სასარგებლო ტვირთისა და სენსორების ტესტირება ნაკადში: კამერები, ლიდარები და ანტენები დატვირთვის ქვეშ

კამერა, რომელიც ლაბორატორიულ მაგიდაზე მკვეთრ გამოსახულებას იძლევა, ავტომატურად არ მოგვცემს მკვეთრ გამოსახულებას, როდესაც ის მაღალი სიჩქარით მოძრავ საფრენ აპარატზეა დამაგრებული. იგივე ეხება ანტენას, რომელიც სტატიკურ პირობებში წარმატებით გადის კავშირის ბიუჯეტის ტესტს, ან გიმბალს, რომელიც ვიბრაციისგან თავისუფალ ოთახში ხედვის ხაზს სტაბილურად ინარჩუნებს. საფრენი აპარატის კორპუსის გარშემო არსებული ნაკადი არ არის ნეიტრალური ფონი — ის აუარესებს ზუსტად იმ მახასიათებლებს, რისთვისაც სასარგებლო ტვირთი იქნა შეძენილი, და ამას აკეთებს ისე, რისი რეპროდუცირებაც ლაბორატორიულ ტესტირებას არ შეუძლია.

სასარგებლო ტვირთისა და სენსორების ტესტირება ნაკადში არის ის, თუ როგორ ივსება ეს ხარვეზი, სანამ ის რეალურ მისიაში ბუნდოვანი გამოსახულების ან კავშირის გაწყვეტის სახით გამოჩნდება.

---

1. რატომ არ არის ლაბორატორიული მაგიდა საკმარისი

სასარგებლო ტვირთის მწარმოებლის საკუთარი კვალიფიკაცია, როგორც წესი, მოიცავს ელექტრულ მახასიათებლებს, ოპტიკურ გარჩევადობას და მექანიკურ გამძლეობას იზოლირებულად. რასაც ის ჩვეულებრივ ვერ ფარავს, არის ის, თუ რა ხდება, როდესაც იგივე აპარატურა ხვდება საფრენი აპარატის ტურბულენტურ საზღვრულ შრეში ან ფერინგის აეროდინამიკურ კვალში, იმ ვიბრაციის სპექტრში, რომელსაც რეალურად წარმოქმნის კორპუსი და იმ ტემპერატურულ დიაპაზონში, რომელშიც მისია რეალურად სრულდება. ეს არის საფრენი აპარატის დონის პირობები და ისინი მხოლოდ მაშინ არსებობს, როდესაც სასარგებლო ტვირთი დამონტაჟებულია — ან წარმოდგენილია — იმ აპარატზე, რომლითაც ის რეალურად იფრენს.

---

2. აერო-ოპტიკური დაბინდვა: ტურბულენტობა აუარესებს გამოსახულებას და არა მხოლოდ საფრენ აპარატს

ნებისმიერი კამერის, ლიდარის ან ლაზერული სისტემისთვის, რომელიც იყურება გარემომცველ ჰაერის ნაკადში, შესაბამისი ფიზიკა არის აერო-ოპტიკა — კვლევის სფერო, რომელიც სათავეს 1950-იანი წლებიდან იღებს, როდესაც მკვლევარებმა პირველად რაოდენობრივად შეაფასეს, თუ როგორ ამახინჯებს ტურბულენტური საზღვრული შრე მასში გამავალ სინათლის სხივს. მექანიზმი მარტივია: ტურბულენტობა ქმნის ჰაერის სიმკვრივის ლოკალურ ვარიაციებს, სიმკვრივის ვარიაციები ცვლის გარდატეხის ლოკალურ ინდექსს, ხოლო ტალღის ფრონტი, რომელიც გადის ამ ცვლადი ინდექსის ველში, გამოდის აბერირებული (დამახინჯებული) და არა ბრტყელი.

ეს ეფექტი დამოკიდებულია ტალღის სიგრძეზე და თანამედროვე სენსორებისთვის უფრო დიდი მნიშვნელობა აქვს, ვიდრე იმ სისტემებისთვის, რომელთა ირგვლივაც თავდაპირველად შეიქმნა ეს სფერო. ოპტიკური გზის დამახინჯების ფიქსირებული დონისთვის, სისტემა, რომელიც იყენებს ხილულ ან ახლო ინფრაწითელ სინათლეს (დიაპაზონი, რომელსაც იყენებს კამერების უმეტესობა და მრავალი ლიდარი), კარგავს გამოსახულების ბევრად მეტ ხარისხს, ვიდრე ძველი, გრძელტალღოვანი სისტემა დაკარგავდა ტურბულენტობის იმავე დონეზე — დამახინჯების დონემ, რომელმაც ძლივს იმოქმედა 10,6 μm ლაზერის მუშაობაზე, შეიძლება შეამციროს ახლო ინფრაწითელი სისტემის შტრელის ფარდობა (გამოსახულების სიმკვეთრის სტანდარტული საზომი, სადაც 1,0 იდეალურია) თითქმის იდეალურიდან დაახლოებით 0,67-მდე. ეს არის ერთ-ერთი მიზეზი, რის გამოც სენსორის კაფსულის აეროდინამიკურ ფორმასა და სამაგრის პოზიციას ისეთივე მნიშვნელობა აქვს, როგორც მის შიგნით არსებულ ოპტიკას.

