UAS-এর জন্য টার্বোপ্রপ এবং পিস্টন প্রোপালশন টেস্টিং

একটি MALE বা HALE এয়ারক্রাফটের প্রোপালশন বা চালিকাশক্তির সিদ্ধান্তটি একটি বৈদ্যুতিক মোটর এবং প্রোপেলার বেছে নেওয়ার চেয়ে সম্পূর্ণ ভিন্ন একটি বিষয়। একটি টার্বোপ্রপ বা হেভি-ফুয়েল পিস্টন ইঞ্জিনের সাথে এয়ার ইনটেক, এক্সজস্ট, কুলিং সিস্টেম এবং এমন একটি বড় প্রোপেলার যুক্ত থাকে যা এর এয়ারফ্রেমের সাথে কার্যকরভাবে মিথস্ক্রিয়া করতে পারে — আর এই সবকিছুই বাস্তব ক্রুজ স্পিড এবং উচ্চতায় ঘটে, ছোট ইলেকট্রিক UAV-এর মতো লো-স্পিড, লো-রেনল্ডস-নম্বর পরিবেশে নয়।

১. দুটি বাস্তব ইঞ্জিন, দুটি বাস্তব ইন্টিগ্রেশন সমস্যা

এই শ্রেণির দুটি ফ্ল্যাগশিপ উদাহরণ থেকে বোঝা যায় যে একই এয়ারক্রাফট ফ্যামিলির মধ্যেও "প্রোপালশন" কতটা ভিন্ন অর্থ বহন করতে পারে। মূল MQ-1 Predator একটি একক Rotax 914F, টার্বোচার্জড, ফোর-সিলিন্ডার, ফোর-স্ট্রোক পিস্টন ইঞ্জিন দ্বারা চালিত ছিল যার রেটিং প্রায় 115 hp , সিলিন্ডারগুলোতে এয়ার-কুলড এবং হেডগুলোতে ওয়াটার-কুলড ব্যবস্থা ছিল, যা একটি টুইন-ব্লেড কনস্ট্যান্ট-স্পিড পুশার প্রোপেলার চালাত — এয়ারক্রাফটটি প্রায় 25,000 ft উচ্চতায়, 84 থেকে 135 mph গতিতে, একটানা 24 ঘণ্টারও বেশি সময় ধরে ক্রুজ করত।

এর বৃহত্তর উত্তরসূরি, MQ-9 Reaper , একটি Digital Electronic Engine Control সহ Honeywell TPE331-10 টার্বোপ্রপ দ্বারা চালিত, যা একটি রিয়ার-মাউন্টেড, মাল্টি-ব্লেড, কন্ট্রোলেবল-পিচ পুশার প্রোপেলার চালায়। General Atomics-এর মতে, এয়ারক্রাফটটি 50,000 ft পর্যন্ত উচ্চতায় কাজ করে, 240 KTAS ট্রু এয়ারস্পিডে ক্রুজ করে এবং এর এন্ডুরেন্স 27 ঘণ্টারও বেশি।

উভয় এয়ারক্রাফটই একই মৌলিক আর্কিটেকচার বেছে নিয়েছে — ফিউজলেজের পিছনে মাউন্ট করা একটি পুশার প্রোপেলার — যদিও একটি পিস্টন ইঞ্জিনের মাধ্যমে গ্যাসোলিনে চলে এবং অন্যটি টার্বোপ্রপের মাধ্যমে জেট ফুয়েলে চলে। এই আর্কিটেকচারাল পছন্দটি উইন্ড টানেল প্রোগ্রামের জন্য কোনো আকস্মিক বিষয় নয়; বরং এটি এর কেন্দ্রবিন্দু।

