Test rig design and setup for experimental validation of slipper-swashplate lubricating interface simulation

I More Electric Aircrafts (MEA) rappresentano il futuro dell'industria aerospaziale. Sostituendo i tradizionali sistemi di potenza idraulici, pneumatici e meccanici con quelli elettrici, si riesce a soddisfare l'esigenza di ridurre l'inquinamento ambientale e sonoro, di avere velivoli sempre più leggeri ed efficienti. In questa prospettiva, gli attuatori elettro-idrostatici (EHA) ad alte prestazioni trovano applicazione nei sistemi di controllo di volo, dove, tuttavia, vengono ancora utilizzati soprattutto come soluzioni di back-up. L'impiego è ostacolato dall'attuale breve vita di servizio dell'unità, principalmente determinata dalla pompa. Molti gruppi di ricerca sono quindi impegnati nel cercare soluzioni per aumentare la robustezza di questo componente, particolarmente sollecitato se applicato negli EHA. All'Institute for Fluid Power Drives and Systems (ifas) presso la Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen University, dove questo lavoro è stato portato avanti, stanno analizzando la vita utile dei componenti idraulici e meccanici all'interno degli EHA, con lo scopo di progettare tecnologie ad alte prestazioni. In particolare, si è sviluppata una simulazione numerica dell'interfaccia pattino-piastra inclinata, considerato il contatto più critico della pompa a pistoni assiali. Lì si concentra un'importante quota delle perdite volumetriche e meccaniche. I pattini idrostatici sono elementi chiave di questa macchina, di cui ne determinano performance e longevità. L'usura dei pattini è infatti una delle più comuni modalità di guasto di questo tipo di pompe. Lo scopo della tesi è progettare un apparato sperimentale che renda possibile l'investigazione del comportamento del pattino in condizioni controllate per la validazione del codice di simulazione. Infatti, il banco prova produce condizioni riproducibili e misurabili sotto le quali la simulazione può essere validata, piuttosto che imitare le reali condizioni operative caratteristiche di una pompa in un EHA. L'apparato consiste in un tribometro, che si rifà all'idea della "cinematica inversa", dove la piastra di scorrimento è in rotazione mentre i pistoni sono fermi. Lo spessore del film, la posa del pattino, la forza di attrito e le perdite di portata sono misurate per valutare le prestazioni di questa interfaccia di lubrificazione. Inoltre, l'approccio del Design of Experiments (DoE) è stato adottato per progettare una preliminare campagna di misurazioni, con l'obiettivo di capire se il banco prova è idoneo o meno a produrre risultati realistici e idonei alla validazione del codice di simulazione.