აერო-ოპტიკური ეფექტების ტესტირება ქარის გვირაბში არის დადგენილი, ათწლეულების წინანდელი პრაქტიკა, რომელიც ტარდება ჩვეულებრივ ქვებგერით და ტრანსბგერით გვირაბებში ლაზერული ინსტრუმენტაციით („Malley probe“ ტექნიკა), რომელიც განთავსებულია ზუსტად ამ ტიპის საზღვრული შრით გამოწვეული გამოსახულების დეგრადაციის გასაზომად, სანამ სენსორი ოდესმე იფრენს.

---

3. რას უშვრება ნაკადი დანარჩენ სასარგებლო ტვირთს

• ვიბრაცია. გიმბალი ან კამერის სამაგრი განიცდის საფრენი აპარატის რეალურ ვიბრაციის სპექტრს და არა ლაბორატორიული ვიბროსტენდის იდეალიზებულ რხევებს — და გიმბალის სტაბილიზაციის სისტემები სპეციალურად არის მორგებული კონკრეტულ სიხშირეებზე ვიბრაციის ჩასახშობად, რაც სწორად ვლინდება მხოლოდ საფრენი აპარატის რეალური აგზნების პირობებში.
• გახურება. სენსორის ელექტრონიკა კაფსულის ან ფერინგის შიგნით გამოიმუშავებს საკუთარ სითბოს, ხოლო კორპუსის გარშემო არსებული ჰაერის ნაკადი განსაზღვრავს, ეს სითბო გაიფანტება თუ დაგროვდება — პრობლემა, რომელიც სრულიად იცვლება სტატიკურ ლაბორატორიულ მაგიდასა და მოძრავი ჰაერის ნაკადის გარემოს შორის.
• მოყინვა თავად სენსორზე და არა მხოლოდ საფრენ აპარატზე. ოპტიკური ფანჯარა ან ანტენის რადომი, რომელიც იყინება, წყვეტს მუშაობას ბევრად უფრო ადრე, ვიდრე ფრთა, ხოლო ყინულის დაგროვების სქემა დამოკიდებულია ლოკალურ ნაკადზე ამ კონკრეტული ფერინგის ფორმის გარშემო.
• ფერინგის ფორმა სიგნალის ხარისხის წინააღმდეგ. რადომი ან ოპტიკური გუმბათი არის კომპრომისი აეროდინამიკურ წინაღობასა და იმის გამჭვირვალობას შორის, რასაც ის იცავს — თუ ფორმა აეროდინამიკურად არასწორია, თქვენ ასევე ამახინჯებთ მასში გამავალ რადიოსიხშირულ (RF) ან ოპტიკურ გზას.

---

4. რას ზომავს რეალურად სასარგებლო ტვირთის ტესტირების კამპანია

• გამოსახულების ან ტალღის ფრონტის ხარისხს სიჩქარისა და კუთხის დიაპაზონში , საავიაციო ოპტიკური სისტემებისთვის შემუშავებული იგივე აერო-ოპტიკური ინსტრუმენტაციის გამოყენებით — და არა ერთჯერადი სტატიკური საბაზისო კადრით.
• ვიბრაციის სპექტრს სენსორის სამაგრზე საფრენი აპარატის რეალური აგზნების პირობებში, გიმბალის ან სტაბილიზაციის სისტემის საკუთარი ჩახშობის გამტარუნარიანობასთან შედარებით.
• კავშირის ბიუჯეტს ან ოპტიკურ გამტარუნარიანობას რეალური ფერინგის გავლით , და არა შიშველი აპერტურის გავლით — კორპუსი არის სენსორის ოპტიკური ან RF გზის ნაწილი და არა უბრალოდ საფარი.
• ჩაკეტილი ელექტრონიკის თერმულ ქცევას წარმომადგენლობითი ჰაერის ნაკადის პირობებში და არა უძრავ ჰაერში.
• ყინულის დაგროვებას კონკრეტული ფერინგის გეომეტრიაზე , სადაც ეს რელევანტურია საექსპლუატაციო პირობებისთვის.

