შემოყინვის სერტიფიცირების ტესტირება ფიქსირებული ფრთის მქონე დიდი UAS-ებისთვის

მცირე ელექტრო UAV-ზე შემოყინვის პრობლემა, როგორც წესი, გვარდება გამთბარი პროპელერით ან გამთბარი პიტოს მილით — ეს არის მიზნობრივი გამოსავალი მცირე, შეზღუდული სიმძლავრის მქონე კომპონენტისთვის. MALE ან HALE კლასის საფრენ აპარატებზე შემოყინვა სრულიად სხვა მასშტაბის პრობლემაა: ეს არის მთლიანი საფრენი აპარატის, სტანდარტებზე დაფუძნებული სერტიფიცირების მოთხოვნა, რომელიც მოწმდება შემოყინვის იმავე პირობებში, რომლებშიც სერტიფიცირდება პილოტირებული სატრანსპორტო საფრენი აპარატები, რადგან ამ მასშტაბის აპარატები დაფრინავენ იმავე ამინდში.

1. სერტიფიცირების სტანდარტი იგივეა, რასაც პილოტირებული საფრენი აპარატები იყენებენ

ამ კლასის ტესტირებისთვის ეტალონურ ობიექტს წარმოადგენს NASA-ს Icing Research Tunnel (IRT) გლენის კვლევით ცენტრში — მსოფლიოში ერთ-ერთი უდიდესი მაცივრიანი ქარის გვირაბი, რომელიც ეძღვნება საფრენი აპარატების შემოყინვას და წარმოადგენს ობიექტს, რომელიც ზუსტად იმეორებს FAA-ს შემოყინვის სერტიფიცირების სტანდარტს ფედერალური საავიაციო რეგულაციის (FAR) 25-ე ნაწილის C დანართის მიხედვით . მისი გამოქვეყნებული მახასიათებლები აჩვენებს, თუ რას მოითხოვს რეალურად „სრულმასშტაბიანი შემოყინვის სერტიფიცირება“:

სატესტო მონაკვეთი: 6 ფუტი სიმაღლე × 9 ფუტი სიგანე × 20 ფუტი სიგრძე
სატესტო მონაკვეთში ჰაერის სიჩქარე: 50-დან 350 knots-მდე
სატესტო მონაკვეთის საერთო ტემპერატურა: –25°C-დან 5°C-მდე
თხევადი წყლის შემცველობა: 0,2-დან 3,0 g/m³-მდე , ღრუბლის ერთგვაროვნების ±10% -იანი შენარჩუნებით
წვეთის მედიანური მოცულობითი დიამეტრი: 15-დან 50 µm-მდე
ერთგვაროვანი შემოყინვის ღრუბელი, რომელიც ფარავს სატესტო მონაკვეთის 4,5 × 6 ფუტს
ძრავისგან ართმეული ჰაერის (bleed-air) სიმულირებული ნაკადი 1 lb/s -მდე, ცხელ ჰაერზე მომუშავე თერმული შემოყინვის საწინააღმდეგო სისტემების ტესტირებისთვის

IRT ტესტავს საფრენი აპარატების სრულმასშტაბიან კომპონენტებს, ასევე თვითმფრინავებისა და ვერტმფრენების შემცირებულ მოდელებს, ხოლო მისი კლიენტების სია — Boeing, Bell Helicopter, Goodrich, Cessna, Sikorsky, პლუს აშშ-ის არმია, საზღვაო და საჰაერო ძალები — ასახავს იმას, რომ ეს არის სერტიფიცირების დონის ინფრასტრუქტურა და არა უბრალოდ კვლევითი ობიექტი. NASA-ს შემოყინვის ტესტირების უფრო ახალმა კამპანიებმა ასევე გააფართოვა კალიბრაციის სამუშაოები უახლესი O დანართის ზეგაციებული დიდი წვეთების (SLD) პირობების მიმართულებით, რომლებსაც ახლა FAA და EASA მოითხოვენ თავდაპირველი C დანართის პირობებთან ერთად.

