Didelių fiksuoto sparno UAS apledėjimo sertifikavimo bandymai

Mažo elektrinio UAV apledėjimo problema paprastai sprendžiama naudojant šildomą propelerį arba šildomą Pito vamzdelį – tai tikslinis sprendimas mažam komponentui, kurio galia ribota. MALE arba HALE orlaivių apledėjimas yra visiškai kito lygio problema: tai viso orlaivio, standartais pagrįstas sertifikavimo reikalavimas, išbandomas tomis pačiomis apledėjimo sąlygomis, pagal kurias sertifikuojami pilotuojami transporto orlaiviai, nes tokio masto orlaiviai skraido tokiomis pačiomis oro sąlygomis.

1. Sertifikavimo standartas yra toks pat, koks taikomas pilotuojamiems orlaiviams

Šios klasės bandymų etaloninis objektas yra NASA Apledėjimo tyrimų tunelis (IRT) Gleno tyrimų centre (Glenn Research Center) – vienas didžiausių pasaulyje šaldomų vėjo tunelių, skirtų orlaivių apledėjimui tirti, ir objektas, kuris tiksliai atkuria FAA apledėjimo sertifikavimo standartą, aprašytą Federalinių aviacijos taisyklių (FAR) 25 dalies C priede . Paskelbtos jo charakteristikos rodo, ko iš tikrųjų reikalauja „viso masto apledėjimo sertifikavimas“:

Bandymo sekcija: 6 ft aukščio × 9 ft pločio × 20 ft ilgio
Bandymo sekcijos oro greitis: nuo 50 iki 350 knots
Bandymo sekcijos bendroji temperatūra: nuo –25°C iki 5°C
Skysto vandens kiekis: nuo 0,2 iki 3,0 g/m³ , debesies tolygumą palaikant ±10% tikslumu
Lašelių vidutinis tūrinis skersmuo: nuo 15 iki 50 µm
Tolygus apledėjimo debesis, dengiantis 4,5 × 6 ft bandymo sekcijos plotą
Imituojamas variklio išleidžiamo oro srautas iki 1 lb/s , skirtas šiluminėms apsaugos nuo apledėjimo sistemoms, naudojančioms karštą išleidžiamą orą, išbandyti

IRT išbando natūralaus dydžio orlaivių komponentus, taip pat lėktuvų ir sraigtasparnių sumažintus modelius, o jo klientų sąrašas – „Boeing“, „Bell Helicopter“, „Goodrich“, „Cessna“, „Sikorsky“, taip pat JAV sausumos pajėgos, karinis jūrų laivynas ir karinės oro pajėgos – atspindi, kad tai yra sertifikavimo lygio infrastruktūra, o ne tik mokslinių tyrimų objektas. Naujesnėse NASA apledėjimo bandymų kampanijose kalibravimo darbai taip pat buvo išplėsti, įtraukiant naujesnes O priedo peršaldytų didelių lašų (SLD) sąlygas, kurių dabar reikalauja tiek FAA, tiek EASA kartu su pradinėmis C priedo sąlygomis.

2. Kodėl apsaugos nuo apledėjimo technologija skiriasi priklausomai nuo masto

Apsaugos nuo apledėjimo technologija aiškiai skiriasi priklausomai nuo orlaivio dydžio, ir taip yra dėl fizinės priežasties: turimos galios. Elektroterminis šildymas – metodas, būdingas mažiems UAV – yra ribojamas mažos elektrinės platformos baterijos tiekiamos srovės, todėl jis paprastai taikomas tik mažiems, ypač svarbiems komponentams, tokiems kaip propeleris ar Pito vamzdelis, o ne visam sparnui.