---

5. ხუთი შეცდომა, რომელსაც ჩვენ ვხედავთ

• სენსორისა და ფერინგის ცალ-ცალკე კვალიფიკაცია. რადომმა ან ოპტიკურმა გუმბათმა, რომელიც შექმნილია სენსორის რეალური ხედვის არისა და ტალღის სიგრძის გათვალისწინების გარეშე, შეიძლება გაიაროს საკუთარი აეროდინამიკური ტესტი და მაინც გააფუჭოს სასარგებლო ტვირთის მუშაობა.
• ვიბრაციის ჩახშობის ტესტირება ზოგად ვიბროსტენდის პროფილზე. ლაბორატორიული ვიბრაციის სპექტრზე მორგებული გიმბალი მაინც შეიძლება აღმოჩნდეს მოუმზადებელი იმ კონკრეტული სიხშირეების მიმართ, რომლებსაც რეალური საფრენი აპარატი წარმოქმნის.
• ოპტიკური ტესტირების განხილვა, როგორც მხოლოდ ლაბორატორიული პრობლემა. გარჩევადობისა და MTF-ის მაჩვენებლები ლაბორატორიული მაგიდიდან არაფერს ამბობს იმაზე, თუ რას აკეთებს იგივე ოპტიკა ტურბულენტური საზღვრული შრის მიღმა ფრენის სიჩქარეზე.
• კორპუსის ზომების შერჩევა წონისა და წინაღობის მიხედვით და არა თერმული გზის მიხედვით. მჭიდროდ შეფუთულმა კაფსულამ, რომელიც აეროდინამიკურად სუფთად გამოიყურება, შეიძლება შეაკავოს სითბო, რომელზეც შიგნით არსებული ელექტრონიკა არასდროს ყოფილა გათვლილი.
• სასარგებლო ტვირთის ფერინგებზე მოყინვის ტესტების გამოტოვება იმის გამო, რომ საფრენი აპარატის მოყინვის შემთხვევა დაფარულია. რადომზე ან ოპტიკურ ფანჯარაზე ყინული შეიძლება დაგროვდეს იმ ფრთისგან განსხვავებულად, რომელზეც ის არის დამონტაჟებული, და იმდენად განსხვავებულად, რომ პირველი ის გამოვიდეს მწყობრიდან.

---

6. რას ნიშნავს ეს თქვენი ინტეგრაციის პროგრამისთვის

გამოგვიგზავნეთ თქვენი სენსორების პაკეტი, ფერინგის გეომეტრია და საექსპლუატაციო პირობები , და ჩვენ დავგეგმავთ ტესტირების კამპანიას, რომელიც გაზომავს, თუ რას იძლევა რეალურად სასარგებლო ტვირთი ნაკადში — და არა მხოლოდ იმას, რასაც ის იძლევა ლაბორატორიაში. დაკავშირებული საკითხავი:

უპილოტო საფრენი აპარატების (UAV) მოყინვისა და კლიმატური ტესტირება

, სადაც ფერინგის ფორმას ზუსტად ისეთივე მნიშვნელობა აქვს.

---

წყაროები და შენიშვნები

• აერო-ოპტიკა, როგორც საავიაციო ოპტიკურ აპერტურასთან ახლოს ტურბულენტური ნაკადიდან ტალღის ფრონტის აბერაციების შესწავლა, მისი წარმოშობა ლიპმანის (Liepmann) 1952 წლის საზღვრული შრის სინათლის გადახრის ნაშრომში და მისი განვითარება Malley-probe-ის ქარის გვირაბის გაზომვების მეშვეობით ქვებგერით და ტრანსბგერით სიჩქარეებზე: Cress, J.A., Gordeyev, S., Post, M.L., Jumper, E.J., "Aero-Optical Measurements in a Turbulent, Subsonic Boundary Layer at Different Elevation Angles," AIAA 2008-4214, 39th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference, 2008, ტესტირებულია ნოტრ-დამის უნივერსიტეტისა და აშშ-ის საჰაერო ძალების აკადემიის ქარის გვირაბებში.
• გამოსახულების დეგრადაციის დამოკიდებულება ტალღის სიგრძეზე ფიქსირებული ოპტიკური გზის დამახინჯებისთვის (შტრელის ფარდობის მაგალითი: ~0,996 10,6 μm-ზე ~0,674-ის წინააღმდეგ ~1 μm-ზე დამახინჯების იმავე დონისთვის): იგივე წყარო, შესავალი ნაწილი, რომელიც ციტირებს შტრელის ფარდობის ფორმულირებას ნაშრომში Smith, W.J., Modern Optical Engineering, McGraw-Hill, 1966.
• ტესტირების მეთოდოლოგიის რეკომენდაციები (ვიბრაციის სპექტრის შესაბამისობა, ფერინგში ინტეგრირებული ოპტიკური/RF გზის ტესტირება, მოყინვა სასარგებლო ტვირთის სპეციფიკურ გეომეტრიაზე) წარმოადგენს TunnelTech-ის საინჟინრო პრაქტიკას.