Utilizando o chassi NI cDAQ-9188XT para tentar quebrar o recorde mundial de velocidade em solo

- Steve Wallace, North American Eagle

"A NI oferece a seleção mais ampla de E/S mistas em um encapsulamento único, que é facilmente reunido em um ambiente de programação orientado ao objeto."

- Steve Wallace, North American Eagle

O desafio:

Coletar dados de aerodinâmica, estresse, tensão, pressão hidráulica, velocidade, aceleração e direção do veículo North American Eagle assim que ele se mover mais rápido que a velocidade do som e em condições extremamente severas.

A solução:

Construir um sistema de aquisição de dados baseado no chassi NI cDAQ-9188XT e no software LabVIEW, o que reduziu o tempo total de configuração e simplificou a interface entre o sensor de cablagens e o computador.

 

A missão de quebrar o recorde mundial de velocidade em solo

O North American Eagle (NAE) é um grupo de homens e mulheres dedicados dos EUA e Canadá, que se comprometeram a construir o automóvel mais rápido do mundo. Por fim, nosso objetivo é testar a capacidade de um veículo terrestre para transitar com segurança através da velocidade supersônica e quebrar o atual recorde mundial de velocidade em solo de 763 mi/h (341 m/s) alcançado em 1997. Esse projeto poderia modelar o futuro das tecnologias das ferrovias de alta velocidade, fornecer mais informações sobre os efeitos solo de aeronaves de alta velocidade durante a aterrissagem e sugerir novos métodos de desaceleração para veículos de alta velocidade.

 

Segurança é nossa maior prioridade, portanto, quebrar o recorde mundial de velocidade em solo não deve criar riscos inaceitáveis ao piloto, equipe ou espectadores. Como resultado, nós realizamos diversos testes no veículo (a fuselagem de um Lockheed F-104A-1-0 Starfighter, equipado com um motor turbojato) antes, durante e depois de executar o teste. Ao longo dos oito anos passados, nós conduzimos 33 sessões de teste sob várias condições ambientais extremas.

 

Este estudo de caso delineia o sistema e os processos de aquisição de dados, dando apoio ao próximo teste do veículo NAE, onde o veículo estava previsto para alcançar a velocidade de cerca de 635 mi/h.

 

 

Os objetivos e desafios do teste

Nosso sistema de aquisição de dados precisa obsevar as características de condução do carro assim que nós gradualmente aumentarmos a velocidade, e ele deve coletar de maneira confiável:

  •  
  • Dados aerodinâmicos para comparação com valores previstos pela dinâmica computacional do fluido
  • Dados estruturais de estresse e tensão nos componentes do sistema de suspensão traseira
  • Dados de vídeo
  • Dados do sistema de direção da roda dianteira e resposta

 

Por conta de nós operarmos em condições muito severas, nós precisamos de um desempenho excepcional de todos os sistemas no programa de teste do NAE. A poeira extremamente fina e altamente corrosiva e alcalina, transportada pelo ar, pode limitar a visibilidade à luz do dia para menos de seis pés (~1,829 m) de distância. Além disso, as temperaturas no deserto podem chegar a 48 °C e há um ruído estático de RF proveniente dos geradores de fagulha para a ignição e o sistema de pós-combustão. O sistema deve também ser capaz de resistir a 20G (forças-G) das irregularidades da pista. Para comparação, o ônibus espacial alcança certa de 3G durante o lançamento e um carro de Fórmula 1 pode alcançar até 5 a 6G durante a corrida

.

O time utiliza o Windows Remote Desktop para acompanhar o trajeto, onde o veículo NAE viaja a partir do acampamento base até o começo e o fim do curso de 14 milhas, e volta ao acampamento base. Nós implantamos uma rede Ethernet portátil de banda larga sem fio, que é autônoma e cobre uma vasta área. O equipamento integrado de aquisição de dados onboard do veículo NAE fornece uma coleção local de dados de execução sem telemetria. Nós controlamos o computador, incluindo a inicialização do programa, início da aquisição de dados, download de dados para a memória onboard, monitoramento visual dos dados e salvamento de arquivo, tudo via Remote Desktop. Gerenciar esses sistemas remotamente com eficiência à medida que eles acompanham o veículo NAE em condições severas cria desafios significantes. A logística de configurar e manter a integridade geral do sistema por dias a fio torna as coisas ainda mais difíceis

.

