बड़े फिक्स्ड-विंग UAS के लिए आइसिंग सर्टिफिकेशन परीक्षण

एक छोटे इलेक्ट्रिक UAV पर आइसिंग (बर्फ जमने) की समस्या को आमतौर पर हीटेड प्रोपेलर या हीटेड पिटोट ट्यूब से हल किया जाता है — जो एक छोटे, सीमित पावर वाले घटक के लिए एक लक्षित समाधान है। MALE या HALE एयरक्राफ्ट पर आइसिंग पूरी तरह से एक अलग स्तर की समस्या है: यह पूरे एयरक्राफ्ट के लिए मानकों पर आधारित सर्टिफिकेशन की आवश्यकता है, जिसका परीक्षण उसी आइसिंग एनवलप (icing envelope) के खिलाफ किया जाता है जिसके लिए मानवयुक्त ट्रांसपोर्ट एयरक्राफ्ट को प्रमाणित किया जाता है, क्योंकि इस पैमाने पर वाहन उसी मौसम में उड़ान भर रहा होता है。

1. सर्टिफिकेशन मानक वही है जो मानवयुक्त एयरक्राफ्ट उपयोग करते हैं

इस श्रेणी के परीक्षण के लिए संदर्भ सुविधा ग्लेन रिसर्च सेंटर (Glenn Research Center) में NASA की Icing Research Tunnel (IRT) है — जो एयरक्राफ्ट आइसिंग को समर्पित दुनिया की सबसे बड़ी रेफ्रिजरेटेड विंड टनल में से एक है, और एक ऐसी सुविधा है जो स्पष्ट रूप से Federal Aviation Regulation Part 25, Appendix C में FAA आइसिंग सर्टिफिकेशन मानक की नकल करती है । इसकी प्रकाशित विशेषताएँ दिखाती हैं कि "फुल-स्केल आइसिंग सर्टिफिकेशन" के लिए वास्तव में क्या आवश्यक है:

परीक्षण खंड (Test section) 6 ft high × 9 ft wide × 20 ft long
परीक्षण खंड वायु वेग 50 to 350 knots
परीक्षण खंड का कुल तापमान –25°C to 5°C
लिक्विड वाटर कंटेंट 0.2 to 3.0 g/m³ , जिसमें क्लाउड यूनिफॉर्मिटी ±10% पर रखी जाती है
ड्रॉपलेट मीडियन वॉल्यूम डायमीटर 15 to 50 µm
परीक्षण खंड के 4.5 by 6 feet हिस्से को कवर करने वाला एक समान आइसिंग क्लाउड
गर्म ब्लीड एयर का उपयोग करने वाले थर्मल एंटी-आइसिंग सिस्टम के परीक्षण के लिए, 1 lb/s तक का सिमुलेटेड इंजन ब्लीड-एयर फ्लो

IRT फुल-साइज़ एयरक्राफ्ट घटकों के साथ-साथ हवाई जहाजों और हेलीकॉप्टरों दोनों के स्केल मॉडल का परीक्षण करता है, और इसकी ग्राहक सूची — Boeing, Bell Helicopter, Goodrich, Cessna, Sikorsky, और साथ ही U.S. Army, Navy और Air Force — यह दर्शाती है कि यह सर्टिफिकेशन-ग्रेड इंफ्रास्ट्रक्चर है, न कि केवल एक शोध की जिज्ञासा। हाल ही के NASA आइसिंग परीक्षण अभियानों ने नए Appendix O supercooled large drop (SLD) स्थितियों की ओर कैलिब्रेशन कार्य का भी विस्तार किया है, जिसकी अब FAA और EASA दोनों को मूल Appendix C एनवलप के साथ आवश्यकता होती है。

2. आइस-प्रोटेक्शन तकनीक पैमाने (स्केल) के अनुसार क्यों भिन्न होती है

आइस प्रोटेक्शन तकनीक एयरक्राफ्ट के पैमाने के अनुसार स्पष्ट रूप से विभाजित होती है, और यह एक भौतिक कारण से विभाजित होती है: उपलब्ध पावर। इलेक्ट्रोथर्मल हीटिंग — जो छोटे UAVs का विशिष्ट दृष्टिकोण है — उस बैटरी एम्परेज द्वारा सीमित होता है जो एक छोटा इलेक्ट्रिक प्लेटफॉर्म आपूर्ति कर सकता है, यही कारण है कि यह आमतौर पर पूरे विंग के बजाय प्रोपेलर या पिटोट प्रोब जैसे छोटे, उच्च-मूल्य वाले घटकों तक ही सीमित रहता है。

