UAS کے لیے ٹربوپراپ اور پسٹن پروپلشن کی ٹیسٹنگ

MALE یا HALE ایئرکرافٹ پر پروپلشن کا فیصلہ الیکٹرک موٹر اور پروپیلر کے انتخاب سے بالکل مختلف شعبہ ہے۔ ایک ٹربوپراپ یا ہیوی فیول پسٹن انجن اپنے ساتھ ایک ایئر اِن ٹیک، ایک ایگزاسٹ، ایک کولنگ سسٹم اور ایک اتنا بڑا پروپیلر لاتا ہے جو اس ایئرفریم کے ساتھ بامعنی طور پر تعامل کر سکے جس پر اسے نصب کیا گیا ہے — یہ سب حقیقی کروز اسپیڈ اور اونچائی پر ہوتا ہے، نہ کہ کم رفتار، کم رینالڈز نمبر والے ماحول میں جس میں ایک چھوٹا الیکٹرک UAV اڑتا ہے۔

1. دو حقیقی انجن، دو حقیقی انضمام کے مسائل

اس کلاس کی دو نمایاں مثالیں واضح کرتی ہیں کہ ایک ہی ایئرکرافٹ فیملی کے اندر بھی "پروپلشن" کے معنی کتنے مختلف ہو سکتے ہیں۔ اصل MQ-1 Predator کو ایک سنگل Rotax 914F، ایک ٹربو چارجڈ، فور سلنڈر، فور اسٹروک پسٹن انجن جس کی طاقت تقریباً 115 hp تھی ، سے پاور دی گئی تھی، جو سلنڈروں پر ہوا سے اور ہیڈز پر پانی سے ٹھنڈا ہوتا تھا، اور ایک ٹوئن بلیڈ کانسٹنٹ اسپیڈ پُشر پروپیلر کو چلاتا تھا — یہ طیارہ تقریباً 84 سے 135 میل فی گھنٹہ کی رفتار سے، تقریباً 25,000 فٹ کی بلندی پر، ایک وقت میں 24 گھنٹے سے زیادہ تک کروز کرتا تھا۔

اس کا بڑا جانشین، MQ-9 Reaper ، ایک Honeywell TPE331-10 ٹربوپراپ بمعہ ڈیجیٹل الیکٹرانک انجن کنٹرول سے پاور حاصل کرتا ہے، جو ایک عقب میں نصب، ملٹی بلیڈ، کنٹرولیبل پِچ پُشر پروپیلر کو بھی چلاتا ہے۔ جنرل ایٹامکس کے مطابق، یہ طیارہ 50,000 فٹ تک کام کرتا ہے، 240 ناٹس کی حقیقی ایئر اسپیڈ پر کروز کرتا ہے، اور اس کی پرواز کی صلاحیت 27 گھنٹے سے زیادہ ہے۔

دونوں طیاروں نے ایک ہی بنیادی ڈھانچے کا انتخاب کیا — فیوزلاج کے عقب میں نصب ایک پُشر پروپیلر — اس کے باوجود کہ ایک پسٹن انجن کے ذریعے گیسولین پر چلتا ہے اور دوسرا ٹربوپراپ کے ذریعے جیٹ فیول پر۔ یہ تعمیراتی انتخاب ونڈ ٹنل پروگرام کے لیے محض اتفاقی نہیں ہے؛ بلکہ یہ اس کا مرکزی حصہ ہے۔

2. پُشر لے آؤٹ بذات خود ایک ٹیسٹنگ کا مسئلہ کیوں ہے

فیوزلاج کے پیچھے نصب ایک پُشر پروپیلر کو صاف فری اسٹریم ہوا نہیں ملتی — یہ فیوزلاج کے ویک (wake) کو اندر کھینچتا ہے اور، جیومیٹری کے لحاظ سے، اپنے آگے موجود ونگ اور ایمپینج (empennage) کی ہوا کو بھی۔ یہ اِن فلو پروپیلر ڈسک تک پہنچنے سے پہلے ہی مسخ ہو چکا ہوتا ہے، اور اس کے نتیجے میں پروپیلر اپنا سوِرل اور دباؤ کا خلل آگے ٹیل (tail) کے فلو فیلڈ میں شامل کر دیتا ہے۔ صرف پروپیلر کا بینچ ٹیسٹ، یا صرف ونگ کا ایروڈائنامک ٹیسٹ، اس تعامل کے کسی بھی پہلو کی درست عکاسی نہیں کرتا — ہر ایک کی پیمائش اسی وقت معنی رکھتی ہے جب دوسرا بھی موجود ہو۔