২. পুশার লেআউট কেন নিজেই একটি টেস্টিং সমস্যা

ফিউজলেজের পিছনে মাউন্ট করা একটি পুশার প্রোপেলার সরাসরি পরিষ্কার ফ্রিস্ট্রিম বাতাস পায় না — এটি ফিউজলেজের ওয়েক (wake) এবং জ্যামিতির ওপর নির্ভর করে এর সামনের উইং ও এমপেনেজ (empennage)-এর বাতাস টেনে নেয়। প্রোপেলার ডিস্কে পৌঁছানোর আগেই সেই ইনফ্লো বিকৃত হয়ে যায়, এবং প্রোপেলারটি তার নিজস্ব সুইর্ল (swirl) এবং চাপের অস্থিরতা লেজের ফ্লো ফিল্ডের দিকে ঠেলে দেয়। শুধুমাত্র প্রোপেলারের বেঞ্চ টেস্ট, বা শুধুমাত্র উইং-এর অ্যারোডাইনামিক টেস্ট, এই মিথস্ক্রিয়ার কোনো দিকই সঠিকভাবে তুলে ধরতে পারে না — একে অপরের উপস্থিতিতে পরিমাপ করা হলেই কেবল এগুলোর প্রকৃত অর্থ পাওয়া যায়।

এটি প্রোপেলার-ইনলেট এবং এয়ারফ্রেম-প্রোপালশন ইন্টিগ্রেশন গবেষণার একটি বিস্তৃত ও প্রমাণিত ফলাফলকে প্রতিফলিত করে: প্রোপেলারের উপস্থিতি পরিমাপযোগ্যভাবে মোট চাপ বন্টনকে পরিবর্তন করে এবং সুইর্ল বিকৃতি তৈরি করে, এবং প্রোপালশন-ইন্টিগ্রেটেড এয়ারফ্রেমে ইনটেক ও এক্সজস্ট ফ্লো-এর প্রভাব লিফট-টু-ড্র্যাগ রেশিও এবং পিচিং মোমেন্ট পরিবর্তন করতে পারে — এই প্রভাবগুলো তখনই দেখা যায় যখন প্রোপালশন সিস্টেম এবং এয়ারফ্রেম একসাথে পরীক্ষা করা হয়, আলাদাভাবে নয়।

৩. ইন্টিগ্রেশন টেস্টিংয়ে আসলে কী কী অন্তর্ভুক্ত করা প্রয়োজন

একটি রিপ্রেজেন্টেটিভ প্রোপেলারসহ সম্পূর্ণ এয়ারফ্রেম , ক্লিন-এয়ারফ্রেম পোলারের ওপর শুধুমাত্র প্রোপেলারের থ্রাস্ট-স্ট্যান্ড ফলাফল চাপিয়ে দেওয়া নয় — পুশার কনফিগারেশনের মানে হলো এই দুটি একে অপরের থেকে স্বাধীন নয়।
ফ্লাইট এনভেলপ জুড়ে ইনলেট ফ্লো-এর গুণমান। একটি টার্বোপ্রপের এয়ার ইনটেককে ক্রুজ, ক্লাইম্ব এবং মিশন প্রোফাইলে অন্তর্ভুক্ত যেকোনো হাই-অ্যাঙ্গেল-অফ-অ্যাটাক পরিস্থিতিতে ইঞ্জিনের মুখে গ্রহণযোগ্য প্রেশার রিকভারি এবং বিকৃতির মাত্রা সরবরাহ করতে হয় — যা একটি বৈদ্যুতিক মোটরের ক্ষেত্রে একেবারেই প্রয়োজন হয় না।
ড্র্যাগ এবং পিচিং মোমেন্টের ওপর এক্সজস্ট ইন্টিগ্রেশনের প্রভাব , কারণ ইনটেক এবং এক্সজস্ট ফ্লো উভয়কেই পরিমাপযোগ্যভাবে পরিবর্তন করতে দেখা গেছে, এবং একটি MALE-শ্রেণির মিশন ক্রুজ দক্ষতার ওপর নির্ভর করে যেখানে 24 ঘণ্টারও বেশি ফ্লাইটে ছোট ড্র্যাগ পেনাল্টিগুলো বড় আকার ধারণ করে।
বিশেষ করে পিস্টন পাওয়ারপ্ল্যান্টের জন্য কুলিং ড্র্যাগের হিসাব — একটি লিকুইড- বা এয়ার-কুলড পিস্টন ইঞ্জিনে কুলিং-ফ্লো ড্র্যাগ থাকে যা একটি বৈদ্যুতিক মোটর তৈরি করে না, এবং এটিকে এয়ারফ্রেম ড্র্যাগ বাজেটের বাকি অংশের মতো একই টেস্টে পরিমাপ করতে হবে।
লেজের সাথে প্রোপেলার-ওয়েক মিথস্ক্রিয়া , কারণ একটি পুশার লেআউট এমপেনেজকে সরাসরি প্রোপেলারের ইনফ্লো এবং স্লিপস্ট্রিমের ভেতরে বা কাছাকাছি রাখে — এমন একটি কাপলিং যা পাওয়ার সেটিং এবং অ্যাঙ্গেল অফ অ্যাটাকের সাথে পরিবর্তিত হয়।

