Προσδιορισμός σημείου κρούσης σε πτερύγιο αεροσκάφους μέσω ανάλυσης ταλαντωτικών σημάτων
Ο προσδιορισμός σημείου κρούσης στα αεροσκάφη είναι ιδιαίτερης σημασίας για την ασφαλή λειτουργία τους. Η παρούσα μελέτη αντιμετωπίζει τον επακριβή προσδιορισμό σημείου κρούσης σε ένα υπό κλίμακα πτερύγιο (σταθεροποιητή) αεροσκάφους μέσω ανάλυσης ταλαντωτικών σημάτων. Καθώς τα ταλαντωτικά σήματα κατ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2020
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/13732 |
| id |
nemertes-10889-13732 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Προσδιορισμός σημείου κρούσης Data-based μοντέλα Συναρτησιακά μοντέλα Μέθοδος FMBM Ταλαντωτικά σήματα Impact localization Data-based methods Functional models FMBM Vibration signals |
| spellingShingle |
Προσδιορισμός σημείου κρούσης Data-based μοντέλα Συναρτησιακά μοντέλα Μέθοδος FMBM Ταλαντωτικά σήματα Impact localization Data-based methods Functional models FMBM Vibration signals Χαλικιοπούλου, Ευανθία Προσδιορισμός σημείου κρούσης σε πτερύγιο αεροσκάφους μέσω ανάλυσης ταλαντωτικών σημάτων |
| description |
Ο προσδιορισμός σημείου κρούσης στα αεροσκάφη είναι ιδιαίτερης σημασίας για την ασφαλή λειτουργία τους. Η παρούσα μελέτη αντιμετωπίζει τον επακριβή προσδιορισμό σημείου κρούσης σε ένα υπό κλίμακα πτερύγιο (σταθεροποιητή) αεροσκάφους μέσω ανάλυσης ταλαντωτικών σημάτων. Καθώς τα ταλαντωτικά σήματα καταγράφονται από σταθερό σημείο στην κατασκευή αυτό που αλλάζει είναι η πορεία καταγραφής τους για τα διάφορα σημεία κρούσης διαφοροποιώντας την συνάρτηση μεταφοράς του συστήματος. Η κεντρική ιδέα της αναπτυσσόμενης μεθοδολογίας βασίζεται στο ότι διαφορετικά σημεία κρούσης αντιστοιχούν και σε διαφοροποιημένα δυναμικά χαρακτηριστικά του πτερυγίου. Προτείνεται μια μέθοδος δεδομένων αναφοράς που κάνει χρήση καινοτόμων συναρτησιακών μοντέλων, η FMBM. Τα συναρτησιακά μοντέλα αναπαριστούν τα δυναμικά χαρακτηριστικά της κατασκευής υπό τα διάφορα σημεία κρούσης και οι παράμετροι τους αποτελούν συνάρτηση των συντεταγμένων κρούσης κάθε σημείου. Τα ταλαντωτικά σήματα προκύπτουν από πειράματα που διεξάγονται στο πτερύγιο μέσω μορφικού σφυριού, κάτω από σταθερές συνθήκες. Το μορφικό σφυρί εισάγει στο πρόβλημα αβεβαιότητα καθιστώντας πρόκληση την αντιμετώπιση του. Χρησιμοποιείται ένα μόνο αισθητήριο (επιταχυνσιόμετρο) και χαμηλό συχνοτικό εύρος, περιορισμοί που ανταποκρίνονται σε λειτουργικές συνθήκες ενός αεροσκάφους. Το συναρτησιακό μοντέλο που επιλέγεται για την μοντελοποίηση του πτερυγίου, υπό τις διάφορες κρούσεις, είναι το διανυσματικό μοντέλο VFP-AR. Η μέθοδος χωρίζεται σε δύο φάσεις. τη φάση εκπαίδευσης και τη φάση εκτίμησης σημείου κρούσης. Αντιστοίχως πραγματοποιούνται δύο κατηγορίες πειραμάτων. μία για την εκπαίδευση της μεθόδου, με ένα μόνο πείραμα σε κάθε σημείο κρούσης, και μία για την φάση εκτίμησης. Τα άγνωστα σημεία κρούσης προσδιορίζονται μέσω εκτίμησης των συντεταγμένων τους και από τα αποτελέσματα αξιολογείται η απόδοση της μεθόδου. Προκύπτει πως η μέθοδος των συναρτησιακών μοντέλων (FMBM) πετυχαίνει επαρκώς τον προσδιορισμό σημείου κρούσης στο πτερύγιο, με τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά και υπό τους προαναφερόμενους περιορισμούς. Για την πληρέστερη αξιολόγηση της πραγματοποιείται σύγκριση της μεθόδου με άλλες έρευνες της βιβλιογραφίας που στηρίζονται και αυτές σε data-based μοντέλα. Επιτυγχάνεται ο επακριβής προσδιορισμός σημείου κρούσης με μικρό ποσοστό μέσου σφάλματος ως προς την εξεταζόμενη επιφάνεια, μόλις 5%, σε μια μεγάλη περιοχή μελέτης, με αξιοσημείωτα μικρό όγκο σημάτων μάθησης (110 σήματα) και ένα αισθητήριο έναντι μεθόδων νευρωνικών δικτύων και μεθόδων δεδομένων αναφοράς που χρησιμοποιούν πολλαπλά αισθητήρια σε πολύ μικρότερες περιοχές μελέτης. Κατά αναλογία της εξεταζόμενης επιφάνειας τους παρατηρείται πως η κάθε προς σύγκριση εργασία απαιτεί πολύ μεγαλύτερο όγκο δεδομένων μάθησης (>350) ακόμα και για μεγαλύτερα ποσοστά σφαλμάτων. Έτσι η μέθοδος FMBM καθίσταται πολύ αποδοτική και συμπεραίνεται η υπεροχή της ως προς τις μεθόδους της κατηγορίας της ενώ είναι δυνατή η εξέλιξη για την εφαρμογή της σε εν λειτουργία πτερύγιο. |
