Büyük Sabit Kanatlı İHA'lar İçin Buzlanma Sertifikasyon Testleri

Küçük bir elektrikli İHA'da buzlanma sorunu genellikle ısıtmalı bir pervane veya ısıtmalı bir pitot tüpü ile çözülür; bu, gücü kısıtlı küçük bir bileşen için hedefe yönelik bir çözümdür. Bir MALE veya HALE hava aracındaki buzlanma ise tamamen farklı bir boyuttaki sorundur: Bu, insanlı nakliye uçaklarının sertifikalandırıldığı aynı buzlanma zarfına karşı test edilen, tüm hava aracını kapsayan ve standartlara dayalı bir sertifikasyon gerekliliğidir, çünkü bu ölçekteki bir araç aynı hava koşullarında uçmaktadır.

1. Sertifikasyon standardı, insanlı hava araçlarının kullandığı standartla aynıdır

Bu test sınıfı için referans tesis, NASA'nın Glenn Araştırma Merkezi'ndeki Buzlanma Araştırma Tüneli'dir (IRT) . Bu tesis, uçak buzlanmasına adanmış dünyanın en büyük soğutmalı rüzgâr tünellerinden biridir ve Federal Havacılık Yönetmeliği Bölüm 25, Ek C'deki FAA buzlanma sertifikasyon standardını açıkça kopyalayan bir tesistir. Yayınlanan özellikleri, "tam ölçekli buzlanma sertifikasyonunun" gerçekte ne gerektirdiğini göstermektedir:

Test bölümü 6 ft yüksekliğinde × 9 ft genişliğinde × 20 ft uzunluğunda
Test bölümü hava hızı 50 ila 350 knot
Test bölümü toplam sıcaklığı –25°C ila 5°C
Sıvı su içeriği 0,2 ila 3,0 g/m³ , bulut uniformluğu ±%10 seviyesinde tutulur
Damlacık medyan hacim çapı 15 ila 50 µm
Test bölümünün 4,5'e 6 fitlik kısmını kaplayan uniform bir buzlanma bulutu
Sıcak bleed havası kullanan termal buzlanma önleyici sistemleri test etmek için 1 lb/s 'ye kadar simüle edilmiş motor bleed havası akışı

IRT, tam boyutlu uçak bileşenlerinin yanı sıra hem uçakların hem de helikopterlerin ölçekli modellerini test etmektedir ve Boeing, Bell Helicopter, Goodrich, Cessna, Sikorsky ile ABD Kara, Deniz ve Hava Kuvvetleri'nden oluşan müşteri listesi, bunun bir araştırma merakı değil, sertifikasyon düzeyinde bir altyapı olduğunu yansıtmaktadır. Daha yakın tarihli NASA buzlanma test kampanyaları, kalibrasyon çalışmalarını hem FAA hem de EASA'nın artık orijinal Ek C zarfının yanı sıra zorunlu kıldığı daha yeni Ek O aşırı soğutulmuş büyük damla (SLD) koşullarına doğru genişletmiştir.

2. Buzdan korunma teknolojisi neden ölçeğe göre farklılık gösterir?

Buzdan korunma teknolojisi, hava aracı ölçeğine göre net bir şekilde ikiye ayrılır ve bunun fiziksel bir nedeni vardır: mevcut güç. Küçük İHA'ların tipik yaklaşımı olan elektrotermal ısıtma, küçük bir elektrikli platformun sağlayabileceği batarya amperi ile sınırlıdır; bu nedenle genellikle tüm bir kanat yerine pervane veya pitot tüpü gibi küçük, yüksek değerli bileşenlerle sınırlıdır.

Büyük, yakıtla çalışan bir MALE veya HALE hava aracının güç bütçesi tamamen farklıdır ve bu durum, bir pikolo tüpü aracılığıyla kanat hücum kenarına yönlendirilen motor bleed havası kullanılarak termal buzlanma önleme yönteminin önünü açar. Bu, insanlı nakliye uçaklarının onlarca yıldır kullandığı temel mimarinin aynısıdır ve hava aracını tamamen elektrikli bir buzdan korunma sisteminin gerektireceği elektrik üretim kapasitesini taşıma yükünden kurtarır. Bu ölçekteki belgelenmiş örnekler arasında, motor kapağı buzlanma önleyici sistemi bleed havası yerine hava aracının hidrolik sisteminden elde edilen ısıyı çeken RQ-4 Global Hawk yer almaktadır. Bu, büyük bir İHA'daki "termal korumanın" birden fazla yerleşik ısı kaynağından tasarlanabileceğini ve doğru seçimin hava aracının spesifik sistem mimarisine bağlı olduğunu hatırlatmaktadır.

3. Büyük sabit kanatlı bir buzlanma test kampanyası neleri kapsamalıdır?

Gelişigüzel bir soğuk ve ıslak koşula karşı değil, gerçek sertifikasyon zarfına karşı test yapılması — Ek C sıvı su içeriği, damlacık boyutu ve sıcaklık kombinasyonları kesin olarak belirtilmiştir çünkü farklı kombinasyonlar farklı buz şekilleri ve farklı aerodinamik kayıplar üretir.
Ek C'nin yanı sıra Ek O aşırı soğutulmuş büyük damla koşulları — Çünkü SLD buzlanması, kanat profili üzerinde klasik Ek C buzlanmasından daha geride, yalnızca Ek C'ye karşı tasarlanmış buzdan korunma sistemlerinin kapsayamayacağı bir konumda buz birikimi oluşturur.
Sadece ısıtılan yüzeyin değil, tüm termal sistemin test edilmesi — Bir bleed havası sistemi için bu, yalnızca ısıtılmış bir panelden atılan buzun yalıtılmış olarak ölçülmesi değil; kanalların, pikolo tüpü dağıtımının ve simüle edilmiş motor akışı altında ısı iletiminin test edilmesi anlamına gelir.
Gerçekçi buz şekilleri eklenmiş halde aerodinamik performans — Çünkü sertifikasyon nihayetinde, koruma sisteminin en iyi senaryoda buz oluşumunu engelleyip engellemediğiyle değil, hava aracının koruma sisteminin etrafında tasarlandığı buzla olan uçuş nitelikleriyle ilgilidir.
Sertifikasyon temelinin gerektirdiği her yerde tam boyutlu bileşenler — IRT'nin tam boyutlu uçak bileşenlerini test etme konusundaki belgelenmiş kapasitesi, tam olarak bazı bileşenlerdeki buz birikimi fiziğinin küçük bir modele net bir şekilde ölçeklenememesi nedeniyle mevcuttur.

