableado y el espacio de instalación

Registrar conjuntamente las condiciones de irradiación y la respuesta térmica

Para evaluar un ensayo, deben poder identificarse tanto la carga aplicada como la respuesta del objeto de ensayo. La irradiancia describe la potencia radiante incidente por unidad de superficie en una posición de medición definida. Las mediciones de temperatura muestran cómo evoluciona el componente investigado bajo estas condiciones.

Antes del ensayo se definen los puntos de medición relevantes, las temperaturas iniciales y los estados de funcionamiento. Son especialmente informativas las mediciones que relacionan las superficies irradiadas con las zonas situadas detrás de ellas o en sus proximidades. Así pueden investigarse el calentamiento y la transferencia de calor a lo largo del tiempo.

Según la tarea, pueden utilizarse sensores de contacto o métodos de medición sin contacto. En las mediciones de temperatura sin contacto deben tenerse en cuenta las propiedades de la superficie y las posibles reflexiones.

Para los ensayos comparativos es importante mantener una disposición de medición constante. Esto incluye posiciones documentadas, intervalos de medición adecuados y un inicio definido para cada fase de carga.

Magnitudes relevantes de medición y documentación:

• Irradiancia y, cuando corresponda, distribución espectral
• Temperaturas de las superficies y de los componentes
• Condiciones ambientales durante el ensayo
• Estado de funcionamiento del objeto de ensayo
• Evolución del calentamiento y del enfriamiento a lo largo del tiempo
• Posiciones y orientación de los puntos de medición

Incorporar la irradiación al procedimiento de ensayo existente

Un sistema de irradiación debe adaptarse al entorno de ensayo existente tanto desde el punto de vista técnico como operativo. Además del espacio de instalación disponible, se consideran la alimentación eléctrica, las cargas térmicas adicionales y los procedimientos de funcionamiento previstos.

Para el manejo debe definirse si el sistema funcionará de forma independiente o se integrará en un sistema de control general de la instalación de ensayo. De ello se derivan los requisitos para las consignas, las señales de estado, las señales de habilitación y la asociación de los datos de medición con el procedimiento de ensayo.

Las funciones de seguridad y el acceso a la zona de ensayo también deben coordinarse con el concepto general. El mantenimiento, la sustitución de las fuentes de luz y las mediciones de verificación deben considerarse durante la planificación para que sigan siendo prácticas durante el funcionamiento posterior.

BF Engineering adapta la solución de irradiación a la aplicación y a las interfaces existentes. Los requisitos se definen conjuntamente con el operador y con los socios participantes en la instalación de ensayo.

Aspectos relevantes para la integración:

• Espacio de instalación, posiciones de montaje y accesibilidad
• Alimentación eléctrica y aportes térmicos adicionales
• Manejo e integración en los programas de ensayo
• Interfaces con el sistema de control existente
• Funciones de seguridad y señales de habilitación operativa
• Procedimientos de mantenimiento y mediciones periódicas de verificación

Convertir una instalación adicional en parte del banco de ensayo

La integración comienza con una definición conjunta de la tarea de ensayo. ¿Qué vehículos se van a investigar? ¿Qué área de irradiación se necesita? ¿Qué posiciones son posibles para las luminarias? ¿Y qué procedimientos operativos deben mantenerse?

A partir de estos requisitos se coordinan la óptica, la mecánica y el diseño eléctrico. Para el funcionamiento también deben definirse el manejo, las señales de habilitación, las funciones de seguridad y las interfaces con la instalación de ensayo general.

El proyecto del FKFS en Filderstadt demuestra que también puede ampliarse una instalación existente: allí se integró posteriormente la simulación solar en el plénum del túnel de viento climático.

Aspectos relevantes para la planificación del proyecto:

• Tarea de ensayo y estados de funcionamiento deseados
• Dimensiones del vehículo y área de referencia
• Posiciones de instalación disponibles y zonas de mantenimiento
• Alimentación eléctrica y cargas térmicas adicionales
• Concepto de manejo e interfaces
• Funciones de seguridad y señales de habilitación
• Criterios de medición y aceptación

¿Qué diferencia hay entre un túnel de viento climático y una cámara climática?
Un túnel de viento climático combina condiciones climáticas con un flujo de aire generado de forma específica alrededor del vehículo. Según el equipamiento, también puede incorporar un banco de rodillos. Esto permite investigar estados de conducción y su comportamiento térmico bajo condiciones controladas.

¿Por qué no basta con ajustar únicamente la temperatura del aire?
La irradiación solar aporta una carga de radiación adicional al vehículo. La simulación solar permite ajustar esta influencia y complementa así el ensayo climático.

¿Puede incorporarse posteriormente un sistema de simulación solar?
En principio, es posible, pero debe evaluarse para cada túnel de viento concreto. Un ejemplo realizado es la integración en el túnel de viento climático del FKFS en Filderstadt.

¿Qué irradiancia se necesita?
Depende de la tarea de ensayo, del área de referencia y de los requisitos aplicables. Por ello, las especificaciones de una instalación concreta no pueden trasladarse de forma general a cualquier túnel de viento.

¿Sustituye el túnel de viento climático a los ensayos en carretera?
Permite realizar investigaciones controladas y repetibles. Los ensayos complementarios en carretera siguen siendo importantes para evaluar el vehículo bajo condiciones reales de uso.

Sus condiciones de ensayo. Nuestra simulación solar.
¿Está planificando un nuevo túnel de viento climático o desea ampliar una instalación de ensayo existente con simulación solar?

BF Engineering le ayuda a diseñar e integrar la solución de irradiación adecuada, adaptada al vehículo, a la tarea de ensayo, a las condiciones del flujo de aire y al espacio disponible.