Jegesedési tanúsítási tesztelés nagyméretű, merevszárnyú UAS-ek számára

Egy kisméretű elektromos UAV esetében a jegesedést általában fűtött légcsavarral vagy fűtött Pitot-csővel oldják meg — ez egy célzott megoldás egy kisméretű, korlátozott teljesítményű alkatrész számára. A MALE vagy HALE repülőgépek jegesedése azonban teljesen más nagyságrendű probléma: ez egy a teljes repülőgépre kiterjedő, szabványokon alapuló tanúsítási követelmény, amelyet ugyanabban a jegesedési tartományban tesztelnek, mint amelyre a személyzettel rendelkező szállító repülőgépeket is tanúsítják, mivel ebben a mérettartományban a jármű már ugyanazokban az időjárási körülményekben repül.

1. A tanúsítási szabvány megegyezik a személyzettel rendelkező repülőgépekével

Az ilyen típusú tesztelések referencialétesítménye a NASA Glenn Kutatóközpontjában található Icing Research Tunnel (IRT) — a világ egyik legnagyobb, repülőgépek jegesedésének vizsgálatára dedikált hűtött szélcsatornája, amely kifejezetten az FAA Federal Aviation Regulation 25. részének C függelékében szereplő jegesedési tanúsítási szabványt reprodukálja . A közzétett jellemzői megmutatják, hogy mit is követel meg valójában a „teljes körű jegesedési tanúsítás”:

Tesztszekció: 6 ft magas × 9 ft széles × 20 ft hosszú
Tesztszekció légsebesség: 50 – 350 knots
Tesztszekció teljes hőmérséklete: –25°C és 5°C között
Folyékony víztartalom: 0,2 – 3,0 g/m³ , a felhő egyenletességét ±10% -on tartva
Cseppek medián térfogati átmérője: 15 – 50 µm
Egyenletes jegesedési felhő, amely a tesztszekció 4,5 × 6 ft területét fedi le
Szimulált hajtómű-megcsapolási légáramlás akár 1 lb/s értékig, a forró megcsapolt levegőt használó termikus jégtelenítő rendszerek teszteléséhez

Az IRT teljes méretű repülőgép-alkatrészeket, valamint repülőgépek és helikopterek méretarányos modelljeit is teszteli, ügyféllistája — Boeing, Bell Helicopter, Goodrich, Cessna, Sikorsky, valamint az amerikai hadsereg, haditengerészet és légierő — pedig hűen tükrözi, hogy ez egy tanúsítási szintű infrastruktúra, nem pedig csupán egy kutatási érdekesség. A legújabb NASA jegesedési tesztkampányok a kalibrációs munkát kiterjesztették az újabb, O függelék szerinti túlhűlt nagyméretű cseppek (SLD) feltételeire is, amelyeket az FAA és az EASA ma már az eredeti C függelék tartománya mellett szintén megkövetel.

2. Miért tér el a jégvédelmi technológia a méretarányok függvényében?

A jégvédelmi technológia egyértelműen a repülőgép mérete mentén válik ketté, méghozzá egy fizikai okból: a rendelkezésre álló teljesítmény miatt. Az elektrotermikus fűtést — amely a kisméretű UAV-k tipikus megközelítése — korlátozza az az áramerősség, amelyet egy kisméretű elektromos platform akkumulátora biztosítani tud, ezért ez általában a kisméretű, nagy értékű alkatrészekre, például egy légcsavarra vagy egy Pitot-csőre korlátozódik, nem pedig a teljes szárnyra.

Egy nagyméretű, üzemanyaggal hajtott MALE vagy HALE repülőgép teljesen más teljesítmény-költségvetéssel rendelkezik, ami lehetővé teszi a hajtóműből megcsapolt levegőt használó termikus jégtelenítést , amelyet egy fúvócsövön (piccolo tube) keresztül vezetnek a szárny belépőéléhez — ez ugyanaz az alapvető architektúra, amelyet a személyzettel rendelkező szállító repülőgépek évtizedek óta használnak, és amely megkíméli a repülőgépet attól, hogy egy teljesen elektromos jégvédelmi rendszer által megkövetelt áramfejlesztő kapacitást kelljen hordoznia. Ebben a mérettartományban a dokumentált példák közé tartozik az RQ-4 Global Hawk , amelynek hajtóműburkolat-jégtelenítő rendszere nem megcsapolt levegőből, hanem a repülőgép hidraulikus rendszeréből elvont hőt használja — ez is emlékeztet arra, hogy egy nagyméretű UAS „termikus védelme” egynél több fedélzeti hőforrásból is megtervezhető, és a megfelelő választás a repülőgép egyedi rendszerarchitektúrájától függ.

3. Mit kell lefednie egy nagyméretű, merevszárnyú repülőgépek jegesedési tesztkampányának?

A tényleges tanúsítási tartomány szerinti tesztelés , nem pedig egy tetszőleges hideg és nedves körülmény alapján — a C függelék szerinti folyékony víztartalom, cseppméret és hőmérséklet kombinációk pontosan azért vannak meghatározva, mert a különböző kombinációk eltérő jégformákat és eltérő aerodinamikai veszteségeket eredményeznek.
Az O függelék szerinti túlhűlt nagyméretű cseppek (SLD) feltételei a C függelék mellett , mivel az SLD jegesedés a szárnyprofilon hátrébb okoz jégfelhalmozódást, mint a klasszikus C függelék szerinti jegesedés, olyan helyen, amelyet a kizárólag a C függelék alapján tervezett jégvédelmi rendszerek esetleg nem fednek le.
A teljes termikus rendszer, nem csak a fűtött felület — egy megcsapolt levegős rendszer esetében ez a csővezetékek, a fúvócsöves elosztás és a hőleadás tesztelését jelenti szimulált hajtóműáramlás mellett, nem csupán egy fűtött panelről leváló jég elszigetelt mérését.
Aerodinamikai teljesítmény valósághű jégformákkal , mivel a tanúsítás végső soron a repülőgép repülési tulajdonságairól szól azzal a jéggel, amely köré a védelmi rendszert tervezték — nem csak arról, hogy a védelmi rendszer a legjobb esetben megakadályozza-e a jégképződést.
Teljes méretű alkatrészek, ahol a tanúsítási alap megköveteli — az IRT dokumentált kapacitása a teljes méretű repülőgép-alkatrészek tesztelésére pontosan azért létezik, mert a jégfelhalmozódás fizikája bizonyos alkatrészeken nem skálázható át tisztán egy kisméretű modellre.

