Usar el chasis NI cDAQ-9188XT para intentar romper el récord de velocidad en tierra

- Steve Wallace, North American Eagle

"NI ofrece la selección más amplia de E/S mixtas en un solo paquete que se combina fácilmente con un entorno de programación orientado a objetos."

- Steve Wallace, North American Eagle

El desafío:

Recopilar datos aerodinámicos, de esfuerzo, tensión, presión hidráulica, velocidad, aceleración y dirección del vehículo North American Eagle a medida que se mueve más rápido que la velocidad del sonido en condiciones extremadamente duras.

La solución:

Construir un sistema de adquisición de datos basado en el chasis NI cDAQ-9188XT y el software LabVIEW, que redujo el tiempo de configuración en general y simplificó la interfaz entre el arnés de cableado del sensor y la PC.

 

La búsqueda para romper el récord de velocidad en tierra

North American Eagle (NAE) es un grupo de hombres y mujeres dedicados de EE. UU. y Canadá que se han propuesto construir el automóvil más rápido del mundo. En última instancia, nuestro objetivo es probar la capacidad de un vehículo terrestre para hacer una transición segura a la velocidad supersónica y romper el actual récord mundial de velocidad en tierra de 341 m/s (763 mph) establecido en 1997. Este proyecto podría dar forma a futuras tecnologías ferroviarias de alta velocidad, proporcionar más información sobre los efectos en el suelo de los aviones de alta velocidad durante el aterrizaje y sugerir nuevos métodos de desaceleración para vehículos de alta velocidad.

 

La seguridad es nuestra máxima prioridad y romper el récord de velocidad en tierra no debería crear riesgos inaceptables para el conductor, la tripulación o los espectadores. Como resultado, realizamos pruebas exhaustivas en el vehículo (el fuselaje de un Lockheed F-104A-10 Starfighter, propulsado por un motor turbojet) antes, durante y después de las pruebas. Durante los últimos ocho años, realizamos 33 sesiones de prueba bajo diversas condiciones ambientales extremas.

 

Este caso de estudio describe el sistema de adquisición de datos y los procesos que respaldan la próxima prueba del vehículo NAE, que está programada para octubre de 2013 en el desierto de Alvord. En esta prueba, el vehículo alcanzará una velocidad de 635 mph aproximadamente.

 

 

Objetivos de la prueba y desafíos

Nuestro sistema de adquisición de datos debe observar las características de manejo del automóvil mientras aumentamos gradualmente la velocidad, y debe recopilar de manera confiable:

  • Datos aerodinámicos para una comparación con los valores previstos por la dinámica de fluidos de cómputo
  • Datos estructurales de esfuerzo y tensión en los componentes del sistema de suspensión posterior
  • Datos de video
  • Datos sobre el sistema de dirección de la rueda delantera y la respuesta

 

Debido a que operamos en condiciones muy duras, necesitamos un rendimiento excepcional en todos los sistemas en el programa de pruebas NAE. El polvo alcalino en el aire extremadamente fino y altamente corrosivo puede limitar la visibilidad de la luz del día a menos de seis pies. Además, las temperaturas en el desierto pueden alcanzar los 118 °F y hay un alto ruido estático de RF de las turbinas y los generadores de chispas de encendido/postcombustión. El sistema también debe ser capaz de soportar 20 g de fuerzas G de anomalía imprevistas de la vía. Para comparación, el transbordador espacial alcanza alrededor de 3 g durante el lanzamiento, y un automóvil de Fórmula 1 puede alcanzar de 5 a 6 g durante una carrera.

 

El equipo utiliza la aplicación de escritorio remoto de Windows para "viajar" mientras el vehículo NAE viaja desde el campamento base, al principio y al final del recorrido de 14 millas, y de regreso al campamento base. Implementamos una red Ethernet inalámbrica, portátil y de banda ancha que es autónoma y cubre una amplia área. El equipo de adquisición de datos integrado en el interior del vehículo NAE proporciona una recopilación local de datos de ejecución sin telemetría. Controlamos la PC, incluyendo el inicio del programa, la activación de la adquisición de datos, la descarga de datos a la memoria interna, el monitoreo visual de los datos y el almacenamiento de archivos, a través del escritorio remoto. La administración eficaz de estos sistemas de forma remota mientras viajan con el vehículo NAE en condiciones difíciles crea desafíos importantes. La logística de configurar y mantener la integridad del sistema durante días y días hace que las cosas sean aún más difíciles.