Didelis, degalais varomas MALE arba HALE orlaivis turi visiškai kitokį galios biudžetą, ir tai atveria galimybes naudoti šiluminę apsaugą nuo apledėjimo, naudojančią variklio išleidžiamą orą , nukreipiamą į sparno priekinę briauną per „Piccolo“ vamzdelį – tai ta pati pagrindinė architektūra, kurią pilotuojami transporto orlaiviai naudoja jau dešimtmečius, ir kuri leidžia orlaiviui išvengti elektros generavimo pajėgumų, kurių reikalautų visiškai elektrinė apsaugos nuo apledėjimo sistema. Dokumentuoti pavyzdžiai tokiu mastu apima RQ-4 Global Hawk , kurio variklio gaubto apsaugos nuo apledėjimo sistema naudoja šilumą, išgaunamą iš orlaivio hidraulinės sistemos, o ne išleidžiamą orą – tai priminimas, kad didelio UAS „šiluminė apsauga“ gali būti suprojektuota naudojant daugiau nei vieną laive esantį šilumos šaltinį, o tinkamas pasirinkimas priklauso nuo konkrečios orlaivio sistemų architektūros.

3. Ką turi apimti didelių fiksuoto sparno orlaivių apledėjimo bandymų kampanija

Bandymas realiomis sertifikavimo sąlygomis , o ne savavališkomis šaltomis ir drėgnomis sąlygomis – C priedo skysto vandens kiekio, lašelių dydžio ir temperatūros deriniai yra tiksliai nurodyti, nes skirtingi deriniai sukuria skirtingas ledo formas ir skirtingus aerodinaminius nuostolius.
O priedo peršaldytų didelių lašų sąlygos kartu su C priedu , nes SLD apledėjimas sukelia ledo kaupimąsi toliau aerodinaminio profilio galinėje dalyje nei klasikinis C priedo apledėjimas – toje vietoje, kurios apsaugos nuo apledėjimo sistemos, suprojektuotos tik pagal C priedą, gali neapimti.
Visa šiluminė sistema, o ne tik šildomas paviršius – išleidžiamo oro sistemai tai reiškia ortakių, „Piccolo“ vamzdelio paskirstymo ir šilumos perdavimo bandymą imituojant variklio srautą, o ne tik izoliuotą ledo atsiskyrimo nuo šildomos plokštės matavimą.
Aerodinaminės charakteristikos su pritvirtintomis tikroviškomis ledo formomis , nes sertifikavimas galiausiai yra susijęs su orlaivio skrydžio savybėmis esant ledui, kuriam ir suprojektuota apsaugos sistema – o ne tik su tuo, ar apsaugos sistema geriausiu atveju apsaugo nuo ledo susidarymo.
Natūralaus dydžio komponentai visur, kur to reikalauja sertifikavimo pagrindas – dokumentuotas IRT pajėgumas išbandyti natūralaus dydžio orlaivių komponentus egzistuoja būtent todėl, kad ledo kaupimosi fizika ant kai kurių komponentų negali būti tiksliai pritaikyta mažam modeliui.

4. Penkios klaidos, kurias pastebime

Apsaugos nuo apledėjimo traktavimas kaip komponentų lygio elektroterminės problemos bet kokio dydžio orlaiviuose. Tai, kas tinka mažo UAV propeleriui, negali būti pritaikyta MALE / HALE sparnui – skiriasi ir galios biudžetas, ir sertifikavimo pagrindas.
Tik C priedo bandymas ir manymas, kad tai apima „apledėjimą“. O priedo peršaldytų didelių lašų sąlygos dabar yra atskira, privaloma daugelio programų sertifikavimo pagrindo dalis, ir jos sukelia apledėjimą kitoje aerodinaminio profilio dalyje.
Šilumos šaltinio patvirtinimas nepatvirtinant perdavimo sistemos. Išleidžiamo oro sistemos „Piccolo“ vamzdelio paskirstymas ir nuostoliai ortakiuose yra tokie pat svarbūs kaip ir turima neapdorota šiluma – sistema, kuri veikia popieriuje, gali neužtikrinti pakankamo našumo sparno gale.
Apsaugos nuo ledo matavimas nematuojant aerodinaminių nuostolių. Sertifikavimas nėra vien tik „ar susidaro ledas“ – tai „kaip orlaivis skrenda su ledo formomis, kurioms apsaugos sistema yra patvirtinta“.
Manymas, kad sumažintas modelis atspindi viską, ką atspindėtų natūralaus dydžio komponentas. Ledo kaupimosi fizika yra viena iš sričių, kurioje mastelio efektai yra mažiausiai atlaidūs, ir būtent todėl sertifikavimo lygio apledėjimo vėjo tuneliuose tiesiogiai bandomi natūralaus dydžio komponentai.