एक बड़े, ईंधन-संचालित MALE या HALE एयरक्राफ्ट का पावर बजट पूरी तरह से अलग होता है, और यह इंजन ब्लीड एयर का उपयोग करके थर्मल एंटी-आइसिंग के विकल्प खोलता है, जिसे पिकोलो ट्यूब (piccolo tube) के माध्यम से विंग के लीडिंग एज (leading edge) तक डक्ट किया जाता है — यह वही बुनियादी आर्किटेक्चर है जिसका उपयोग मानवयुक्त ट्रांसपोर्ट एयरक्राफ्ट दशकों से कर रहे हैं, और यह एयरक्राफ्ट को उस विद्युत उत्पादन क्षमता को ले जाने से बचाता है जिसकी एक पूर्ण इलेक्ट्रिक आइस-प्रोटेक्शन सिस्टम मांग करेगा। इस पैमाने पर प्रलेखित उदाहरणों में RQ-4 Global Hawk शामिल है, जिसका इंजन काउल एंटी-आइसिंग सिस्टम ब्लीड एयर के बजाय एयरक्राफ्ट के हाइड्रोलिक सिस्टम से निकाली गई गर्मी खींचता है — यह एक अनुस्मारक है कि एक बड़े UAS पर "थर्मल प्रोटेक्शन" को एक से अधिक ऑनबोर्ड हीट सोर्स से इंजीनियर किया जा सकता है, और सही विकल्प एयरक्राफ्ट के विशिष्ट सिस्टम आर्किटेक्चर पर निर्भर करता है。

3. एक बड़े-फिक्स्ड-विंग आइसिंग परीक्षण अभियान में क्या शामिल होना चाहिए

वास्तविक सर्टिफिकेशन एनवलप के खिलाफ परीक्षण , न कि किसी मनमानी ठंडी-और-गीली स्थिति के खिलाफ — Appendix C लिक्विड वाटर कंटेंट, ड्रॉपलेट साइज़ और तापमान संयोजनों को सटीक रूप से निर्दिष्ट किया गया है क्योंकि विभिन्न संयोजन अलग-अलग बर्फ के आकार और अलग-अलग एयरोडायनामिक पेनल्टी (aerodynamic penalties) उत्पन्न करते हैं।
Appendix C के साथ-साथ Appendix O supercooled large drop स्थितियां , क्योंकि SLD आइसिंग क्लासिकल Appendix C आइसिंग की तुलना में एयरफॉइल पर पीछे की ओर बर्फ जमा करती है, एक ऐसे स्थान पर जिसे केवल Appendix C के खिलाफ डिज़ाइन किए गए आइस-प्रोटेक्शन सिस्टम कवर नहीं कर सकते हैं।
संपूर्ण थर्मल सिस्टम, न कि केवल गर्म सतह — एक ब्लीड-एयर सिस्टम के लिए, इसका मतलब है सिमुलेटेड इंजन फ्लो के तहत डक्टिंग, पिकोलो ट्यूब डिस्ट्रीब्यूशन और हीट डिलीवरी का परीक्षण करना, न कि केवल अलग से एक गर्म पैनल से गिरने वाली बर्फ को मापना।
यथार्थवादी बर्फ के आकारों के साथ एयरोडायनामिक प्रदर्शन , क्योंकि सर्टिफिकेशन अंततः उस बर्फ के साथ एयरक्राफ्ट की उड़ान गुणों के बारे में है जिसके इर्द-गिर्द प्रोटेक्शन सिस्टम डिज़ाइन किया गया है — न कि केवल यह कि क्या प्रोटेक्शन सिस्टम सबसे अच्छी स्थिति में बर्फ बनने से रोकता है।
फुल-साइज़ घटक जहाँ भी सर्टिफिकेशन आधार उनकी मांग करता है — फुल-साइज़ एयरक्राफ्ट घटकों का परीक्षण करने की IRT की प्रलेखित क्षमता ठीक इसलिए मौजूद है क्योंकि कुछ घटकों पर आइस एक्रीशन (ice accretion) भौतिकी एक छोटे मॉडल पर स्पष्ट रूप से स्केल नहीं होती है。

4. पाँच गलतियाँ जो हम देखते हैं

किसी भी एयरक्राफ्ट पैमाने पर आइसिंग प्रोटेक्शन को घटक-स्तर की इलेक्ट्रोथर्मल समस्या मानना। जो एक छोटे UAV के प्रोपेलर के लिए काम करता है, वह MALE/HALE विंग पर लागू नहीं होता है — पावर बजट और सर्टिफिकेशन आधार दोनों अलग-अलग हैं।
केवल Appendix C का परीक्षण करना और यह मान लेना कि यह "आइसिंग" को कवर करता है। Appendix O supercooled large drop स्थितियां अब कई कार्यक्रमों के लिए सर्टिफिकेशन आधार का एक विशिष्ट, आवश्यक हिस्सा हैं, और वे एयरफॉइल के एक अलग हिस्से पर बर्फ जमा करती हैं।
डिलीवरी सिस्टम को मान्य किए बिना हीट सोर्स को मान्य करना। एक ब्लीड-एयर सिस्टम का पिकोलो ट्यूब डिस्ट्रीब्यूशन और डक्टिंग लॉस उतना ही मायने रखता है जितना कि उपलब्ध कच्ची गर्मी — एक सिस्टम जो कागज़ पर काम करता है, वह विंगटिप पर कम प्रदर्शन कर सकता है।
एयरोडायनामिक पेनल्टी को मापे बिना बर्फ की रोकथाम को मापना। सर्टिफिकेशन केवल "क्या बर्फ बनती है" नहीं है — यह है "एयरक्राफ्ट उन बर्फ के आकारों के साथ कैसे उड़ता है जिनके खिलाफ प्रोटेक्शन सिस्टम को मान्य किया गया है।"
यह मान लेना कि एक स्केल्ड मॉडल वह सब कुछ कैप्चर करता है जो एक फुल-साइज़ घटक करेगा। आइस एक्रीशन भौतिकी उन क्षेत्रों में से एक है जहां स्केल प्रभाव सबसे कम क्षमाशील होते हैं, यही कारण है कि सर्टिफिकेशन-ग्रेड आइसिंग विंड टनल सीधे फुल-साइज़ घटकों का परीक्षण करते हैं。

