Сертификација за услове залеђивања и све временске прилике за велике беспилотне летелице (UAS) са фиксним крилима

Залеђивање на малим електричним беспилотним летелицама (UAV) обично се решава грејаним елисама или грејаном Пито цеви — циљано решење за малу компоненту са ограниченим напајањем. Залеђивање на MALE или HALE летелицама представља проблем потпуно другачијег нивоа: то је захтев за сертификацију целе летелице заснован на стандардима, који се тестира у истим условима залеђивања за које се сертификују и транспортни авиони са посадом, јер на овој скали летелица лети у истим временским условима.

---

1. Стандард за сертификацију је исти као онај који се користи за летелице са посадом

Референтни објекат за ову класу испитивања је NASA-ин Icing Research Tunnel (IRT) у истраживачком центру Glenn — један од највећих расхладних аеродинамичких тунела на свету посвећен залеђивању летелица, и објекат који експлицитно реплицира FAA стандард за сертификацију залеђивања у Федералним ваздухопловним прописима (FAR), Део 25, Додатак C . Његове објављене карактеристике показују шта „сертификација залеђивања у пуној размери” заправо захтева:

• Испитна секција 6 ft висине × 9 ft ширине × 20 ft дужине
• Брзина ваздуха у испитној секцији од 50 до 350 knots
• Укупна температура у испитној секцији од –25 °C до 5 °C
• Садржај течне воде од 0,2 до 3,0 g/m³ , уз униформност облака која се одржава на ±10%
• Средњи запремински пречник капљице од 15 до 50 µm
• Униформан облак залеђивања који покрива 4,5 са 6 ft испитне секције
• Симулирани проток ваздуха из компресора мотора (bleed-air) до 1 lb/s , за тестирање термичких система против залеђивања који користе врућ ваздух из компресора

IRT тестира компоненте летелица у пуној величини, као и моделе авиона и хеликоптера у размери, а његова листа клијената — Boeing, Bell Helicopter, Goodrich, Cessna, Sikorsky, плус Копнена војска, Морнарица и Ваздухопловство САД — одражава чињеницу да је ово инфраструктура на нивоу сертификације, а не само истраживачки куриозитет. Новије NASA-ине кампање испитивања залеђивања такође су прошириле рад на калибрацији према новијим условима Додатка O за прехлађене крупне капљице (SLD) , које и FAA и EASA сада захтевају поред оригиналног опсега Додатка C.

---

2. Зашто се сама технологија заштите од леда разликује у зависности од размере

Технологија заштите од леда се јасно дели према величини летелице, и то из физичког разлога: доступне снаге. Електротермичко грејање — приступ типичан за мале UAV летелице — ограничено је амперажом батерије коју мала електрична платформа може да испоручи, због чега је обично ограничено на мале компоненте високе вредности попут елисе или Пито цеви, уместо на цело крило.

Велика MALE или HALE летелица на гориво има потпуно другачији енергетски буџет, што отвара могућност за термичку заштиту од леда коришћењем ваздуха из компресора мотора (bleed air) , који се каналише до нападне ивице крила кроз пиколо цев — иста основна архитектура коју транспортни авиони са посадом користе већ деценијама, а која ослобађа летелицу потребе за ношењем капацитета за производњу електричне енергије који би потпуно електрични систем за заштиту од леда захтевао. Документовани примери на овој скали укључују RQ-4 Global Hawk , чији систем против залеђивања поклопца мотора користи топлоту извучену из хидрауличног система летелице уместо ваздуха из компресора — што је подсетник да се „термичка заштита” на великим UAS летелицама може пројектовати коришћењем више од једног извора топлоте на летелици, а прави избор зависи од специфичне архитектуре система летелице.

---

3. Шта кампања испитивања залеђивања за велике летелице са фиксним крилима треба да обухвати

• Испитивање у оквиру стварног опсега сертификације , а не у произвољним хладним и влажним условима — комбинације садржаја течне воде, величине капљица и температуре из Додатка C су прецизно специфициране јер различите комбинације стварају различите облике леда и различите аеродинамичке губитке.
• Услови прехлађених крупних капљица из Додатка O заједно са Додатком C , будући да SLD залеђивање ствара накупљање леда даље уназад на аеропрофилу у односу на класично залеђивање из Додатка C, на локацији коју системи за заштиту од леда дизајнирани само за Додатак C можда не покривају.
• Целокупан термички систем, а не само грејану површину — за систем са ваздухом из компресора, то значи испитивање канала, дистрибуције преко пиколо цеви и испоруке топлоте под симулираним протоком мотора, а не само изоловано мерење одбацивања леда са грејаног панела.
• Аеродинамичке перформансе са причвршћеним реалистичним облицима леда , јер се сертификација на крају своди на летне карактеристике летелице са ледом за који је заштитни систем дизајниран — а не само на то да ли заштитни систем спречава формирање леда у најбољем случају.
• Компоненте у пуној величини где год то основа за сертификацију захтева — документовани капацитет IRT-а за испитивање компоненти летелица у пуној величини постоји управо зато што се физика накупљања леда на неким компонентама не може једноставно скалирати на мали модел.

