高速水冲击的测量
High-Speed Ditching Facility
CNR-INM – National Research Council - Institute of Marine Engineering - Italy
By Gabriele Ribichini, Managing Director at Dewesoft Srl, Italy
我以为这是个玩笑——至少有5分钟。亚历山德罗和我认识很久了，现在我已经习惯这些家伙的玩笑。亚历山德罗像往常一样语速很快，我只能从他的演讲中抓住几个关键词: “飞机... 以50米/秒的速度撞击... 过山车轨道... 使用8条蹦极跳绳的弹射器... 在水中的撞击将通过矩阵微型压力传感器和应变计测量... ”
水击数采系统
科学家博士，亚历山德罗 · 亚夫拉蒂打电话给我，请我帮忙建立一个测量数据采集系统，以便进行水击测试。他讲得越多，我就越意识到他不是在开玩笑——我感到非常兴奋。亚历山德罗是意大利国家研究委员会会员，在一个研究机构使用计算和实验方法，从事海洋和海洋环境的研究。研究方向是船舶和螺旋桨系统，可再生能源设备等等。
飞机和水... ... 他指的是欧盟资助的一个项目，FP7-SMAES (紧急情况下的智能飞机) ，这个项目的动机是飞机事故和全美航空1549号班机紧急迫降事故，这个事故也被称为“哈德逊河上的奇迹”。该项目旨在更好地了解飞机动力学，流体和结构相互作用期间与水的影响。当他在项目开始时给我打电话，飞机设计和认证的计算方法并不完全可靠。需要通过测试来提供广泛的科学数据，以支持新一代计算方法的开发和验证。
在这种背景下，前国家海洋研究中心海洋技术研究所，即国家海洋研究中心，国家海洋研究中心总部设计和建造了一个新的高速挖渠设施。成立于1927年，位于罗马西南郊区，拥有120多名研究人员、工程师和技术人员。
新的设施使 CNR-INM 能够对铝和复合材料制成的板材和结构部件进行指导性开沟试验。实验条件是由一个项目的合作伙伴(空中客车防务与航天公司，马德里)建议的，以克服缩放模型测试的重要限制，不允许捕捉所有相关的物理量。最近，该设施已在欧盟资助的 H2020-SARAH 项目(增加飞机和直升机迫降的安全和稳健认证)中重新使用。
测试设施，现在命名为高速开沟设施，最后看起来像一个过山车车倒置安装在栏杆上，并且栏杆是直接进入水中。
高速撞击设施
HSDF 设施能够在30至50米/秒的水平速度范围内进行测试。该设施由一个导向结构组成，总长约64米，悬挂在一个470米长的牵引罐一端的五个支撑上。导轨可以倾斜，以实现相同的垂直速度分量，1.5 m/s，独立于水平分量。
被测样品牢固地安装在一个装有所有仪器的箱子里，仪器与导轨由推车。箱子、标本和所有仪器的总重量约为200公斤，而推车和箱子的总重量约为900公斤。
小车由一个8根粗橡皮绳制成的弹射器加速。电线连接到一个承载推车的u 形连接器，并加速到最大速度。这是一个相当大的组件，因为 u 型连接器约300公斤，每根弹性绳约130公斤。为了防止加速系统对试验的任何干扰，在撞击点前，u 形杆上的制动系统进入工作状态，小车自由撞击水面。当小车面板接触到水时，就会形成一股水流沿着面板喷射。
SMAES 和 SARAH 项目目的，一旦射流根部及相应的压力峰到达板块的前缘，实验就结束了。在那一刻，水流自由地向上流动，一股强烈的水花冲击着前进中的模型——任何人都会被溅起的水花激发出孩子的性格。这种效应，以及模型前面水位移相关的流动，提供了高水平负荷，以减少模型在导轨末端之前的速度。在导轨末端，用轮胎是用来吸收剩余的能量。
辅助推车装有两个棘轮，在发射时用来将系统固定在与导轨定期保持一定距离的齿上。选择释放点是为了达到理想的冲击速度，并以此方式补偿弹性绳的强度损失。为了安全起见，该设施是在建筑物外进行远程操作的，并使用两个网络摄像机监控棘轮和释放点。
船载测量与数据采集系统
为了进行测试，这个盒子装备了一个板载数据采集系统，该系统通过远程桌面计算机进行操作。该测量系统由一台坚固的工业级 SBOX 数据记录仪和 PC 机组成，配有100gb 的 SSD、4 SIRIUS 数据采集系统(8个模拟信道、8个数字信道和1个 CAN)和1个 DEWE-43A 数据采集系统(8个模拟信道、8个数字信道和2个 CAN 端口)。
测量方法包括:
▶ 压力传感器(多达30个探头，Kulite XTL 123B，300 psi 全尺寸范围，采样速度为200kS/s) ,
▶ 振动加速度计传感器(Kistler M101和 Kistler M301A，1000克范围，采样20kS/s)
▶ 应变片(被测物体决定，1/4桥或半桥，采样率20kS/s )
作用在平板上的总力由4个测力元测量垂直部件(Kistler 9343A)和2个水平测力单元(Kistler 9363A)。
亚历山德罗和我都知道 SIRIUS DualCoreADC 技术在这里是强制性的，以获得最好的信号，从应变仪和小型压力传感器，由于最佳的信噪比(160dB)。在200k/s 的采样速率下，需要40个模拟通道完全同步，以获得冲击过程中的平滑信号，并能够将冲击表面上的压力波演变与材料应力和总垂直载荷一起可视化。
这个项目开始时，我不确定 DAQ 系统是否能够在初始加速和最终减速以及对轮胎的冲击期间经受住这种机械冲击。此外，如果防水套管在冲击过程中发生故障，流入的水可能会造成严重的损坏。
所有数据都存储在功能强大的 SBOX 数据记录器中，并在测试结束时通过标准的无线局域网传输到远程计算机。在弹射器开始装载之前，启动采集并检查通道功能、电池充电器和可用磁盘空间。尽管在测试期间 wifi 连接总是处于活动状态，但在测试期间远程桌面连接是关闭的，以防止意外命令可能停止采集。远程桌面在撞击结束时被重新激活，以停止获取和下载数据。
最后，携带设备的模型进行了水平速度47m/s 的发射试验。冲击是相当壮观的: 从外面看，噪音是相当可怕的，事实上录制的视频证实了测试阶段和测试最后阶段的排水量是多么令人印象深刻。
“领导这个独特的测试从开发到测试阶段整个过程很艰难，所以每天都在加班。”完成测试后Alessandro总结到
事实证明，甚至连他自己都怀疑这个项目的可行性:
“我真的不能相信 Dewesoft 仪器能够如此准确地测量在这样的冲击，但最后进行了几个测试和 GB 的数据被储存和分析-没有一个样本丢失。获得的数据对我们的合作伙伴非常有用，我们独特的设施现在是非常准确和可靠，并非常受欢迎。”
在一些测试中，厚铝箔几乎没有变形。亚历山德罗 · 伊夫拉蒂很高兴——我现在正期待着他下一个让我激动的难以置信的溅水计划。
