ННТ-д зориулсан турбопроп болон поршен хөдөлгүүрийн туршилт

MALE эсвэл HALE ангиллын агаарын хөлгийн хөдөлгүүрийн шийдэл нь цахилгаан хөдөлгүүр болон сэнс сонгохоос тэс өөр ойлголт юм. Турбопроп эсвэл хүнд түлштэй поршен хөдөлгүүр нь агаарын оролт, утаа гаргах хэсэг, хөргөлтийн систем болон суурилагдсан их биетэйгээ мэдэгдэхүйц харилцан үйлчлэхүйц хангалттай том сэнстэй байдаг. Энэ бүхэн нь жижиг цахилгаан ННТ-ийн ажилладаг бага хурдтай, Рейнольдсын тоо багатай нөхцөлд бус, харин бодит аяллын хурд болон өндөрт явагддаг.

1. Хоёр бодит хөдөлгүүр, хоёр бодит интеграцийн асуудал

Энэ ангиллын хоёр тэргүүлэх жишээ нь нэг агаарын хөлгийн гэр бүлд хүртэл "хөдөлгүүр" гэдэг нь ямар өөр утгатай байж болохыг харуулдаг. Анхны MQ-1 Predator нь ойролцоогоор 115 м.х. хүчин чадалтай, турбо үлээгчтэй, дөрвөн цилиндртэй, дөрвөн тактын Rotax 914F поршен хөдөлгүүрээр тоноглогдсон байв. Энэ нь цилиндрүүддээ агаараар, толгойн хэсэгтээ усаар хөргөгддөг бөгөөд хос иртэй, тогтмол хурдтай түлхэгч сэнсийг ажиллуулдаг байсан. Уг агаарын хөлөг нь ойролцоогоор 25 000 фут өндөрт, 84-өөс 135 миль/цаг хурдтайгаар нэг удаад 24 гаруй цаг тасралтгүй нисдэг байв.

Түүний илүү том залгамжлагч болох MQ-9 Reaper нь Цахим хөдөлгүүрийн удирдлагатай (Digital Electronic Engine Control) Honeywell TPE331-10 турбопроп хөдөлгүүрээр тоноглогдсон бөгөөд мөн л ард байрлалтай, олон иртэй, пич (pitch) тохируулах боломжтой түлхэгч сэнсийг ажиллуулдаг. General Atomics-ийн мэдээлснээр, уг агаарын хөлөг нь 50 000 фут хүртэлх өндөрт ажиллаж, 240 зангилаа (knots) бодит агаарын хурдтайгаар аялдаг бөгөөд 27 гаруй цаг нисэх чадвартай.

Нэг нь поршен хөдөлгүүрээр бензин түлш ашиглаж, нөгөө нь турбопроп хөдөлгүүрээр онгоцны түлш ашигладаг хэдий ч хоёр агаарын хөлөг хоёулаа их биеийн ард байрлах түлхэгч сэнс гэсэн ижил үндсэн архитектурыг сонгосон. Энэхүү архитектурын сонголт нь салхин хонгилын хөтөлбөрт тохиолдлын зүйл биш бөгөөд харин түүний гол цөм нь юм.

2. Түлхэгч сэнсний зохион байгуулалт нь яагаад өөрөө туршилтын асуудал болдог вэ

Их биеийн ард суурилагдсан түлхэгч сэнс нь цэвэр чөлөөт урсгалтай агаартай учирдаггүй — энэ нь их биеийн арын урсгал болон геометрийн онцлогоос хамааран түүний урд байрлах далавч, сүүлний хэсгийн урсгалыг сорж авдаг. Энэхүү орох урсгал нь сэнсний дискэнд хүрэхээсээ өмнө хэдийнээ гажсан байдаг бөгөөд сэнс нь эргээд өөрийн мушгиралт (swirl) болон даралтын хэлбэлзлийг сүүлний хэсгийн урсгалын талбар руу урагш дамжуулдаг. Зөвхөн сэнсийг дангаар нь турших, эсвэл зөвхөн далавчийг аэродинамикийн туршилтад оруулах нь энэхүү харилцан үйлчлэлийн аль алиныг нь тодорхойлж чадахгүй — эдгээр нь зөвхөн нэг нэгэнтэйгээ хамт хэмжигдсэн үед л утга учиртай болно.