یہ پروپیلر-اِن لیٹ اور ایئرفریم-پروپلشن انضمام کی تحقیق میں ایک وسیع تر، دستاویزی دریافت کی عکاسی کرتا ہے: پروپیلر کی موجودگی مجموعی دباؤ کی تقسیم کو نمایاں طور پر تبدیل کرتی ہے اور سوِرل ڈسٹورشن پیدا کرتی ہے، اور پروپلشن سے منسلک ایئرفریم پر اِن ٹیک اور ایگزاسٹ فلو کے اثرات لفٹ ٹو ڈریگ ریشو اور پچنگ مومنٹ کو تبدیل کر سکتے ہیں — یہ اثرات صرف اسی وقت ظاہر ہوتے ہیں جب پروپلشن سسٹم اور ایئرفریم کا ایک ساتھ ٹیسٹ کیا جائے، الگ الگ نہیں۔

3. انضمام کی ٹیسٹنگ میں درحقیقت کن چیزوں کا احاطہ کرنا ضروری ہے

مکمل ایئرفریم جس میں ایک نمائندہ پروپیلر موجود ہو ، نہ کہ صرف پروپیلر کے تھرسٹ-اسٹینڈ کا نتیجہ جسے کلین-ایئرفریم پولر پر لاگو کیا گیا ہو — پُشر کنفیگریشن کا خاص طور پر مطلب یہ ہے کہ یہ دونوں ایک دوسرے سے آزاد نہیں ہیں۔
فلائٹ انویلپ کے دوران اِن لیٹ فلو کا معیار۔ ایک ٹربوپراپ کے ایئر اِن ٹیک کو کروز، چڑھائی اور مشن پروفائل میں شامل کسی بھی ہائی-اینگل-آف-اٹیک کی حالت میں انجن کے سامنے قابل قبول پریشر ریکوری اور ڈسٹورشن لیول فراہم کرنا ہوتا ہے — یہ ایک ایسی ضرورت ہے جس کا الیکٹرک موٹر میں کوئی متبادل نہیں ہے۔
ڈریگ اور پچنگ مومنٹ پر ایگزاسٹ انضمام کے اثرات ، چونکہ یہ دستاویزی ثبوت موجود ہے کہ اِن ٹیک اور ایگزاسٹ فلو دونوں کو نمایاں طور پر تبدیل کرتے ہیں، اور MALE-کلاس مشن کی کامیابی کروز کی کارکردگی پر منحصر ہوتی ہے جہاں 24 گھنٹے سے زیادہ طویل پروازوں میں ڈریگ کے چھوٹے نقصانات بھی جمع ہو کر بڑے بن جاتے ہیں۔
خاص طور پر پسٹن پاورپلانٹ کے لیے کولنگ ڈریگ کا حساب — ایک مائع یا ہوا سے ٹھنڈا ہونے والے پسٹن انجن میں کولنگ-فلو ڈریگ ہوتا ہے جو ایک الیکٹرک موٹر بالکل پیدا نہیں کرتی، اور اسے بقیہ ایئرفریم ڈریگ بجٹ کے ساتھ اسی ٹیسٹ میں ریکارڈ کیا جانا چاہیے۔
ٹیل کے ساتھ پروپیلر-ویک کا تعامل ، چونکہ ایک پُشر لے آؤٹ ایمپینج کو براہ راست پروپیلر کے اِن فلو اور سلپ اسٹریم میں، یا اس کے قریب رکھتا ہے — ایک ایسا ملاپ جو پاور سیٹنگ اور اینگل آف اٹیک کے ساتھ تبدیل ہوتا ہے۔

4. پانچ غلطیاں جو ہم دیکھتے ہیں

پروپیلر اور ایئرفریم کی دو الگ الگ مہمات کے طور پر ٹیسٹنگ۔ پُشر کنفیگریشن پر، پروپیلر کا اِن فلو ایئرفریم کے ویک سے آتا ہے اور ایئرفریم کا ٹیل فلو پروپیلر سے شکل اختیار کرتا ہے — کوئی بھی اکیلا ٹیسٹ اس ملاپ کو ریکارڈ نہیں کر سکتا۔
اِن لیٹ ڈسٹورشن کی پیمائش کو چھوڑ دینا کیونکہ "انجن بنانے والی کمپنی اس کی وضاحت کرتی ہے۔" مینوفیکچرر کی تصریحات ایک صاف، غیر مسخ شدہ اِن فلو فرض کرتی ہیں؛ ایئرفریم میں نصب ہونے کے بعد پیدا ہونے والی ڈسٹورشن ایک انسٹالیشن کا اثر ہے جس کی پیش گوئی انجن کی اسپیک شیٹ نہیں کر سکتی۔
کولنگ ڈریگ کو انجن کے انضمام کے بعد کا خیال سمجھنا۔ پسٹن پاورپلانٹ کے لیے، کولنگ فلو پہلے دن سے ہی ایئرکرافٹ کے ڈریگ بجٹ کا حصہ ہوتا ہے، نہ کہ ایروڈائنامک ٹیسٹ مکمل ہونے کے بعد لاگو کی جانے والی کوئی اصلاح۔
یہ فرض کرنا کہ ٹربوپراپ اور پسٹن پروپلشن کا ٹیسٹ پلان ایک ہی ہے۔ ٹربوپراپ کی اِن لیٹ پریشر-ریکوری کی ضرورت اور پسٹن انجن کی کولنگ-ایئرفلو کی ضرورت مختلف طبعی مسائل ہیں جن کے لیے مختلف اِنسترومنٹیشن کی ضرورت ہوتی ہے۔
مختلف پاور سیٹنگز پر ٹیسٹ نہ کرنا۔ ٹیل کے ساتھ پروپیلر-سلپ اسٹریم کا تعامل تھرسٹ کے ساتھ تبدیل ہوتا ہے، اس لیے سنگل-پاور-سیٹنگ ٹیسٹ یہ جاننے سے قاصر رہتا ہے کہ یہ ملاپ اصل مشن پروفائل میں کس طرح تبدیل ہوتا ہے — چڑھائی، کروز اور لوئٹر پاور ایک دوسرے کے متبادل ٹیسٹ پوائنٹس نہیں ہیں۔