৪. আমরা যে পাঁচটি ভুল দেখতে পাই

প্রোপেলার এবং এয়ারফ্রেমকে দুটি আলাদা ক্যাম্পেইন হিসেবে পরীক্ষা করা। একটি পুশার কনফিগারেশনে, প্রোপেলারের ইনফ্লো এয়ারফ্রেমের ওয়েক থেকে আসে এবং এয়ারফ্রেমের লেজের ফ্লো প্রোপেলার দ্বারা আকৃতি পায় — কোনো একক টেস্ট এই কাপলিংটি ধরতে পারে না।
ইনলেট বিকৃতি পরিমাপ এড়িয়ে যাওয়া কারণ "ইঞ্জিন প্রস্তুতকারক এটি উল্লেখ করেছে।" প্রস্তুতকারকের স্পেসিফিকেশনগুলো একটি পরিষ্কার, অবিকৃত ইনফ্লো ধরে নেয়; এয়ারফ্রেমে ইনস্টল করা বিকৃতি হলো একটি ইনস্টলেশন প্রভাব যা ইঞ্জিনের স্পেক শিট অনুমান করতে পারে না।
কুলিং ড্র্যাগকে ইঞ্জিন-ইন্টিগ্রেশনের একটি গৌণ বিষয় হিসেবে বিবেচনা করা। একটি পিস্টন পাওয়ারপ্ল্যান্টের জন্য, কুলিং ফ্লো প্রথম দিন থেকেই এয়ারক্রাফটের ড্র্যাগ বাজেটের অংশ, অ্যারোডাইনামিক টেস্ট সম্পন্ন হওয়ার পরে প্রয়োগ করা কোনো সংশোধন নয়।
টার্বোপ্রপ এবং পিস্টন প্রোপালশনের একই টেস্ট প্ল্যান রয়েছে বলে ধরে নেওয়া। একটি টার্বোপ্রপের ইনলেট প্রেশার-রিকভারির প্রয়োজনীয়তা এবং একটি পিস্টন ইঞ্জিনের কুলিং-এয়ারফ্লোর প্রয়োজনীয়তা হলো ভিন্ন ভিন্ন ইনস্ট্রুমেন্টেশন চাহিদাসহ আলাদা ভৌত সমস্যা।
বিভিন্ন পাওয়ার সেটিংসে পরীক্ষা না করা। লেজের সাথে প্রোপেলার-স্লিপস্ট্রিমের মিথস্ক্রিয়া থ্রাস্টের সাথে পরিবর্তিত হয়, তাই একটি সিঙ্গেল-পাওয়ার-সেটিং টেস্ট প্রকৃত মিশন প্রোফাইল জুড়ে এই কাপলিং কীভাবে পরিবর্তিত হয় তা ধরতে ব্যর্থ হয় — ক্লাইম্ব, ক্রুজ এবং লয়টার পাওয়ার বিনিময়যোগ্য টেস্ট পয়েন্ট নয়।

