ለትላልቅ ቋሚ ክንፍ ያላቸው UAS የበረዶ ማረጋገጫ ሙከራ

በትንሽ የኤሌክትሪክ UAV ላይ የበረዶ መፈጠር ችግር አብዛኛውን ጊዜ የሚፈታው በማሞቂያ ፕሮፔለር ወይም በማሞቂያ ፒቶት ቱቦ ነው — ይህ ለትንሽ እና የኃይል ውስንነት ላለው አካል የታለመ መፍትሄ ነው። በMALE ወይም HALE አውሮፕላን ላይ የበረዶ መፈጠር ግን ሙሉ ለሙሉ የተለየ ደረጃ ያለው ችግር ነው፡ ይህ የሙሉ-አውሮፕላን፣ በመመዘኛዎች የሚመራ የማረጋገጫ መስፈርት ሲሆን፣ ሰው ሰራሽ የትራንስፖርት አውሮፕላኖች ከሚረጋገጡበት ተመሳሳይ የበረዶ መፈጠር ሁኔታዎች ጋር ይሞከራል፣ ምክንያቱም በዚህ መጠን አውሮፕላኑ የሚበረው በተመሳሳይ የአየር ፀባይ ውስጥ ነው።

1. የማረጋገጫ መስፈርቱ ሰው ሰራሽ አውሮፕላኖች ከሚጠቀሙት ጋር ተመሳሳይ ነው

ለዚህ ዓይነቱ ሙከራ የማጣቀሻ ተቋም በግሌን የምርምር ማዕከል የሚገኘው የNASA Icing Research Tunnel (IRT) ነው — ይህ ለአውሮፕላን በረዶ መፈጠር ከተዘጋጁት የዓለማችን ትላልቅ የቀዘቀዙ የንፋስ ቱናሎች አንዱ ሲሆን፣ በፌዴራል አቪዬሽን ደንብ ክፍል 25፣ አባሪ C (Appendix C) ውስጥ ያለውን የFAA የበረዶ ማረጋገጫ መስፈርት በግልፅ የሚደግም ተቋም ነው። የታተሙት ባህሪያቱ "የሙሉ-መጠን የበረዶ ማረጋገጫ" በእርግጥ ምን እንደሚፈልግ ያሳያሉ፡

የሙከራ ክፍል 6 ft ከፍታ × 9 ft ስፋት × 20 ft ርዝመት
የሙከራ ክፍል የአየር ፍጥነት ከ50 እስከ 350 knots
የሙከራ ክፍል አጠቃላይ የሙቀት መጠን ከ–25°C እስከ 5°C
የፈሳሽ ውሃ ይዘት ከ0.2 እስከ 3.0 g/m³ ፣ የደመና ወጥነት በ**±10%** የተጠበቀ
የጠብታ አማካይ የድምፅ ዲያሜትር ከ15 እስከ 50 µm
የሙከራ ክፍሉን 4.5 በ 6 ft የሚሸፍን ወጥ የሆነ የበረዶ ደመና
ትኩስ ብሊድ-አየርን የሚጠቀሙ የሙቀት ፀረ-በረዶ ስርዓቶችን ለመሞከር፣ እስከ 1 lb/s የሚደርስ የተመሰለ የሞተር ብሊድ-አየር ፍሰት

IRT የሙሉ-መጠን የአውሮፕላን አካላትን እንዲሁም የአውሮፕላኖችን እና ሄሊኮፕተሮችን ልኬት ሞዴሎች ይሞክራል፣ እና የደንበኞቹ ዝርዝር — Boeing፣ Bell Helicopter፣ Goodrich፣ Cessna፣ Sikorsky፣ በተጨማሪም የዩ.ኤስ. ጦር፣ የባህር ኃይል እና የአየር ኃይል — ይህ የማረጋገጫ-ደረጃ መሠረተ ልማት እንጂ የምርምር ጉጉት ብቻ አለመሆኑን ያንፀባርቃል። በቅርብ ጊዜ የተደረጉ የNASA የበረዶ ሙከራ ዘመቻዎች የካሊብሬሽን ስራን ወደ አዲሱ አባሪ O (Appendix O) እጅግ-የቀዘቀዘ ትልቅ ጠብታ (SLD) ሁኔታዎች አስፍተዋል፣ ይህም አሁን FAA እና EASA ከመጀመሪያው የአባሪ C ሁኔታዎች ጎን ለጎን የሚፈልጉት ነው።