chassi NI cDAQ-9188XT é um elemento chave para nosso sistema de aquisição de dados cuidadosamente desenvolvido. Ele fornece E/S multifuncionais em um pequeno encapsulamento e facilmente se integra com nossos sistemas onboard e remotos de computação e comunicação. A tabela seguinte lista as designações dos canais para aquisição de dados

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E/S multifunção via NI cDAQ-9188XT

anais

Sensores

Placa de entrada

Dados

3

1 acelerômetro triaxial PCB

NI 9234

Vibração do carro da roda dianteira

6

2 acelerômetros high-G PCB

NI 9234

Vibração da roda central

1

Transdutor de pressão hidráulica Parker

NI 9206

Compressão da suspensão frontal

1

Potenciômetro de string de controle SpaceAge

NI 9206

Compressão da suspensão frontal

1

Transdutor de pressão diferencial

NI 9206

Mach

1

Strain gage/ conjunto de sensor personalizado

NI 9206

Posição da direção

3

Strain gages (amplificadores de ponte)

NI 9206

Cargas de tensão da suspensão traseira

1

Divisor de tensão com potenciômetro linear

NI 9206

Posição do comando de direção

13

Transdutores de pressão absoluta do ar

NI 9206

Pressões estáticas, fuselagem

3

Transdutores de pressão piezorresistivos Endevco

NI 9206

Pressões estáticas, fuselagem

1

Saída para ajuste de zero do amplificador de ponte

NI 9481

N/D

 

Por que nós escolhemos o NI CompactDAQ

Pelos últimos oito anos, nós colhemos dados durante as nossas execuções de teste com equipamentos que foram desenvolvidos mais para um ambiente de laboratório do que para uma situação móvel. Nós gastamos muito tempo desenvolvendo e construindo chassis especiais, adaptando os cabos de sinal para as interfaces de 25 pinos e criando sistemas de energia para nosso sistema completo de aquisição de dados. Nós usamos complicadas configurações e métodos de acionamento Ethernet para combinar três unidades separadas de aquisição de dados de grau laboratorial em um único sistema. Programar o sistema foi bastante fácil, mas levou uma grande quantidade de tempo

.

Durante os passados dois anos, o sistema se tornou não confiável e as peças de reposição ficaram inexistentes. Nós precisávamos de algo que pudéssemos juntar rapidamente e que também atenderia à toda variedade de requisitos, incluindo ser muito menor e mais fácil de programar, o que transformou o robusto NI CompactDAQ em uma escolha óbvia de plataforma. A NI oferece a mais vasta seleção de E/S mistas em um único encapsulamento, que é facilmente reunido em um ambiente de programação orientado ao objeto. A empresa é bem conhecida pela sua confiabilidade, exatidão do equipamento de laboratório, então, escolher o mesmo excelente equipamento em uma carcaça fortalecida e portátil foi uma solução formidável

.

Reduzindo o tempo e o custo com o cDAQ-9188XT

No teste de outubro, nós esperamos ver leituras aerodinâmicas das portas estáticas com valores muito similares ao modelo do método dos elementos finitos (MEF) com que nós estivemos trabalhando. Nós precisamos validar o modelo contra as figuras do mundo real obtidas pelo sistema NI CompactDAQ. Nós esperamos pegar qualquer coisa que não antecipamos para fornecer a confiança com relação aos dados nos cálculos que nós fazemos para velocidades mais elevadas. Se tudo der certo, nós tentaremos quebrar o recorde em queda livre em 2014

.

No geral, estamos extremamente satisfeitos com o cDAQ-9188XT. Nós ligamos a energia pela primeira vez e começamos a adquirir dados imediatamente sem gastar horas para solucionar problemas de cabeamento, programação ou bugs. A interface com o nosso sensor de cablagens e com o computador foi muito fácil.  Os módulos de encaixe simplificaram a adição de uma seleção de E/S mistas com rapidez. O ambiente de programação do NI LabVIEW trabalhou de maneira infalível, ao mesmo tempo em que desenvolvemos a configuração desejada para aquisição dos dados. Tempo é dinheiro e eu estimo que economizei US200.000,00 do meu tempo implementando o sistema com o NI CompactDAQ

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Informações sobre o autor:

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

Figura 1. O veículo North American Eagle, desenvolvido com um motor turbojato e capaz de superar a velocidade do som.
Figura 2. O time de aquisição de dados prepara o equipamento para o teste.