4. Karşılaştığımız beş hata

Buzlanma korumasını her hava aracı ölçeğinde bileşen düzeyinde bir elektrotermal sorun olarak ele almak. Küçük bir İHA'nın pervanesi için işe yarayan bir çözüm, bir MALE/HALE kanadına uyarlanamaz; hem güç bütçesi hem de sertifikasyon temeli farklıdır.
Sadece Ek C'yi test etmek ve bunun "buzlanmayı" kapsadığını varsaymak. Ek O aşırı soğutulmuş büyük damla koşulları artık birçok program için sertifikasyon temelinin ayrı ve zorunlu bir parçasıdır ve kanat profilinin farklı bir bölümünde buzlanma yaparlar.
İletim sistemini doğrulamadan ısı kaynağını doğrulamak. Bir bleed havası sisteminin pikolo tüpü dağıtımı ve kanal kayıpları, mevcut ham ısı kadar önemlidir; kâğıt üzerinde çalışan bir sistem kanat ucunda yetersiz kalabilir.
Aerodinamik kaybı ölçmeden buzlanmanın önlenmesini ölçmek. Sertifikasyon sadece "buz oluşuyor mu" demek değildir; "hava aracı, koruma sisteminin doğrulandığı buz şekilleriyle nasıl uçuyor" demektir.
Ölçekli bir modelin tam boyutlu bir bileşenin yapacağı her şeyi yakaladığını varsaymak. Buz birikimi fiziği, ölçek etkilerinin en az tolere edilebildiği alanlardan biridir ve sertifikasyon düzeyindeki buzlanma rüzgâr tünellerinin tam boyutlu bileşenleri doğrudan test etmesinin tam nedeni de budur.

5. Bu durum programınız için ne anlama geliyor?

Bize sertifikasyon temelinizi ve buzdan korunma mimarinizi anlatın , biz de genel bir soğuk hava kontrolü değil, hava aracınızın sertifikalandırılması gereken gerçek Ek C ve Ek O zarfına karşı bir test programı oluşturalım. İlgili okuma:

long-range fixed-wing UAS testing

hakkındaki ana makalemiz.

Kaynaklar ve notlar

NASA Buzlanma Araştırma Tüneli tesis özellikleri (test bölümü 6 ft × 9 ft × 20 ft, hava hızı 50–350 knot, toplam sıcaklık –25°C ila 5°C, ±%10 bulut uniformluğu ile 0,2–3,0 g/m³ sıvı su içeriği, damlacık MVD 15–50 µm, 4,5'e 6 ft uniform buzlanma bulutu, 1 lb/s'ye kadar simüle edilmiş motor bleed havası akışı, FAA FAR Bölüm 25 Ek C buzlanma sertifikasyon standartlarının kopyalanması, tam boyutlu uçak bileşenlerinin ve uçak ile helikopterlerin ölçekli modellerinin test edilmesi ve Boeing, Bell Helicopter, Goodrich, Cessna, Sikorsky ile ABD askeri birimlerini içeren müşteri tabanı): NASA Glenn Araştırma Merkezi / NASA Havacılık Test Programı, "Buzlanma Araştırma Tüneli" bilgi notu.
Daha yakın tarihli NASA test kampanyalarında IRT kalibrasyon çalışmalarının FAA/EASA Ek O aşırı soğutulmuş büyük damla (SLD) koşullarına genişletilmesi, NASA Teknik Raporlar Sunucusu'ndaki sonraki NASA Glenn buzlanma araştırması yayınlarında belgelenmiştir.
Gücü kısıtlı küçük İHA bileşenleri için tipik yaklaşım olarak elektrotermal buzdan korunma ile büyük, yakıtla çalışan HALE hava araçlarına uygun yaklaşım olarak pikolo tüpü aracılığıyla termal bleed havası buzlanma önleme yönteminin karşılaştırılması ve RQ-4 Global Hawk'ın hava aracının hidrolik sisteminden ısı çeken motor kapağı buzlanma önleyici sistemi: yayınlanmış uçak buzdan korunma sistemi literatürüyle tutarlıdır.
RQ-4B Global Hawk (HALE sınıfı) için hava aracı arka planı: uzun menzilli sabit kanatlı İHA testleri (MALE, HALE ve VTOL) üzerine yayınladığımız makaleyle tutarlıdır.
Test metodolojisi kılavuzu (tam zarflı Ek C ve Ek O testleri, tüm sistem termal doğrulaması, buz şekilleri eklenmiş halde aerodinamik kayıp ölçümü, tam boyutlu bileşen testi), yukarıda belgelenen sertifikasyon düzeyindeki tesis özelliklerine doğrudan yanıt veren TunnelTech mühendislik uygulamasıdır.

Büyük Sabit Kanatlı İHA'lar İçin Buzlanma ve Tüm Hava Koşulları Sertifikasyonu