2. የበረዶ-መከላከያ ቴክኖሎጂው በመጠን ለምን እንደሚለያይ

የበረዶ መከላከያ ቴክኖሎጂ በአውሮፕላን መጠን ላይ ተመስርቶ በግልፅ ይከፈላል፣ እና የሚከፈለውም በአካላዊ ምክንያት ነው፡ ባለው የኃይል መጠን። ኤሌክትሮ-ተርማል ማሞቂያ — ለትናንሽ UAVዎች የተለመደው አቀራረብ — ትንሽ የኤሌክትሪክ ፕላትፎርም ሊያቀርብ በሚችለው የባትሪ አምፔር የተገደበ ነው፣ ለዚህም ነው አብዛኛውን ጊዜ ከሙሉ ክንፍ ይልቅ እንደ ፕሮፔለር ወይም ፒቶት ፕሮብ ባሉ ትናንሽ እና ከፍተኛ ዋጋ ባላቸው አካላት ላይ ብቻ የሚወሰነው።

ትልቅ፣ በነዳጅ የሚሰራ MALE ወይም HALE አውሮፕላን ሙሉ ለሙሉ የተለየ የኃይል በጀት አለው፣ እና ይህ የሞተር ብሊድ-አየርን በመጠቀም የሙቀት ፀረ-በረዶ ስርዓትን ይከፍታል፣ ይህም በፒኮሎ ቱቦ በኩል ወደ ክንፉ የፊት ጠርዝ ይመራል — ይህ ሰው ሰራሽ የትራንስፖርት አውሮፕላኖች ለአስርት ዓመታት የተጠቀሙበት ተመሳሳይ መሰረታዊ አርክቴክቸር ሲሆን፣ ሙሉ በሙሉ የኤሌክትሪክ የበረዶ-መከላከያ ስርዓት የሚፈልገውን የኤሌክትሪክ ማመንጨት አቅም አውሮፕላኑ እንዳይሸከም ያድነዋል። በዚህ መጠን ከተመዘገቡት ምሳሌዎች መካከል የRQ-4 Global Hawk ይገኝበታል፣ የሞተር ሽፋን ፀረ-በረዶ ስርዓቱ ከብሊድ-አየር ይልቅ ከአውሮፕላኑ የሃይድሮሊክ ስርዓት የተገኘውን ሙቀት ይስባል — ይህ በትልቅ UAS ላይ "የሙቀት መከላከያ" ከአንድ በላይ ከሆኑ የውስጥ የሙቀት ምንጮች ሊመነጭ እንደሚችል፣ እና ትክክለኛው ምርጫ በአውሮፕላኑ ልዩ የስርዓቶች አርክቴክቸር ላይ የተመሰረተ መሆኑን የሚያስታውስ ነው።

