O componentă UAV care funcționează perfect la nivelul mării nu a dovedit neapărat că va funcționa la altitudinea misiunii.
Diferența evidentă este presiunea. Nu este întotdeauna cea mai importantă.
Un controler de zbor alimentat produce în continuare căldură pe măsură ce aerul din jur devine mai puțin dens. O baterie trebuie totuși să livreze energie la temperatura specificată. O cameră sau un senzor trebuie totuși să îndeplinească cerința de performanță—nu doar să rămână pornit.
Aici testarea altitudinii UAV devine mai interesantă decât să pui un DUT într-o cameră și să tragi un vid.
Pentru multe componente UAV, întrebarea de calificare este mai apropiată de aceasta:
Poate DUT să funcționeze la presiunea și temperatura necesare, pentru durata cerută, în timp ce funcțiile care contează pentru misiune sunt monitorizate?
Acea întrebare schimbă modul în care testul ar trebui definit — și modul în care camera de testare la altitudine ar trebui selectată.
Ce schimbă de fapt altitudinea pentru un component UAV?
Altitudine este o prescurtare convenabilă pentru un mediu de operare. Un laborator, însă, are nevoie de condiții măsurabile.
Prima este presiunea atmosferică.
Sub o atmosferă standard, presiunea scade pe măsură ce altitudinea crește. Modelul atmosferic al NASA, de exemplu, descrie scăderea presiunii odată cu altitudinea și oferă ecuații pentru estimarea presiunii, temperaturii și densității la diferite înălțimi.
Câteva valori utile de referință sunt:
| Aprox. Altitudine | aprox. Presiunea atmosferică | standard
|---|---|
| Nivelul mării | 101.3 kPa |
| 2.000 m | 79.5 kPa |
| 5.000 m | 54.0 kPa |
| 8.000 m | 35.6 kPa |
| 10.000 m | 26.5 kPa |
| 15.000 m | 12.0 kPa |
| 20.000 m | 5.5 kPa |
Acestea sunt valori
Această distincție este importantă.
"altitudine de operare de 5.000 m" este o informație utilă de inginerie.
Dar înainte ca testul să înceapă, trebuie să devină ceva mai precis:
Presiune necesară + temperatură + durată + stare de funcționare DUT + criterii de acceptare
Temperatura este o intrare separată
Presiunea are o relație previzibilă cu altitudinea sub o atmosferă de referință. Temperatura unui component real de UAV este mai complicată.
O cameră montată extern, o baterie închisă în fuselaj și un controlor de zbor motorizat pot experimenta condiții termice diferite pe aceeași aeronavă.
Expunerea solară, fluxul de aer, proiectarea carcasei, electronica din apropiere, sarcina electrică și durata misiunii pot influența temperatura componentelor.
Așadar, inginerul de testare ar trebui să reziste unei scurtături tentante:
altitudine de misiune → temperatura atmosferică standard → temperatura testului DUT
Cerința de temperatură ar trebui să provină din baza efectivă de calificare.
Atunci există căldură
Acest lucru este deosebit de important pentru electronica alimentată.
Pe măsură ce altitudinea crește, densitatea aerului scade. Modelele standard de atmosferă ale NASA descriu această schimbare de densitate alături de presiune și temperatură.
Acum gândește-te la un controler de zbor alimentat care disipează zeci de wați în interiorul unei carcase.
Camera poate fi setată la -20°C, dar asta nu înseamnă că fiecare componentă electronică din interiorul DUT este la -20°C. DUT-ul produce căldură, iar balanța sa termică se poate schimba în condiții de presiune redusă.
Aceasta ne oferă o regulă utilă pentru selecția camerei:
Camera de setare ≠ temperatura componentei.
Dacă componenta UAV funcționează în timpul testului de altitudine, sarcina sa termică aparține definiției testului și RFQ-ului echipamentului.
Care componente UAV sunt cele mai sensibile la altitudine?
Nu există un singur "test de altitudine UAV" care să aibă același sens pentru fiecare componentă a aeronavei.
Mecanismul de defectare contează.
Pachete de baterii
Pentru o baterie, temperatura este de obicei imposibil de separat de discuția despre altitudine.
Pachetul trebuie totuși să asigure performanța electrică necesară în timp ce este expus la mediul de operare specificat. În funcție de programul de calificare, presiunea redusă poate face parte și ea din acel mediu.
Asta poate face întrebarea relevantă:
Bateria doar supraviețuiește expunerii la altitudine sau trebuie să ofere performanța specificată cât timp este acolo?
Acestea sunt teste diferite.
Există o altă distincție care merită făcută. UN 38.3 Simularea altitudinii T.1 este o cerință de siguranță pentru transportul bateriei litiu. Calificarea altitudinii operaționale UAV pune o altă întrebare inginerească: dacă bateria îndeplinește cerințele specificate ale aeronavei în mediul său destinat.
Aceeași baterie poate întâmpina ambele cerințe, dar una nu ar trebui să înlocuiască automat cealaltă.
Controlori de zbor și avionică
Pentru avionică, testarea motorizată poate dezvălui mai mult decât o inspecție post-testare.
Un controlor de zbor poate avea nevoie să mențină comunicația, un comportament stabil de alimentare și o funcționare fără defecțiuni pe toată durata altitudinii.
Dacă singura verificare de acceptare este "pornește după recuperare?", o întrerupere care a avut loc doar la presiune scăzută poate să nu fie niciodată capturată.
Comportamentul termic merită, de asemenea, atenție deoarece avionica continuă să genereze căldură în timpul funcționării.