4. Öt hiba, amivel gyakran találkozunk

A jégvédelem alkatrészszintű elektrotermikus problémaként való kezelése bármilyen repülőgépméretnél. Ami működik egy kisméretű UAV légcsavarjánál, az nem extrapolálható egy MALE/HALE szárnyra — a teljesítmény-költségvetés és a tanúsítási alap is eltérő.
Kizárólag a C függelék tesztelése, és annak feltételezése, hogy ez lefedi a „jegesedést”. Az O függelék szerinti túlhűlt nagyméretű cseppek feltételei ma már számos program tanúsítási alapjának különálló, kötelező részét képezik, és a szárnyprofil más részét jegesítik el.
A hőforrás validálása a továbbító rendszer validálása nélkül. Egy megcsapolt levegős rendszer fúvócsöves elosztása és a csővezetékek veszteségei legalább annyira számítanak, mint a rendelkezésre álló nyers hő — egy papíron működő rendszer a szárnyvégen alulteljesíthet.
A jégmegelőzés mérése az aerodinamikai veszteség mérése nélkül. A tanúsítás nem csupán arról szól, hogy „képződik-e jég” — hanem arról, hogy „hogyan repül a repülőgép azokkal a jégformákkal, amelyekkel szemben a védelmi rendszert validálták”.
Annak feltételezése, hogy egy méretarányos modell mindent megragad, amit egy teljes méretű alkatrész. A jégfelhalmozódás fizikája azon területek egyike, ahol a méretarány-hatások a legkevésbé elnézőek, és pontosan ezért tesztelik a tanúsítási szintű jegesedési szélcsatornák közvetlenül a teljes méretű alkatrészeket.

5. Mit jelent ez az Ön programja számára?

Ossza meg velünk a tanúsítási alapját és a jégvédelmi architektúráját , és mi kidolgozunk egy tesztprogramot a tényleges C és O függelék szerinti tartományra, amelyre a repülőgépét tanúsítani kell — nem pedig egy általános hideg időjárási ellenőrzést. Kapcsolódó olvasmány: átfogó cikkünk a

long-range fixed-wing UAS testing

témában.

Források és megjegyzések

A NASA Icing Research Tunnel létesítmény jellemzői (tesztszekció: 6 ft × 9 ft × 20 ft, légsebesség: 50–350 knots, teljes hőmérséklet: –25°C és 5°C között, folyékony víztartalom: 0,2–3,0 g/m³ ±10%-os felhőegyenletességgel, cseppek MVD-je: 15–50 µm, egyenletes jegesedési felhő: 4,5 × 6 ft, szimulált hajtómű-megcsapolási légáramlás akár 1 lb/s értékig, az FAA FAR 25. rész C függelékének jegesedési tanúsítási szabványainak reprodukálása, teljes méretű repülőgép-alkatrészek, valamint repülőgépek és helikopterek méretarányos modelljeinek tesztelése, és ügyfélköre, amely magában foglalja a Boeing, Bell Helicopter, Goodrich, Cessna, Sikorsky vállalatokat és az amerikai fegyveres erőket): NASA Glenn Research Center / NASA Aeronautics Test Program, "Icing Research Tunnel" adatlap.
Az IRT kalibrációs munkájának kiterjesztése az FAA/EASA O függelék szerinti túlhűlt nagyméretű cseppek (SLD) feltételeire a legújabb NASA tesztkampányokban a NASA Glenn jegesedéskutatási publikációiban van dokumentálva a NASA Technical Reports Serveren.
Az elektrotermikus jégvédelem, mint a kisméretű, korlátozott teljesítményű UAV-alkatrészek tipikus megközelítése, szemben a nagyméretű, üzemanyaggal hajtott HALE repülőgépekhez illeszkedő, fúvócsövön keresztüli, megcsapolt levegős termikus jégtelenítéssel, valamint az RQ-4 Global Hawk hajtóműburkolat-jégtelenítő rendszere, amely a repülőgép hidraulikus rendszeréből von el hőt: összhangban a repülőgépek jégvédelmi rendszereiről megjelent szakirodalommal.
Az RQ-4B Global Hawk (HALE osztály) repülőgépes háttere: összhangban a nagy hatótávolságú, merevszárnyú UAS-ek (MALE, HALE és VTOL) teszteléséről megjelent cikkünkkel.
A tesztmódszertani útmutatás (teljes tartományú C és O függelék szerinti tesztelés, a teljes rendszer termikus validálása, aerodinamikai veszteség mérése felhelyezett jégformákkal, teljes méretű alkatrészek tesztelése) a TunnelTech mérnöki gyakorlata, amely közvetlenül reagál a fent dokumentált tanúsítási szintű létesítményjellemzőkre.

Jegesedés és minden időjárási körülményre kiterjedő tanúsítás nagyméretű, merevszárnyú UAS-ek számára