---

4. Пет грешака које виђамо

• Третирање заштите од залеђивања као електротермичког проблема на нивоу компоненте на било којој скали летелице. Оно што функционише за елису малог UAV-а не може се екстраполирати на крило MALE/HALE летелице — и енергетски буџет и основа за сертификацију су другачији.
• Испитивање само према Додатку C уз претпоставку да то покрива „залеђивање”. Услови прехлађених крупних капљица из Додатка O сада су посебан, обавезан део основе за сертификацију за многе програме, и они изазивају залеђивање на другом делу аеропрофила.
• Валидација извора топлоте без валидације система за испоруку. Дистрибуција преко пиколо цеви и губици у каналима система са ваздухом из компресора једнако су важни као и сирова доступна топлота — систем који функционише на папиру може подбацити на врху крила.
• Мерење спречавања леда без мерења аеродинамичких губитака. Сертификација није само „да ли се лед формира” — већ „како летелица лети са облицима леда за које је заштитни систем валидиран”.
• Претпоставка да модел у размери обухвата све што би и компонента у пуној величини. Физика накупљања леда је једна од области где су ефекти скалирања најмање поуздани, што је управо разлог зашто аеродинамички тунели за залеђивање на нивоу сертификације директно тестирају компоненте у пуној величини.

---

5. Шта ово значи за ваш програм

Реците нам вашу основу за сертификацију и архитектуру заштите од леда , а ми ћемо осмислити програм испитивања према стварном опсегу Додатка C и Додатка O за који ваша летелица треба да се сертификује — а не генеричку проверу за хладно време. Повезано читање: наш главни чланак о

long-range fixed-wing UAS testing

.

---

Извори и напомене

• Карактеристике постројења NASA Icing Research Tunnel (испитна секција 6 ft × 9 ft × 20 ft, брзина ваздуха 50–350 knots, укупна температура –25 °C до 5 °C, садржај течне воде 0,2–3,0 g/m³ са ±10% униформности облака, средњи запремински пречник капљице (MVD) 15–50 µm, униформан облак залеђивања 4,5 са 6 ft, симулирани проток ваздуха из компресора мотора до 1 lb/s, репликација FAA FAR Део 25 Додатак C стандарда за сертификацију залеђивања, испитивање компоненти летелица у пуној величини и модела авиона и хеликоптера у размери, и његова база клијената која укључује Boeing, Bell Helicopter, Goodrich, Cessna, Sikorsky и војне службе САД): NASA Glenn Research Center / NASA Aeronautics Test Program, "Icing Research Tunnel" fact sheet.
• Проширење рада на калибрацији IRT-а на услове прехлађених крупних капљица (SLD) према FAA/EASA Додатку O у новијим NASA-иним кампањама испитивања документовано је у каснијим публикацијама NASA Glenn о истраживању залеђивања на серверу техничких извештаја NASA-е.
• Електротермичка заштита од леда као типичан приступ за мале UAV компоненте са ограниченим напајањем, у поређењу са термичком заштитом од залеђивања помоћу ваздуха из компресора преко пиколо цеви као приступом погодним за велике HALE летелице на гориво, и систем против залеђивања поклопца мотора на RQ-4 Global Hawk који користи топлоту из хидрауличног система летелице: у складу са објављеном литературом о системима за заштиту летелица од леда.
• Позадина летелице за RQ-4B Global Hawk (HALE класа): у складу са нашим објављеним чланком о испитивању дугодометних UAS летелица са фиксним крилима (MALE, HALE и VTOL).
• Смернице за методологију испитивања (испитивање у пуном опсегу Додатка C и Додатка O, термичка валидација целог система, мерење аеродинамичких губитака са причвршћеним облицима леда, испитивање компоненти у пуној величини) представљају инжењерску праксу компаније TunnelTech, која директно одговара карактеристикама постројења на нивоу сертификације документованим изнад.