 

El chasis NI cDAQ-9188XT es un elemento clave cuidadosamente diseñado en nuestro sistema de adquisición de datos. Proporciona E/S multifuncional en un paquete pequeño y se integra fácilmente con nuestros sistemas de cómputo y de comunicación internos y remotos. La siguiente tabla enumera las asignaciones de los canales de adquisición de datos.

 

E/S multifunción de NI a través del cDAQ-9188XT

Canales                   Sensores                                                Entrada           Datos                                                             

      3       1 Acelerómetro triaxial PCB                                 NI 9234      Vibraciones de la rueda delantera

      6       2 Acelerómetros PCB high-G                              NI 9234               Vibraciones rueda intermedia

      1       Transductor de presión hidráulica Parker                 NI 9206      Compresión de la suspensión delantera

      1      Potenciómetro de cadena SpaceAge Control              NI 9206      Compresión suspensión delantera

      1       Transductor de presión diferencial                           NI 9206      Mach

      1       Ensamble de sensor personaloizado/Galga extensiométrica                NI 9206      Posición de dirección

      3       Galgas extensiométricas (amplificadores de puente)                           NI 9206      Cargas de tensión de la suspensión trasera

      1       Divisor de voltaje potenciómetro lineal                     NI 9206      Posición de comando de dirección

      13     Transductores de presión absoluta de aire                      NI 9206      Presiones estáticas, fuselaje

      3       transductores de presión piezorresistivos Endevco   NI 9206      Presiones estáticas, fuselaje

      1       Salida para amplificador de puente zero-set                       NI 9481      N/A

 

Por qué elegimos NI CompactDAQ

Durante los últimos ocho años, recopilamos datos durante nuestras pruebas con equipo diseñado más para un entorno de laboratorio que para una situación móvil. Pasamos mucho tiempo diseñando y construyendo chasis especiales, adaptando cables de señal a interfaces de 25 pines y creando sistemas de energía para todo nuestro sistema de adquisición de datos. Utilizamos configuraciones de Ethernet complicadas y métodos de activación para combinar tres unidades independientes de adquisición de datos de grado de laboratorio en un solo sistema. Programar el sistema fue bastante fácil, pero llevó bastante tiempo.

 

Durante los últimos dos años, el sistema se volvió poco confiable y las piezas de repuesto no existían. Necesitábamos algo que pudiéramos armar rápidamente que también cumpliera con todos nuestros distintos requisitos, incluyendo ser mucho más pequeño y más fácil de programar, lo que hizo que la robusta plataforma NI CompactDAQ fuera la opción obvia. NI ofrece la selección más amplia de E/S mixtas en un solo paquete que se combina fácilmente con un entorno de programación orientado a objetos. La compañía es conocida por su equipo de laboratorio confiable y preciso, por lo que elegir ese excelente equipo en un paquete portátil y reforzado fue una solución excelente.

 

Reducir de tiempo y el costo con el cDAQ-9188XT

En la prueba de octubre, esperamos ver lecturas aerodinámicas de los puertos estáticos con valores muy similares al modelo del método de elementos finitos (FEM) con el que hemos estado trabajando. Necesitamos validar el modelo contra las cifras del mundo real obtenidas por el sistema NI CompactDAQ. Esperamos capturar cualquier cosa que no anticipamos para ofrecer confianza basada en datos en los cálculos que hacemos para velocidades más altas. Si todo va bien, intentaremos romper el récord en otoño de 2014.

 

En general, estamos extremadamente satisfechos con el cDAQ-9188XT. Conectamos la alimentación por primera vez e inmediatamente comenzamos a adquirir datos sin perder horas solucionando problemas de cableado, programación o errores. La interfaz con nuestro arnés de cableado del sensor y con la PC fue muy fácil. Los módulos snap-in permitieron que sea más fácil añadir rápidamente una selección mixta de E/S. El entorno de programación NI LabVIEW funcionó sin problemas a medida que desarrollamos la configuración deseada para la adquisición de datos . El tiempo es dinero y calculo que ahorré $ 200,000 de mi tiempo implementando el sistema NI CompactDAQ.

 

Información del autor:

Steve Wallace
North American Eagle
Tel: 253-302-3221
stevew@landspeed.com

Figura 1. The North American Eagle vehicle, powered by a turbojet engine and capable of breaking the speed of sound.
Figura 2. The data acquisition team prepares the monitoring equipment for a test in the Black Rock Desert.