| author2 |
Chalikiopoulou, Evanthia |
| author_facet |
Chalikiopoulou, Evanthia Χαλικιοπούλου, Ευανθία |
| author |
Χαλικιοπούλου, Ευανθία |
| author_sort |
Χαλικιοπούλου, Ευανθία |
| title |
Προσδιορισμός σημείου κρούσης σε πτερύγιο αεροσκάφους μέσω ανάλυσης ταλαντωτικών σημάτων |
| title_short |
Προσδιορισμός σημείου κρούσης σε πτερύγιο αεροσκάφους μέσω ανάλυσης ταλαντωτικών σημάτων |
| title_full |
Προσδιορισμός σημείου κρούσης σε πτερύγιο αεροσκάφους μέσω ανάλυσης ταλαντωτικών σημάτων |
| title_fullStr |
Προσδιορισμός σημείου κρούσης σε πτερύγιο αεροσκάφους μέσω ανάλυσης ταλαντωτικών σημάτων |
| title_full_unstemmed |
Προσδιορισμός σημείου κρούσης σε πτερύγιο αεροσκάφους μέσω ανάλυσης ταλαντωτικών σημάτων |
| title_sort |
προσδιορισμός σημείου κρούσης σε πτερύγιο αεροσκάφους μέσω ανάλυσης ταλαντωτικών σημάτων |
| publishDate |
2020 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/13732 |
| work_keys_str_mv |
AT chalikiopouloueuanthia prosdiorismossēmeioukrousēssepterygioaeroskaphousmesōanalysēstalantōtikōnsēmatōn AT chalikiopouloueuanthia impactlocalizationonanaircraftwingviavibrationbasedsignalanalysis |
| _version_ |
1771297312922927104 |
| spelling |
nemertes-10889-137322022-09-05T20:42:05Z Προσδιορισμός σημείου κρούσης σε πτερύγιο αεροσκάφους μέσω ανάλυσης ταλαντωτικών σημάτων Impact localization on an aircraft wing via vibration-based signal analysis Χαλικιοπούλου, Ευανθία Chalikiopoulou, Evanthia Προσδιορισμός σημείου κρούσης Data-based μοντέλα Συναρτησιακά μοντέλα Μέθοδος FMBM Ταλαντωτικά σήματα Impact localization Data-based methods Functional models FMBM Vibration signals Ο προσδιορισμός σημείου κρούσης στα αεροσκάφη είναι ιδιαίτερης σημασίας για την ασφαλή λειτουργία τους. Η παρούσα μελέτη αντιμετωπίζει τον επακριβή προσδιορισμό σημείου κρούσης σε ένα υπό κλίμακα πτερύγιο (σταθεροποιητή) αεροσκάφους μέσω ανάλυσης ταλαντωτικών σημάτων. Καθώς τα ταλαντωτικά σήματα καταγράφονται από σταθερό σημείο στην κατασκευή αυτό που αλλάζει είναι η πορεία καταγραφής τους για τα διάφορα σημεία κρούσης διαφοροποιώντας την συνάρτηση μεταφοράς του συστήματος. Η κεντρική ιδέα της αναπτυσσόμενης μεθοδολογίας βασίζεται στο ότι διαφορετικά σημεία κρούσης αντιστοιχούν και σε διαφοροποιημένα δυναμικά χαρακτηριστικά του πτερυγίου. Προτείνεται μια μέθοδος δεδομένων αναφοράς που κάνει χρήση καινοτόμων συναρτησιακών μοντέλων, η FMBM. Τα συναρτησιακά μοντέλα αναπαριστούν τα δυναμικά χαρακτηριστικά της κατασκευής υπό τα διάφορα σημεία κρούσης και οι παράμετροι τους αποτελούν συνάρτηση των συντεταγμένων κρούσης κάθε σημείου. Τα ταλαντωτικά σήματα προκύπτουν από πειράματα που διεξάγονται στο πτερύγιο μέσω μορφικού σφυριού, κάτω από σταθερές συνθήκες. Το μορφικό σφυρί εισάγει στο πρόβλημα αβεβαιότητα καθιστώντας πρόκληση την αντιμετώπιση του. Χρησιμοποιείται ένα μόνο αισθητήριο (επιταχυνσιόμετρο) και χαμηλό συχνοτικό εύρος, περιορισμοί που ανταποκρίνονται σε λειτουργικές συνθήκες ενός αεροσκάφους. Το συναρτησιακό μοντέλο που επιλέγεται για την μοντελοποίηση του πτερυγίου, υπό τις διάφορες κρούσεις, είναι το διανυσματικό μοντέλο VFP-AR. Η μέθοδος χωρίζεται σε δύο φάσεις. τη φάση εκπαίδευσης και τη φάση εκτίμησης σημείου κρούσης. Αντιστοίχως πραγματοποιούνται δύο κατηγορίες πειραμάτων. μία για την εκπαίδευση της μεθόδου, με ένα μόνο πείραμα σε κάθε σημείο κρούσης, και μία για την φάση εκτίμησης. Τα άγνωστα σημεία κρούσης προσδιορίζονται μέσω εκτίμησης των συντεταγμένων