2. რატომ განსხვავდება შემოყინვისგან დაცვის ტექნოლოგია მასშტაბის მიხედვით

შემოყინვისგან დაცვის ტექნოლოგია მკაფიოდ იყოფა საფრენი აპარატის მასშტაბის მიხედვით და ეს ხდება ფიზიკური მიზეზის გამო: ხელმისაწვდომი სიმძლავრე. ელექტროთერმული გათბობა — მცირე UAV-ებისთვის დამახასიათებელი მიდგომა — შეზღუდულია ბატარეის ამპერაჟით, რომლის მიწოდებაც მცირე ელექტრო პლატფორმას შეუძლია. სწორედ ამიტომ, ის ჩვეულებრივ შემოიფარგლება მცირე, მაღალი მნიშვნელობის მქონე კომპონენტებით, როგორიცაა პროპელერი ან პიტოს მილი, და არა მთლიანი ფრთით.

საწვავზე მომუშავე დიდ MALE ან HALE საფრენ აპარატს სრულიად განსხვავებული სიმძლავრის ბიუჯეტი აქვს, რაც ხსნის ძრავისგან ართმეული ჰაერის (bleed air) გამოყენებით თერმული შემოყინვის საწინააღმდეგო სისტემის შესაძლებლობას, რომელიც მიეწოდება ფრთის წინა კიდეს პიკოლოს მილის (piccolo tube) მეშვეობით — ეს არის იგივე საბაზისო არქიტექტურა, რომელსაც პილოტირებული სატრანსპორტო საფრენი აპარატები ათწლეულების განმავლობაში იყენებენ, და რომელიც ათავისუფლებს აპარატს იმ ელექტროგენერაციის სიმძლავრის ტარებისგან, რასაც სრულად ელექტრო შემოყინვისგან დაცვის სისტემა მოითხოვდა. ამ მასშტაბის დოკუმენტირებულ მაგალითებს შორისაა RQ-4 Global Hawk , რომლის ძრავის კაპოტის შემოყინვის საწინააღმდეგო სისტემა იყენებს საფრენი აპარატის ჰიდრავლიკური სისტემიდან მიღებულ სითბოს და არა ძრავისგან ართმეულ ჰაერს — ეს არის შეხსენება იმისა, რომ დიდ UAS-ზე „თერმული დაცვა“ შეიძლება დაპროექტდეს ერთზე მეტი ბორტზე არსებული სითბოს წყაროდან, ხოლო სწორი არჩევანი დამოკიდებულია საფრენი აპარატის სპეციფიკურ სისტემურ არქიტექტურაზე.

3. რას უნდა მოიცავდეს ფიქსირებული ფრთის მქონე დიდი აპარატების შემოყინვის ტესტირების კამპანია

ტესტირება რეალური სერტიფიცირების პირობების მიხედვით , და არა ნებისმიერ ცივ და სველ პირობებში — C დანართის თხევადი წყლის შემცველობა, წვეთის ზომა და ტემპერატურის კომბინაციები ზუსტად არის განსაზღვრული, რადგან სხვადასხვა კომბინაცია წარმოქმნის ყინულის სხვადასხვა ფორმას და სხვადასხვა აეროდინამიკურ დანაკარგს.
O დანართის ზეგაციებული დიდი წვეთების პირობები C დანართთან ერთად , რადგან SLD შემოყინვა იწვევს ყინულის დაგროვებას აეროდინამიკური პროფილის უფრო უკანა ნაწილში, ვიდრე კლასიკური C დანართის შემოყინვა, ისეთ ადგილას, რომელსაც მხოლოდ C დანართისთვის შექმნილი შემოყინვისგან დაცვის სისტემები შეიძლება ვერ ფარავდეს.
მთლიანი თერმული სისტემა, და არა მხოლოდ გამთბარი ზედაპირი — ძრავისგან ართმეული ჰაერის (bleed-air) სისტემისთვის ეს ნიშნავს ჰაერგამტარების, პიკოლოს მილის განაწილებისა და სითბოს მიწოდების ტესტირებას ძრავის სიმულირებული ნაკადის პირობებში, და არა მხოლოდ იზოლირებულად გამთბარი პანელიდან ყინულის ჩამოცვენის გაზომვას.
აეროდინამიკური მახასიათებლები რეალისტური ყინულის ფორმებით , რადგან სერტიფიცირება საბოლოოდ ეხება საფრენი აპარატის საფრენოსნო თვისებებს იმ ყინულით, რომლისთვისაც შექმნილია დაცვის სისტემა — და არა მხოლოდ იმას, უშლის თუ არა ხელს დაცვის სისტემა ყინულის წარმოქმნას საუკეთესო შემთხვევაში.
სრულმასშტაბიანი კომპონენტები ყველგან, სადაც ამას სერტიფიცირების ბაზა მოითხოვს — IRT-ის დოკუმენტირებული შესაძლებლობა, გატესტოს საფრენი აპარატის სრულმასშტაბიანი კომპონენტები, არსებობს სწორედ იმიტომ, რომ ზოგიერთ კომპონენტზე ყინულის დაგროვების ფიზიკა ზუსტად არ მასშტაბირდება მცირე მოდელზე.