Энэ нь сэнс-оролтын болон их бие-хөдөлгүүрийн интеграцийн судалгаанд баримтжуулагдсан илүү өргөн хүрээний олдвортой нийцдэг: сэнс байгаа нь нийт даралтын хуваарилалтыг хэмжигдэхүйц хэмжээгээр өөрчилж, мушгиралтын (swirl) гажилтыг үүсгэдэг бөгөөд хөдөлгүүр суурилагдсан их бие дээрх оролт болон гаралтын урсгалын нөлөөлөл нь өргөх-эсэргүүцлийн харьцаа болон дагуугийн моментийг өөрчилж чаддаг — эдгээр нөлөөлөл нь хөдөлгүүрийн систем болон их биеийг тусад нь бус, харин хамтад нь турших үед л илэрдэг.

3. Интеграцийн туршилт нь бодит байдал дээр юуг хамрах шаардлагатай вэ

Төлөөлөхүйц сэнс бүхий бүрэн их бие , зөвхөн сэнсний түлхэлтийн стендийн үр дүнг цэвэр их биеийн туйлын муруй дээр нэмэх бус — түлхэгч сэнсний тохиргоо нь энэ хоёр бие биеэсээ хамааралгүй биш гэдгийг онцгойлон харуулдаг.
Нислэгийн бүх горим дахь оролтын урсгалын чанар. Турбопроп хөдөлгүүрийн агаарын оролт нь аялал, өгсөлт болон нислэгийн профайлд багтсан дайралтын өнцөг өндөртэй аливаа нөхцөлд хөдөлгүүрийн нүүрэн хэсэгт хүлээн зөвшөөрөгдөхүйц даралтын сэргээлт болон гажилтын түвшинг хангах ёстой — энэ нь цахилгаан хөдөлгүүрт байдаггүй шаардлага юм.
Гаралтын интеграцийн эсэргүүцэл болон дагуугийн момент дахь нөлөөлөл , учир нь оролт болон гаралтын урсгал нь энэ хоёрыг хоёуланг нь хэмжигдэхүйц хэмжээгээр өөрчилдөг болох нь баримтжуулагдсан байдаг бөгөөд MALE ангиллын нислэг нь аяллын үр ашиг дээр суурилдаг тул 24-өөс дээш цагийн нислэгийн туршид эсэргүүцлийн жижиг алдагдлууд хуримтлагддаг.
Ялангуяа поршен хөдөлгүүрийн хөргөлтийн эсэргүүцлийн тооцоо — шингэн эсвэл агаараар хөргөгддөг поршен хөдөлгүүр нь цахилгаан хөдөлгүүрт огт үүсдэггүй хөргөлтийн урсгалын эсэргүүцэлтэй байдаг бөгөөд үүнийг их биеийн бусад эсэргүүцлийн төсөвтэй ижил туршилтаар хэмжих шаардлагатай.
Сэнсний арын урсгал болон сүүлний хэсгийн харилцан үйлчлэл , учир нь түлхэгч сэнсний зохион байгуулалт нь сүүлний хэсгийг сэнсний орох урсгал болон арын урсгалд (slipstream) шууд эсвэл ойрхон байрлуулдаг — энэхүү хамаарал нь хүчин чадлын тохиргоо болон дайралтын өнцгөөс хамаарч өөрчлөгддөг.

4. Бидний олж хардаг таван алдаа

Сэнс болон их биеийг хоёр тусдаа туршилт болгон шалгах. Түлхэгч сэнсний тохиргоонд сэнсний орох урсгал нь их биеийн арын урсгалаас ирдэг бөгөөд их биеийн сүүлний урсгал нь сэнсээр хэлбэрждэг — аль ч туршилт нь дангаараа энэхүү хамаарлыг тодорхойлж чадахгүй.
"Хөдөлгүүр үйлдвэрлэгч нь тодорхойлсон" гэдэг шалтгаанаар оролтын гажилтын хэмжилтийг алгасах. Үйлдвэрлэгчийн техникийн үзүүлэлтүүд нь цэвэр, гажилтгүй орох урсгалыг тооцдог; их биед суурилуулсны дараах гажилт нь хөдөлгүүрийн техникийн хуудас урьдчилан таамаглах боломжгүй суурилуулалтын нөлөө юм.
Хөргөлтийн эсэргүүцлийг хөдөлгүүрийн интеграцийн дараах асуудал мэтээр авч үзэх. Поршен хөдөлгүүрийн хувьд хөргөлтийн урсгал нь аэродинамикийн туршилт хийгдсэний дараа хэрэглэгддэг залруулга биш, харин эхний өдрөөсөө л агаарын хөлгийн эсэргүүцлийн төсвийн нэг хэсэг байдаг.
Турбопроп болон поршен хөдөлгүүрүүд ижил туршилтын төлөвлөгөөтэй байна гэж үзэх. Турбопроп хөдөлгүүрийн оролтын даралтыг сэргээх шаардлага болон поршен хөдөлгүүрийн хөргөлтийн агаарын урсгалын шаардлага нь өөр өөр хэмжилт-хяналтын хэрэгсэл (инструментаци) шаарддаг өөр өөр физик асуудлууд юм.
Хүчин чадлын өөр өөр тохиргоонд туршилт хийхгүй байх. Сэнсний арын урсгал (slipstream) болон сүүлний хэсгийн харилцан үйлчлэл нь түлхэлтээс хамаарч өөрчлөгддөг тул зөвхөн нэг хүчин чадлын тохиргоотой туршилт нь бодит нислэгийн профайлын дагуу энэхүү хамаарал хэрхэн өөрчлөгдөхийг орхигдуулдаг — өгсөлт, аялал болон хүлээлтийн (loiter) хүчин чадал нь хоорондоо сольж болох туршилтын цэгүүд биш юм.