3. የትልቅ-ቋሚ-ክንፍ የበረዶ ሙከራ ዘመቻ ምን ማካተት እንዳለበት

በትክክለኛው የማረጋገጫ ሁኔታዎች ላይ መሞከር ፣ በዘፈቀደ ቀዝቃዛ-እና-እርጥብ ሁኔታ ላይ አይደለም — የአባሪ C የፈሳሽ ውሃ ይዘት፣ የጠብታ መጠን እና የሙቀት መጠን ውህደቶች በትክክል የተገለጹት የተለያዩ ውህደቶች የተለያዩ የበረዶ ቅርጾችን እና የተለያዩ የአየር ዳይናሚክ ቅጣቶችን ስለሚያመነጩ ነው።
የአባሪ O እጅግ-የቀዘቀዘ ትልቅ ጠብታ ሁኔታዎች ከአባሪ C ጎን ለጎን ፣ ምክንያቱም የSLD በረዶ መፈጠር ከጥንታዊው የአባሪ C በረዶ መፈጠር ይልቅ በአየር ፎይል ላይ ወደ ኋላ ራቅ ብሎ በረዶ እንዲከማች ስለሚያደርግ፣ ይህ ቦታ ለአባሪ C ብቻ የተነደፉ የበረዶ-መከላከያ ስርዓቶች ላይሸፍኑት ይችላሉ።
የሞቀውን ገጽታ ብቻ ሳይሆን ሙሉውን የሙቀት ስርዓት — ለብሊድ-አየር ስርዓት፣ ይህ ማለት ዳክቲንግን፣ የፒኮሎ ቱቦ ስርጭትን እና የሙቀት አቅርቦትን በተመሰለ የሞተር ፍሰት ስር መሞከር ማለት ነው፣ በተናጠል ከሞቀ ፓነል ላይ የሚወድቀውን በረዶ መለካት ብቻ አይደለም።
እውነተኛ የበረዶ ቅርጾች ተያይዘው የአየር ዳይናሚክ አፈፃፀም ፣ ምክንያቱም ማረጋገጫ በመጨረሻ ስለ አውሮፕላኑ የመብረር ጥራቶች የመከላከያ ስርዓቱ ከተነደፈበት በረዶ ጋር ነው — የመከላከያ ስርዓቱ በጥሩ ሁኔታ የበረዶ መፈጠርን ይከላከላል ወይ የሚለው ብቻ አይደለም።
የማረጋገጫ መሰረቱ በሚጠይቅበት ቦታ ሁሉ የሙሉ-መጠን አካላት — የIRT የሙሉ-መጠን የአውሮፕላን አካላትን የመሞከር የተመዘገበ አቅም ያለው በትክክል በአንዳንድ አካላት ላይ የበረዶ ክምችት ፊዚክስ ወደ ትንሽ ሞዴል በጥሩ ሁኔታ ስለማይመጣጠን ነው።

4. የምናያቸው አምስት ስህተቶች

የበረዶ መከላከያን በማንኛውም የአውሮፕላን መጠን እንደ አካል-ደረጃ የኤሌክትሮ-ተርማል ችግር አድርጎ መውሰድ። ለትንሽ UAV ፕሮፔለር የሚሰራው ለMALE/HALE ክንፍ አይሰራም — የኃይል በጀቱ እና የማረጋገጫ መሰረቱ ሁለቱም የተለያዩ ናቸው።
አባሪ Cን ብቻ መሞከር እና ያ "የበረዶ መፈጠርን" ይሸፍናል ብሎ ማሰብ። የአባሪ O እጅግ-የቀዘቀዘ ትልቅ ጠብታ ሁኔታዎች አሁን ለብዙ ፕሮግራሞች የማረጋገጫ መሰረት የተለየ እና አስፈላጊ አካል ናቸው፣ እና እነሱ የአየር ፎይሉን የተለየ ክፍል በረዶ ያደርጋሉ።
የአቅርቦት ስርዓቱን ሳያረጋግጡ የሙቀት ምንጩን ማረጋገጥ። የብሊድ-አየር ስርዓት የፒኮሎ ቱቦ ስርጭት እና የዳክቲንግ ኪሳራዎች ልክ እንደ ሚገኘው ጥሬ ሙቀት አስፈላጊ ናቸው — በወረቀት ላይ የሚሰራ ስርዓት በክንፉ ጫፍ ላይ በቂ አቅርቦት ላይሰጥ ይችላል።
የአየር ዳይናሚክ ቅጣትን ሳይለኩ የበረዶ መከላከልን መለካት። ማረጋገጫ "በረዶ ይፈጠራል ወይ" ብቻ አይደለም — "አውሮፕላኑ የመከላከያ ስርዓቱ ከተረጋገጠባቸው የበረዶ ቅርጾች ጋር እንዴት ይበራል" የሚለው ነው።
የተመጣጠነ ሞዴል የሙሉ-መጠን አካል የሚያደርገውን ሁሉ ይይዛል ብሎ ማሰብ። የበረዶ ክምችት ፊዚክስ የመጠን ውጤቶች በጣም ይቅርታ ከማያደርጉባቸው አካባቢዎች አንዱ ነው፣ ለዚህም ነው የማረጋገጫ-ደረጃ የበረዶ የንፋስ ቱናሎች የሙሉ-መጠን አካላትን በቀጥታ የሚሞክሩት።