5. Ką tai reiškia jūsų programai

Nurodykite mums savo sertifikavimo pagrindą ir apsaugos nuo apledėjimo architektūrą , ir mes parengsime bandymų programą pagal realias C ir O priedų sąlygas, pagal kurias jūsų orlaivis turi būti sertifikuotas – o ne atliksime bendrą patikrinimą šaltu oru. Susijęs skaitymas: mūsų pagrindinis straipsnis apie

long-range fixed-wing UAS testing

Šaltiniai ir pastabos

NASA Apledėjimo tyrimų tunelio (IRT) charakteristikos (bandymo sekcija 6 ft × 9 ft × 20 ft, oro greitis 50–350 knots, bendroji temperatūra nuo –25°C iki 5°C, skysto vandens kiekis 0,2–3,0 g/m³ su ±10% debesies tolygumu, lašelių MVD 15–50 µm, tolygus apledėjimo debesis 4,5 × 6 ft, imituojamas variklio išleidžiamo oro srautas iki 1 lb/s, FAA FAR 25 dalies C priedo apledėjimo sertifikavimo standartų atkūrimas, natūralaus dydžio orlaivių komponentų bei lėktuvų ir sraigtasparnių sumažintų modelių bandymai, o klientų bazė apima „Boeing“, „Bell Helicopter“, „Goodrich“, „Cessna“, „Sikorsky“ ir JAV karines tarnybas): NASA Glenn Research Center / NASA Aeronautics Test Program, "Icing Research Tunnel" fact sheet.
IRT kalibravimo darbų išplėtimas įtraukiant FAA / EASA O priedo peršaldytų didelių lašų (SLD) sąlygas naujesnėse NASA bandymų kampanijose yra dokumentuotas vėlesnėse NASA Gleno apledėjimo tyrimų publikacijose NASA techninių ataskaitų serveryje (NASA Technical Reports Server).
Elektroterminė apsauga nuo ledo, kaip tipiškas metodas mažiems, ribotos galios UAV komponentams, palyginti su šilumine apsauga nuo apledėjimo naudojant išleidžiamą orą per „Piccolo“ vamzdelį, kaip metodas, tinkamas dideliems, degalais varomiems HALE orlaiviams, ir RQ-4 Global Hawk variklio gaubto apsaugos nuo apledėjimo sistema, gaunanti šilumą iš orlaivio hidraulinės sistemos: atitinka paskelbtą literatūrą apie orlaivių apsaugos nuo apledėjimo sistemas.
Informacija apie RQ-4B Global Hawk (HALE klasė) orlaivį: atitinka mūsų paskelbtą straipsnį apie tolimojo nuotolio fiksuoto sparno UAS bandymus (MALE, HALE ir VTOL).
Bandymų metodikos gairės (viso diapazono C ir O priedų bandymai, visos sistemos šiluminis patvirtinimas, aerodinaminių nuostolių matavimas su pritvirtintomis ledo formomis, natūralaus dydžio komponentų bandymai) yra TunnelTech inžinerinė praktika, tiesiogiai atitinkanti aukščiau aprašytas sertifikavimo lygio objektų charakteristikas.

Didelių fiksuoto sparno UAS apledėjimo ir skrydžių bet kokiomis oro sąlygomis sertifikavimas