4. ხუთი შეცდომა, რომელსაც ვხედავთ

შემოყინვისგან დაცვის განხილვა, როგორც კომპონენტის დონის ელექტროთერმული პრობლემა ნებისმიერი მასშტაბის საფრენ აპარატზე. ის, რაც მუშაობს მცირე UAV-ის პროპელერისთვის, არ ვრცელდება MALE/HALE ფრთაზე — სიმძლავრის ბიუჯეტიც და სერტიფიცირების ბაზაც განსხვავებულია.
მხოლოდ C დანართის ტესტირება და ვარაუდი, რომ ეს ფარავს „შემოყინვას“. O დანართის ზეგაციებული დიდი წვეთების პირობები ახლა წარმოადგენს სერტიფიცირების ბაზის ცალკეულ, სავალდებულო ნაწილს მრავალი პროგრამისთვის და ისინი აეროდინამიკური პროფილის სხვა ნაწილს ყინავენ.
სითბოს წყაროს ვალიდაცია მიწოდების სისტემის ვალიდაციის გარეშე. ძრავისგან ართმეული ჰაერის სისტემის პიკოლოს მილის განაწილება და ჰაერგამტარების დანაკარგები ისევე მნიშვნელოვანია, როგორც ხელმისაწვდომი საწყისი სითბო — სისტემამ, რომელიც ქაღალდზე მუშაობს, შეიძლება არასაკმარისი სითბო მიაწოდოს ფრთის ბოლოს.
ყინულის პრევენციის გაზომვა აეროდინამიკური დანაკარგის გაზომვის გარეშე. სერტიფიცირება არ არის მხოლოდ „წარმოიქმნება თუ არა ყინული“ — ეს არის „როგორ დაფრინავს აპარატი ყინულის იმ ფორმებით, რომელთა წინააღმდეგაც დაცვის სისტემაა ვალიდირებული“.
ვარაუდი, რომ შემცირებული მოდელი ასახავს ყველაფერს, რასაც სრულმასშტაბიანი კომპონენტი. ყინულის დაგროვების ფიზიკა არის ერთ-ერთი სფერო, სადაც მასშტაბის ეფექტები ყველაზე ნაკლებად მიმტევებელია, სწორედ ამიტომ სერტიფიცირების დონის შემოყინვის ქარის გვირაბები უშუალოდ სრულმასშტაბიან კომპონენტებს ტესტავენ.

5. რას ნიშნავს ეს თქვენი პროგრამისთვის

გაგვაცანით თქვენი სერტიფიცირების ბაზა და შემოყინვისგან დაცვის არქიტექტურა , და ჩვენ შევიმუშავებთ ტესტირების პროგრამას რეალური C და O დანართების პირობების მიხედვით, რომელთა მიმართაც თქვენს საფრენ აპარატს სჭირდება სერტიფიცირება — და არა უბრალოდ ცივი ამინდის ზოგად შემოწმებას. დაკავშირებული საკითხავი: ჩვენი მთავარი სტატია

long-range fixed-wing UAS testing

-ზე.