5. آپ کے پروگرام کے لیے اس کا کیا مطلب ہے

ہمیں اپنے انجن کی قسم، پروپیلر کنفیگریشن اور مشن پاور پروفائل بتائیں ، اور ہم ایک ایئرفریم-پروپلشن انضمام ٹیسٹ کا دائرہ کار طے کریں گے جو اِن لیٹ، ایگزاسٹ، کولنگ اور سلپ اسٹریم کے اثرات کو ایک ساتھ ریکارڈ کرے گا — نہ کہ الگ الگ بینچ ٹیسٹ کے طور پر جنہیں کلین-ایئرفریم پولر پر جوڑ دیا گیا ہو۔ متعلقہ مطالعہ:

long-range fixed-wing UAS testing

پر ہمارا ہب آرٹیکل۔

ذرائع اور نوٹس

MQ-1 Predator پروپلشن (Rotax 914F ٹربو چارجڈ فور سلنڈر پسٹن انجن جس کی طاقت تقریباً 115 hp ہے، پانی سے ٹھنڈے ہونے والے ہیڈز کے ساتھ ہوا سے ٹھنڈے ہونے والے سلنڈر، ٹوئن بلیڈ کانسٹنٹ اسپیڈ پُشر پروپیلر، 24 گھنٹے سے زیادہ کے مشنز کے لیے تقریباً 25,000 فٹ پر کروز اسپیڈ تقریباً 84–135 میل فی گھنٹہ): مینوفیکچرر کی شائع کردہ انجن کی تصریحات (Rotax, "914 UL | F" product page) اور جنرل ایٹامکس MQ-1 Predator پروگرام کی تاریخ سے مطابقت رکھتا ہے۔
MQ-9A Reaper پروپلشن (Honeywell TPE331-10 ٹربوپراپ بمعہ ڈیجیٹل الیکٹرانک انجن کنٹرول، زیادہ سے زیادہ بلندی 50,000 فٹ، کروز اسپیڈ 240 KTAS، پرواز کی صلاحیت 27 گھنٹے سے زیادہ): General Atomics Aeronautical Systems, "MQ-9A Reaper (Predator B)"۔
پریڈیٹر اور ریپر دونوں ایئرفریمز پر عقب میں نصب، پُشر-پروپیلر کنفیگریشن جنرل ایٹامکس پریڈیٹر/ریپر فیملی ڈیزائن کی ایک دستاویزی خصوصیت ہے۔
پروپیلر-اِن لیٹ انضمام کے اثرات (پروپیلر کے فعال ہونے پر مجموعی دباؤ کی تقسیم اور سوِرل ڈسٹورشن میں قابل پیمائش تبدیلیاں) اور لفٹ ٹو ڈریگ ریشو اور پچنگ مومنٹ پر اِن ٹیک/ایگزاسٹ انضمام کے اثرات شائع شدہ پروپیلر-اِن لیٹ اور ایئرفریم-پروپلشن انضمام ونڈ ٹنل اور سیمولیشن لٹریچر میں دستاویزی دریافتیں ہیں۔
ٹیسٹ-میتھڈولوجی کی رہنمائی (مشترکہ پروپیلر-ایئرفریم ٹیسٹنگ، اِن لیٹ ڈسٹورشن کی پیمائش، کولنگ ڈریگ کا حساب، ملٹی-پاور-سیٹنگ سلپ اسٹریم ٹیسٹنگ) TunnelTech کی انجینئرنگ پریکٹس ہے۔

طویل فاصلے کے UAS کے لیے ٹربوپراپ اور پسٹن پروپلشن کا انضمام