Suurte fikseeritud tiivaga UAS-ide jäätumise sertifitseerimise testimine

Väikese elektrilise UAV jäätumisprobleem lahendatakse tavaliselt soojendusega propelleri või Pitot' toruga – see on sihipärane lahendus väikesele ja piiratud võimsusega komponendile. MALE- või HALE-klassi õhusõidukite jäätumine on aga hoopis teise suurusjärgu probleem: see on kogu õhusõidukit hõlmav ja standarditel põhinev sertifitseerimisnõue, mida testitakse samades jäätumistingimustes nagu mehitatud transpordilennukeid, sest sellises suuruses lennumasin lendab samasuguses ilmastikus.

1. Sertifitseerimisstandard on sama, mida kasutavad mehitatud õhusõidukid

Selle klassi testimise etalonrajatis on NASA Glenni uurimiskeskuse jäätumisuuringute tuuletunnel (Icing Research Tunnel, IRT) – üks maailma suurimaid õhusõidukite jäätumisele pühendatud külmutusega tuuletunneleid, mis järgib täpselt FAA jäätumise sertifitseerimisstandardit (Federal Aviation Regulation Part 25, Appendix C) . Selle avaldatud tehnilised andmed näitavad, mida „täiemahuline jäätumise sertifitseerimine“ tegelikult nõuab:

Katseosa 6 jalga kõrge × 9 jalga lai × 20 jalga pikk
Katseosa õhukiirus 50 kuni 350 sõlme
Katseosa kogutemperatuur –25 °C kuni 5 °C
Vedela vee sisaldus 0,2 kuni 3,0 g/m³ , kusjuures pilve ühtlus on tagatud ±10% piires
Piiskade mediaanne mahtdiameeter 15 kuni 50 µm
Ühtlane jäätumispilv, mis katab katseosast 4,5 × 6 jalga
Simuleeritud mootori kompressoriõhu (bleed-air) vooluhulk kuni 1 lb/s , mis on mõeldud kuuma õhku kasutavate termiliste jäätumisvastaste süsteemide testimiseks

IRT testib nii täissuuruses õhusõidukite komponente kui ka lennukite ja helikopterite vähendatud mudeleid. Selle klientide nimekiri – Boeing, Bell Helicopter, Goodrich, Cessna, Sikorsky ning USA maavägi, merevägi ja õhuvägi – näitab, et tegemist on sertifitseerimistasemel infrastruktuuri, mitte pelgalt teadusliku kurioosumiga. Uuemad NASA jäätumiskatsete kampaaniad on laiendanud kalibreerimistöid ka uuematele Appendix O allajahutatud suurte piiskade (SLD) tingimustele, mida nii FAA kui ka EASA nüüd algse Appendix C kõrval nõuavad.

2. Miks jäätumiskaitsesüsteemid sõltuvad õhusõiduki suurusest

Jäätumiskaitsetehnoloogia jaguneb selgelt õhusõiduki suuruse järgi ja sellel on füüsikaline põhjus: saadaolev võimsus. Elektrotermiline soojendamine – väikestele UAV-dele omane lähenemine – on piiratud aku voolutugevusega, mida väike elektriline platvorm suudab pakkuda. Seetõttu piirdub see tavaliselt väikeste, kriitilise tähtsusega komponentidega, nagu propeller või Pitot' toru, mitte ei kata tervet tiiba.

Suurel kütusemootoriga MALE- või HALE-õhusõidukil on aga hoopis teistsugune energiaressurss, mis võimaldab kasutada mootori kompressoriõhul põhinevat termilist jäätumiskaitset . See juhitakse tiiva esiserva jaotustoru (piccolo tube) kaudu – tegemist on sama baasarhitektuuriga, mida mehitatud transpordilennukid on kasutanud aastakümneid. See säästab õhusõidukit vajadusest kanda kaasas elektrigeneraatoreid, mida nõuaks täiselektriline jäätumiskaitsesüsteem. Selles suurusklassis on dokumenteeritud näiteks RQ-4 Global Hawk , mille mootorikatte jäätumisvastane süsteem saab soojust õhusõiduki hüdrosüsteemist, mitte kompressoriõhust. See on meeldetuletus, et suure UAS-i „termilist kaitset“ saab konstrueerida, kasutades mitmeid pardal olevaid soojusallikaid, ning õige valik sõltub õhusõiduki spetsiifilisest süsteemiarhitektuurist.

3. Mida peab hõlmama suurte fikseeritud tiivaga õhusõidukite jäätumiskatsete kampaania

Testimine vastavalt tegelikele sertifitseerimisnõuetele , mitte suvalistes külmades ja niisketes tingimustes. Appendix C vedela vee sisalduse, piiskade suuruse ja temperatuuri kombinatsioonid on täpselt määratletud, sest erinevad kombinatsioonid tekitavad erineva kujuga jääd ja erinevaid aerodünaamilisi kadusid.
Appendix O allajahutatud suurte piiskade (SLD) tingimused koos Appendix C-ga , kuna SLD jäätumine põhjustab jää kogunemist tiivaprofiilil tahapoole võrreldes klassikalise Appendix C jäätumisega – asukohta, mida ainult Appendix C jaoks loodud jäätumiskaitsesüsteemid ei pruugi katta.
Kogu termilise süsteemi, mitte ainult soojendatava pinna testimine – kompressoriõhu süsteemi puhul tähendab see torustiku, jaotustoru (piccolo tube) ja soojusülekande testimist simuleeritud mootorivooluga, mitte ainult eraldiseisvalt soojendatavalt paneelilt eralduva jää mõõtmist.
Aerodünaamiline jõudlus koos realistlike jääkujudega , sest sertifitseerimine puudutab lõppkokkuvõttes õhusõiduki lennuomadusi koos jääga, mille vastu kaitsesüsteem on loodud – mitte ainult seda, kas kaitsesüsteem suudab parimal juhul jää teket vältida.
Täissuuruses komponendid seal, kus sertifitseerimisalus seda nõuab – IRT dokumenteeritud võimekus testida täissuuruses õhusõidukite komponente on olemas just seetõttu, et jää kogunemise füüsika mõnede komponentide puhul ei skaleeru täpselt väikesele mudelile.