5. ይህ ለፕሮግራምዎ ምን ማለት ነው

የማረጋገጫ መሰረትዎን እና የበረዶ-መከላከያ አርክቴክቸርዎን ይንገሩን ፣ እና አውሮፕላንዎ ሊረጋገጥበት ከሚገባው ትክክለኛው የአባሪ C እና አባሪ O ሁኔታዎች አንፃር የሙከራ ፕሮግራም እናዘጋጃለን — አጠቃላይ የቀዝቃዛ-አየር ፀባይ ምርመራ አይደለም። ተዛማጅ ንባብ፡ የእኛ ማዕከላዊ ጽሑፍ በ

long-range fixed-wing UAS testing

ላይ።

ምንጮች እና ማስታወሻዎች

የNASA Icing Research Tunnel ተቋም ባህሪያት (የሙከራ ክፍል 6 ft × 9 ft × 20 ft፣ የአየር ፍጥነት 50–350 knots፣ አጠቃላይ የሙቀት መጠን –25°C እስከ 5°C፣ የፈሳሽ ውሃ ይዘት 0.2–3.0 g/m³ ከ ±10% የደመና ወጥነት ጋር፣ የጠብታ MVD 15–50 µm፣ ወጥ የሆነ የበረዶ ደመና 4.5 በ 6 ft፣ የተመሰለ የሞተር ብሊድ-አየር ፍሰት እስከ 1 lb/s፣ የFAA FAR ክፍል 25 አባሪ C የበረዶ ማረጋገጫ መስፈርቶች መባዛት፣ የሙሉ-መጠን የአውሮፕላን አካላት እና የአውሮፕላኖች እና ሄሊኮፕተሮች ልኬት ሞዴሎች ሙከራ፣ እና የደንበኛ መሰረቱ Boeing፣ Bell Helicopter፣ Goodrich፣ Cessna፣ Sikorsky እና የዩ.ኤስ. ወታደራዊ አገልግሎቶችን ጨምሮ)፡ NASA Glenn Research Center / NASA Aeronautics Test Program, "Icing Research Tunnel" fact sheet።
የIRT የካሊብሬሽን ስራ ወደ FAA/EASA አባሪ O እጅግ-የቀዘቀዘ ትልቅ ጠብታ (SLD) ሁኔታዎች መስፋፋት በቅርብ ጊዜ በተደረጉ የNASA የሙከራ ዘመቻዎች በNASA Technical Reports Server ላይ በሚገኙ ተከታታይ የNASA Glenn የበረዶ ምርምር ህትመቶች ውስጥ ተመዝግቧል።
የኤሌክትሮ-ተርማል የበረዶ መከላከያ ለትናንሽ፣ የኃይል ውስንነት ላላቸው የUAV አካላት እንደ የተለመደ አቀራረብ፣ ከሙቀት ብሊድ-አየር ፀረ-በረዶ በፒኮሎ ቱቦ በኩል ለትላልቅ፣ በነዳጅ ለሚሰሩ የHALE አውሮፕላኖች ከሚስማማው አቀራረብ ጋር ሲነፃፀር፣ እና የRQ-4 Global Hawk የሞተር ሽፋን ፀረ-በረዶ ስርዓት ከአውሮፕላኑ የሃይድሮሊክ ስርዓት ሙቀትን መሳቡ፡ ከታተሙ የአውሮፕላን የበረዶ-መከላከያ-ስርዓት ጽሑፎች ጋር የሚስማማ ነው።
የRQ-4B Global Hawk (የHALE ክፍል) የአውሮፕላን ዳራ፡ በረጅም-ርቀት ቋሚ-ክንፍ የUAS ሙከራ (MALE፣ HALE እና VTOL) ላይ ካተምነው ጽሑፋችን ጋር የሚስማማ ነው።
የሙከራ-ዘዴ መመሪያ (ሙሉ-ሁኔታ የአባሪ C እና አባሪ O ሙከራ፣ የሙሉ-ስርዓት የሙቀት ማረጋገጫ፣ የበረዶ ቅርጾች ተያይዘው የአየር ዳይናሚክ-ቅጣት መለኪያ፣ የሙሉ-መጠን አካል ሙከራ) የTunnelTech የምህንድስና ልምድ ነው፣ ከላይ ለተመዘገቡት የማረጋገጫ-ደረጃ የተቋም ባህሪያት በቀጥታ ምላሽ የሚሰጥ ነው።

ለትላልቅ ቋሚ ክንፍ ያላቸው UAS የበረዶ መፈጠር እና የሁሉም-አየር-ፀባይ ማረጋገጫ