৫. আপনার প্রোগ্রামের জন্য এর অর্থ কী

আমাদের আপনার ইঞ্জিনের ধরন, প্রোপেলার কনফিগারেশন এবং মিশন পাওয়ার প্রোফাইল সম্পর্কে জানান , এবং আমরা এমন একটি এয়ারফ্রেম-প্রোপালশন ইন্টিগ্রেশন টেস্টের রূপরেখা তৈরি করব যা ইনলেট, এক্সজস্ট, কুলিং এবং স্লিপস্ট্রিমের প্রভাবগুলোকে একসাথে পরিমাপ করে — ক্লিন-এয়ারফ্রেম পোলারের সাথে যুক্ত আলাদা বেঞ্চ টেস্ট হিসেবে নয়। সম্পর্কিত পঠন:

long-range fixed-wing UAS testing

-এর ওপর আমাদের হাব আর্টিকেল।

সূত্র এবং টীকা

MQ-1 Predator প্রোপালশন (Rotax 914F টার্বোচার্জড ফোর-সিলিন্ডার পিস্টন ইঞ্জিন যার রেটিং প্রায় 115 hp, ওয়াটার-কুলড হেডসহ এয়ার-কুলড সিলিন্ডার, টুইন-ব্লেড কনস্ট্যান্ট-স্পিড পুশার প্রোপেলার, 24 ঘণ্টারও বেশি মিশনের জন্য প্রায় 25,000 ft উচ্চতায় ক্রুজ স্পিড প্রায় 84–135 mph): প্রস্তুতকারকের প্রকাশিত ইঞ্জিন স্পেসিফিকেশন (Rotax, "914 UL | F" product page) এবং General Atomics MQ-1 Predator প্রোগ্রামের ইতিহাসের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।
MQ-9A Reaper প্রোপালশন (Digital Electronic Engine Control সহ Honeywell TPE331-10 টার্বোপ্রপ, সর্বোচ্চ উচ্চতা 50,000 ft, ক্রুজ স্পিড 240 KTAS, এন্ডুরেন্স 27 ঘণ্টারও বেশি): General Atomics Aeronautical Systems, "MQ-9A Reaper (Predator B)"।
Predator এবং Reaper উভয় এয়ারফ্রেমেই রিয়ার-মাউন্টেড, পুশার-প্রোপেলার কনফিগারেশন হলো General Atomics Predator/Reaper ফ্যামিলি ডিজাইনের একটি প্রামাণ্য বৈশিষ্ট্য।
প্রোপেলার-ইনলেট ইন্টিগ্রেশনের প্রভাব (প্রোপেলার সক্রিয় থাকা অবস্থায় মোট চাপ বন্টন এবং সুইর্ল বিকৃতিতে পরিমাপযোগ্য পরিবর্তন) এবং লিফট-টু-ড্র্যাগ রেশিও ও পিচিং মোমেন্টের ওপর ইনটেক/এক্সজস্ট ইন্টিগ্রেশনের প্রভাব হলো প্রকাশিত প্রোপেলার-ইনলেট এবং এয়ারফ্রেম-প্রোপালশন ইন্টিগ্রেশন উইন্ড টানেল ও সিমুলেশন সাহিত্যের প্রামাণ্য ফলাফল।
টেস্ট-মেথডোলজি গাইডেন্স (সম্মিলিত প্রোপেলার-এয়ারফ্রেম টেস্টিং, ইনলেট বিকৃতি পরিমাপ, কুলিং ড্র্যাগের হিসাব, মাল্টি-পাওয়ার-সেটিং স্লিপস্ট্রিম টেস্টিং) হলো TunnelTech ইঞ্জিনিয়ারিং প্র্যাকটিস।

লং-রেঞ্জ UAS-এর জন্য টার্বোপ্রপ এবং পিস্টন প্রোপালশন ইন্টিগ্রেশন