4. Viis levinumat viga, mida me näeme

Jäätumiskaitse käsitlemine komponendi tasandi elektrotermilise probleemina igas suuruses õhusõidukite puhul. See, mis töötab väikese UAV propelleri puhul, ei laiene MALE/HALE tiivale – nii energiaressurss kui ka sertifitseerimisalus on erinevad.
Ainult Appendix C testimine ja eeldamine, et see katab kogu „jäätumise“. Appendix O allajahutatud suurte piiskade tingimused on nüüd paljude programmide sertifitseerimisaluse eraldiseisev ja kohustuslik osa ning need tekitavad jääd tiivaprofiili teises osas.
Soojusallika valideerimine ilma jaotussüsteemi valideerimata. Kompressoriõhu süsteemi jaotustoru ja torustiku kaod on sama olulised kui saadaolev algne soojus – süsteem, mis töötab paberil, ei pruugi tiivaotsas piisavalt soojust anda.
Jää vältimise mõõtmine ilma aerodünaamilisi kadusid mõõtmata. Sertifitseerimine ei tähenda ainult küsimust „kas jää tekib“, vaid ka seda, „kuidas õhusõiduk lendab nende jääkujudega, mille vastu kaitsesüsteem on valideeritud“.
Eeldamine, et vähendatud mudel hõlmab kõike seda, mida täissuuruses komponent. Jää kogunemise füüsika on üks valdkondi, kus mõõtkavaefektid annavad kõige vähem andeks, mistõttu testitakse sertifitseerimistasemel jäätumistunnelites täissuuruses komponente otse.

5. Mida see tähendab teie programmi jaoks

Andke meile teada oma sertifitseerimisalusest ja jäätumiskaitse arhitektuurist ning me koostame testprogrammi, mis vastab tegelikele Appendix C ja Appendix O nõuetele, mille alusel teie õhusõiduk tuleb sertifitseerida – mitte lihtsalt üldise külma ilma kontrolli. Seotud lugemine: meie koondartikkel teemal

long-range fixed-wing UAS testing

Allikad ja märkused

NASA Icing Research Tunnel rajatise omadused (katseosa 6 jalga × 9 jalga × 20 jalga, õhukiirus 50–350 sõlme, kogutemperatuur –25 °C kuni 5 °C, vedela vee sisaldus 0,2–3,0 g/m³ koos ±10% pilve ühtlusega, piiskade MVD 15–50 µm, ühtlane jäätumispilv 4,5 × 6 jalga, simuleeritud mootori kompressoriõhu vooluhulk kuni 1 lb/s, FAA FAR Part 25 Appendix C jäätumise sertifitseerimisstandardite järgimine, täissuuruses õhusõidukite komponentide ning lennukite ja helikopterite vähendatud mudelite testimine ning kliendibaas, kuhu kuuluvad Boeing, Bell Helicopter, Goodrich, Cessna, Sikorsky ja USA relvajõud): NASA Glenn Research Center / NASA Aeronautics Test Program, "Icing Research Tunnel" fact sheet.
IRT kalibreerimistööde laiendamine FAA/EASA Appendix O allajahutatud suurte piiskade (SLD) tingimustele uuemates NASA testikampaaniates on dokumenteeritud hilisemates NASA Glenni jäätumisuuringute väljaannetes NASA Technical Reports Serveris.
Elektrotermiline jäätumiskaitse kui tüüpiline lähenemine väikestele, piiratud võimsusega UAV komponentidele, võrreldes kompressoriõhul põhineva termilise jäätumiskaitsega jaotustoru kaudu, mis sobib suurtele, kütusemootoriga HALE-õhusõidukitele, ning RQ-4 Global Hawki mootorikatte jäätumisvastane süsteem, mis saab soojust õhusõiduki hüdrosüsteemist: kooskõlas avaldatud õhusõidukite jäätumiskaitsesüsteemide kirjandusega.
RQ-4B Global Hawki (HALE-klass) taustteave: kooskõlas meie avaldatud artikliga pikamaa fikseeritud tiivaga UAS-ide testimisest (MALE, HALE ja VTOL).
Testimismetoodika juhised (täieliku ulatusega Appendix C ja Appendix O testimine, kogu süsteemi termiline valideerimine, aerodünaamiliste kadude mõõtmine koos jääkujudega, täissuuruses komponentide testimine) on TunnelTech inseneripraktika, mis vastab otseselt eespool dokumenteeritud sertifitseerimistasemel rajatise omadustele.

Suurte fikseeritud tiivaga UAS-ide jäätumise ja ilmastikukindluse sertifitseerimine