5. Энэ нь танай хөтөлбөрт ямар утгатай вэ

Хөдөлгүүрийн төрөл, сэнсний тохиргоо болон нислэгийн хүчин чадлын профайлаа бидэнд хэлээрэй , тэгвэл бид оролт, гаралт, хөргөлт болон сэнсний арын урсгалын (slipstream) нөлөөллийг цэвэр их биеийн туйлын муруй дээр нэмсэн тусдаа стендийн туршилт байдлаар бус, харин хамтад нь хамарсан их бие-хөдөлгүүрийн интеграцийн туршилтыг төлөвлөх болно. Холбоотой нийтлэл:

long-range fixed-wing UAS testing

сэдэвт манай үндсэн нийтлэл.

Эх сурвалж болон тэмдэглэл

MQ-1 Predator хөдөлгүүр (ойролцоогоор 115 м.х. хүчин чадалтай, турбо үлээгчтэй, дөрвөн цилиндртэй Rotax 914F поршен хөдөлгүүр, цилиндрүүд нь агаараар, толгойн хэсэг нь усаар хөргөгддөг, хос иртэй тогтмол хурдтай түлхэгч сэнс, 24-өөс дээш цагийн нислэгт ойролцоогоор 25 000 фут өндөрт 84–135 миль/цаг аяллын хурдтай): үйлдвэрлэгчийн нийтэлсэн хөдөлгүүрийн техникийн үзүүлэлтүүд (Rotax, "914 UL | F" product page) болон General Atomics MQ-1 Predator хөтөлбөрийн түүхтэй нийцэж байна.
MQ-9A Reaper хөдөлгүүр (Цахим хөдөлгүүрийн удирдлагатай Honeywell TPE331-10 турбопроп, дээд өндөр 50 000 фут, аяллын хурд 240 KTAS, 27 гаруй цаг нисэх чадвартай): General Atomics Aeronautical Systems, "MQ-9A Reaper (Predator B)".
Predator болон Reaper агаарын хөлгүүдийн аль алинд нь байдаг ард байрлалтай, түлхэгч сэнсний тохиргоо нь General Atomics Predator/Reaper гэр бүлийн загварын баримтжуулагдсан онцлог юм.
Сэнс-оролтын интеграцийн нөлөөлөл (сэнс ажиллаж байх үеийн нийт даралтын хуваарилалт болон мушгиралтын (swirl) гажилт дахь хэмжигдэхүйц өөрчлөлтүүд) болон оролт/гаралтын интеграцийн өргөх-эсэргүүцлийн харьцаа болон дагуугийн момент дахь нөлөөлөл нь нийтлэгдсэн сэнс-оролтын болон их бие-хөдөлгүүрийн интеграцийн салхин хонгил болон симуляцийн ном зохиолд баримтжуулагдсан олдворууд юм.
Туршилтын арга зүйн удирдамж (сэнс-их биеийн хосолсон туршилт, оролтын гажилтын хэмжилт, хөргөлтийн эсэргүүцлийн тооцоо, олон хүчин чадлын тохиргоотой сэнсний арын урсгалын (slipstream) туршилт) нь TunnelTech-ийн инженерийн практик юм.

Алсын зайн ННТ-д зориулсан турбопроп болон поршен хөдөлгүүрийн интеграци