τους και από τα αποτελέσματα αξιολογείται η απόδοση της μεθόδου. Προκύπτει πως η μέθοδος των συναρτησιακών μοντέλων (FMBM) πετυχαίνει επαρκώς τον προσδιορισμό σημείου κρούσης στο πτερύγιο, με τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά και υπό τους προαναφερόμενους περιορισμούς. Για την πληρέστερη αξιολόγηση της πραγματοποιείται σύγκριση της μεθόδου με άλλες έρευνες της βιβλιογραφίας που στηρίζονται και αυτές σε data-based μοντέλα. Επιτυγχάνεται ο επακριβής προσδιορισμός σημείου κρούσης με μικρό ποσοστό μέσου σφάλματος ως προς την εξεταζόμενη επιφάνεια, μόλις 5%, σε μια μεγάλη περιοχή μελέτης, με αξιοσημείωτα μικρό όγκο σημάτων μάθησης (110 σήματα) και ένα αισθητήριο έναντι μεθόδων νευρωνικών δικτύων και μεθόδων δεδομένων αναφοράς που χρησιμοποιούν πολλαπλά αισθητήρια σε πολύ μικρότερες περιοχές μελέτης. Κατά αναλογία της εξεταζόμενης επιφάνειας τους παρατηρείται πως η κάθε προς σύγκριση εργασία απαιτεί πολύ μεγαλύτερο όγκο δεδομένων μάθησης (>350) ακόμα και για μεγαλύτερα ποσοστά σφαλμάτων. Έτσι η μέθοδος FMBM καθίσταται πολύ αποδοτική και συμπεραίνεται η υπεροχή της ως προς τις μεθόδους της κατηγορίας της ενώ είναι δυνατή η εξέλιξη για την εφαρμογή της σε εν λειτουργία πτερύγιο. Impact localization is crucial for aircrafts’ safe operation. The present study deals with impact localization on a lab-scale aircraft wing (stabilizer) via vibration-based signal analysis. Measurements are recorded from a fixed point on the structure. For each impact point there is a different recording path. The methodology is based on the fact that different impact points correspond to different dynamics of the structure. The data-reference based method FMBM is proposed, using innovative functional models. Functional models represent the dynamics of the structure under varying impact points and their parameters are a function of the coordinates of each impact point. Vibration signals are obtained from the experiments conducted on the structure by an impact hammer, under non-variable conditions. Using an impact hammer results in uncertainty making the problem more challenging. The limited number of sensors, specifically one (accelerometer), and the low frequency range are considered as limitations, simulating operating conditions of an aircraft. The functional model chosen for the modelling of the wing, under different impact events, is the VFP-AR model. The method consists of two phases. the learning phase and the estimation phase. In respect to the above, two experimental data sets are performed. one set for the training of the method, with only one experiment conducted for each point and another one for the phase of impact point’s estimation. The localization of the unknown impact points is achieved through the estimation of their coordinates and results are used for the method’s evaluation. Hence the functional model-based method (FMBM), with the specific features and limitations as mentioned above, achieves precise localization of impact points on the wing. For a proper evaluation, the method is compared to other data-based model studies. Precise impact localization is achieved via a small error rate, only 5%, in a large study area, with a remarkably small training data set (110 signals) and one sensor against neural network and data-reference methods using multiple sensors in quite smaller study areas. In reference to the study areas each method being compared requires much more larger training data sets (>350) and, even, resulting in higher error rates. Thus, the FMBM is an efficient method, superior over same-class methods and it can be further investigated for application on an operating wing. 2020-08-02T12:14:32Z 2020-08-02T12:14:32Z 2020-07 http://hdl.handle.net/10889/13732 gr application/pdf |