წყაროები და შენიშვნები

NASA Icing Research Tunnel-ის ობიექტის მახასიათებლები (სატესტო მონაკვეთი 6 ფუტი × 9 ფუტი × 20 ფუტი, ჰაერის სიჩქარე 50–350 knots, საერთო ტემპერატურა –25°C-დან 5°C-მდე, თხევადი წყლის შემცველობა 0,2–3,0 g/m³ ღრუბლის ±10% ერთგვაროვნებით, წვეთის MVD 15–50 µm, ერთგვაროვანი შემოყინვის ღრუბელი 4,5 × 6 ფუტზე, ძრავისგან ართმეული ჰაერის სიმულირებული ნაკადი 1 lb/s-მდე, FAA FAR 25-ე ნაწილის C დანართის შემოყინვის სერტიფიცირების სტანდარტების გამეორება, საფრენი აპარატების სრულმასშტაბიანი კომპონენტებისა და თვითმფრინავებისა და ვერტმფრენების შემცირებული მოდელების ტესტირება, და მისი კლიენტების ბაზა, რომელიც მოიცავს Boeing, Bell Helicopter, Goodrich, Cessna, Sikorsky და აშშ-ის სამხედრო სამსახურებს): NASA Glenn Research Center / NASA Aeronautics Test Program, "Icing Research Tunnel" fact sheet.
IRT კალიბრაციის სამუშაოების გაფართოება FAA/EASA O დანართის ზეგაციებული დიდი წვეთების (SLD) პირობებზე NASA-ს უფრო ახალ სატესტო კამპანიებში დოკუმენტირებულია NASA Glenn-ის შემოყინვის კვლევის შემდგომ პუბლიკაციებში NASA Technical Reports Server-ზე.
ელექტროთერმული შემოყინვისგან დაცვა, როგორც ტიპური მიდგომა მცირე, შეზღუდული სიმძლავრის მქონე UAV კომპონენტებისთვის, ძრავისგან ართმეული ჰაერის თერმული შემოყინვის საწინააღმდეგო სისტემის (პიკოლოს მილის მეშვეობით) საპირისპიროდ, როგორც მიდგომა, რომელიც შეესაბამება საწვავზე მომუშავე დიდ HALE საფრენ აპარატებს, და RQ-4 Global Hawk-ის ძრავის კაპოტის შემოყინვის საწინააღმდეგო სისტემა, რომელიც სითბოს იღებს საფრენი აპარატის ჰიდრავლიკური სისტემიდან: შეესაბამება საფრენი აპარატების შემოყინვისგან დაცვის სისტემების გამოქვეყნებულ ლიტერატურას.
საფრენი აპარატის ფონური ინფორმაცია RQ-4B Global Hawk-ისთვის (HALE კლასი): შეესაბამება ჩვენს გამოქვეყნებულ სტატიას შორ მანძილზე მფრინავი ფიქსირებული ფრთის მქონე UAS-ების ტესტირების შესახებ (MALE, HALE და VTOL).
ტესტირების მეთოდოლოგიის სახელმძღვანელო (სრული C და O დანართების ტესტირება, მთლიანი სისტემის თერმული ვალიდაცია, აეროდინამიკური დანაკარგის გაზომვა დამაგრებული ყინულის ფორმებით, სრულმასშტაბიანი კომპონენტების ტესტირება) წარმოადგენს TunnelTech-ის საინჟინრო პრაქტიკას, რომელიც პირდაპირ პასუხობს ზემოთ დოკუმენტირებულ სერტიფიცირების დონის ობიექტის მახასიათებლებს.

შემოყინვა და ნებისმიერ ამინდში ფრენის სერტიფიცირება ფიქსირებული ფრთის მქონე დიდი UAS-ებისთვის