5. आपके कार्यक्रम के लिए इसका क्या अर्थ है

हमें अपना सर्टिफिकेशन आधार और आइस-प्रोटेक्शन आर्किटेक्चर बताएं , और हम उस वास्तविक Appendix C और Appendix O एनवलप के खिलाफ एक परीक्षण कार्यक्रम तैयार करेंगे जिसके लिए आपके एयरक्राफ्ट को प्रमाणित करने की आवश्यकता है — न कि एक सामान्य कोल्ड-वेदर चेक। संबंधित पठन:

long-range fixed-wing UAS testing

पर हमारा हब लेख。

स्रोत और नोट्स

NASA Icing Research Tunnel सुविधा की विशेषताएं (परीक्षण खंड 6 ft × 9 ft × 20 ft, वायु वेग 50–350 knots, कुल तापमान –25°C to 5°C, लिक्विड वाटर कंटेंट 0.2–3.0 g/m³ ±10% क्लाउड यूनिफॉर्मिटी के साथ, ड्रॉपलेट MVD 15–50 µm, एक समान आइसिंग क्लाउड 4.5 by 6 ft, 1 lb/s तक सिमुलेटेड इंजन ब्लीड-एयर फ्लो, FAA FAR Part 25 Appendix C आइसिंग सर्टिफिकेशन मानकों की प्रतिकृति, फुल-साइज़ एयरक्राफ्ट घटकों और हवाई जहाजों और हेलीकॉप्टरों के स्केल मॉडल का परीक्षण, और इसका ग्राहक आधार जिसमें Boeing, Bell Helicopter, Goodrich, Cessna, Sikorsky और U.S. सैन्य सेवाएं शामिल हैं): NASA Glenn Research Center / NASA Aeronautics Test Program, "Icing Research Tunnel" fact sheet।
हाल ही के NASA परीक्षण अभियानों में FAA/EASA Appendix O supercooled large drop (SLD) स्थितियों के लिए IRT कैलिब्रेशन कार्य का विस्तार NASA Technical Reports Server पर बाद के NASA Glenn आइसिंग शोध प्रकाशनों में प्रलेखित है。
छोटे, सीमित पावर वाले UAV घटकों के लिए विशिष्ट दृष्टिकोण के रूप में इलेक्ट्रोथर्मल आइस प्रोटेक्शन, बनाम पिकोलो ट्यूब के माध्यम से थर्मल ब्लीड-एयर एंटी-आइसिंग जो बड़े, ईंधन-संचालित HALE एयरक्राफ्ट के लिए उपयुक्त दृष्टिकोण है, और RQ-4 Global Hawk का इंजन काउल एंटी-आइसिंग सिस्टम जो एयरक्राफ्ट के हाइड्रोलिक सिस्टम से गर्मी खींचता है: प्रकाशित एयरक्राफ्ट आइस-प्रोटेक्शन-सिस्टम साहित्य के अनुरूप।
RQ-4B Global Hawk (HALE क्लास) के लिए एयरक्राफ्ट पृष्ठभूमि: लंबी दूरी के फिक्स्ड-विंग UAS परीक्षण (MALE, HALE और VTOL) पर हमारे प्रकाशित लेख के अनुरूप।
परीक्षण-पद्धति मार्गदर्शन (फुल-एनवलप Appendix C और Appendix O परीक्षण, संपूर्ण-सिस्टम थर्मल वैलिडेशन, बर्फ के आकारों के साथ एयरोडायनामिक-पेनल्टी माप, फुल-साइज़ घटक परीक्षण) TunnelTech इंजीनियरिंग अभ्यास है, जो सीधे ऊपर प्रलेखित सर्टिफिकेशन-ग्रेड सुविधा विशेषताओं के प्रति उत्तरदायी है।

बड़े फिक्स्ड-विंग UAS के लिए आइसिंग और ऑल-वेदर सर्टिफिकेशन