Senzori și module de comunicații
Pentru senzori, activat și performant corect nu sunt sinonime.
În funcție de DUT, inginerii pot fi nevoiți să monitorizeze:
acuratețea măsurării, stabilitatea semnalului, ieșirea datelor, starea comunicațiilor sau derivarea măsurătorilor.
Un senzor care supraviețuiește testului, dar se deplasează în afara benzii specificate de precizie, poate totuși să fi eșuat cerința misiunii.
Camere și Gimbale
Sarcinile utile optice introduc un alt set de preocupări.
Temperatura poate afecta focalizarea, alinierea și comportamentul mecanic. Sarcina utilă poate trebui să mențină calitatea imaginii sau funcționarea cardanului cât timp este prezentă condiția de altitudine.
Tranzițiile de mediu pot conta, de asemenea, acolo unde condensul sau ceața reprezintă o problemă.
Firul comun este simplu:
Definește ce înseamnă "trece" înainte să definești ciclul camerei.
De ce testarea doar sub presiune poate să rateze cerința reală
Să presupunem că un modul avionic trebuie să funcționeze la
Un laborator ar putea efectua două teste separate.
Test A — Temperatură Scăzută
-40°C
presiune atmosferică aproximativ normală
Și apoi:
Test B — Presiune joasă
35 kPa
23°C
Ambele teste oferă informații utile.
Niciunul nu demonstrează automat că DUT-ul va funcționa la:
Test C — Temperatură + Altitudine
-40°C
35 kPa
powered
Asta nu înseamnă că condiția combinată va produce întotdeauna un rezultat diferit.
Înseamnă că interacțiunea nu a fost demonstrată.
Temperatura poate influența materialele, electronicele, bateriile și garniturile. Presiunea redusă modifică mediul aerului înconjurător și poate influența comportamentul termic și diferențele de presiune.
Când cerința de calificare specifică aceste condiții simultan, reproducerea lor separat răspunde la o altă întrebare.
Acesta este momentul în care o cameră simplă de presiune joasă și o cameră de temperatură-altitudine încetează să mai fie unelte de testare echivalente.
MIL-STD-810H Metoda 500.6 sau IEC 60068-2-13?
Aceste referințe sunt adesea menționate în discuțiile despre teste de altitudine, dar nu trebuie tratate ca etichete interschimbabile pentru "pune-l sub vid".
IEC 60068-2-13:2021 este actuala a cincea ediție a Testare de mediu — Partea 2-13: Teste — Testarea M: Presiune scăzută a aerului. IEC afirmă că testul se aplică probelor care pot fi supuse unei presiuni scăzute a aerului în timpul transportului, depozitării sau serviciului. Revizuirea din 2021 a aliniat, de asemenea, severitățile cu materialul relevant IEC 60721 și a adăugat îndrumări privind selectarea duratei expunerii.
MIL-STD-810H Metoda 500.6 adoptă o abordare de mediu pe tot parcursul vieții pentru expunerea la presiune joasă/altitudine și conține proceduri care abordează diferite situații de presiune joasă.
Pentru lucrările cu UAV, o distincție utilă la nivel înalt este:
| MIL-STD-810H Metoda 500.6 | IEC 60068-2-13:2021 | |
|---|---|---|
| Mediu | Presiune joasă / altitudine | Presiune scăzută a aerului |
| Abordare generală | Adaptarea mediului pe ciclul de viață | Metodă de testare a mediului definită |
| Context comun | Aerospațial, apărare, echipamente robuste | Componente și echipamente |
| Selecția testului | Procedura aplicabilă și cerința ciclului de viață | Specificații relevante și severitate |
| UAV utilizare | Calificare orientată spre misiune acolo unde este specificat | Testare la presiune joasă a componentelor/echipamentelor acolo unde este specificat |
Tabelul nu este destinat să aleagă un standard în detrimentul celuilalt.
Un program UAV de apărare, specificații ale componentelor comerciale și un plan de calificare specific clientului pot face referire la cerințe diferite.
Ceea ce contează pentru selecția camerei este ce vor deveni în cele din urmă acele cerințe:
presiune, temperatură, durată, tranziție, stare DUT și monitorizare.
Asta duce la un alt principiu util:
Nu selectați standardul din camera camerei. Selectează camera din cerința de testare.
Transformarea altitudinii misiunii într-un profil de testare de laborator
O expresie precum "operează până la 8.000 m" nu este încă un program de tip chamber.
Trebuie tradus.
Începe cu cerința de presiune
Altitudinea misiunii oferă punctul de plecare.
O referință standard de atmosferă poate ajuta la traducerea altitudinii în presiune atmosferică aproximativă, dar valoarea finală a camerei ar trebui să urmeze specificațiile sau bazele de calificare aplicabile.
Aici devine utilă IMAGINEA 4.
Adaugă temperatura
Apoi întrebați dacă DUT trebuie:
supraviețuiesc temperaturii,
operează la temperatura,
sau să îndeplinească o cerință de performanță definită la această temperatură.
Acestea nu sunt neapărat criterii de acceptare echivalente.
Definește cum este atins mediul
Testul cere ca DUT-ul să ajungă mai întâi la temperatură și apoi să reducă presiunea?
Ar trebui presiunea și temperatura să se schimbe împreună?
Este necesară o rată specifică de schimbare a presiunii?
Cum se determină stabilizarea?
Procedura aplicabilă ar trebui să răspundă la aceste întrebări. Camera ar trebui configurată pentru a le reproduce.
Definește expunerea
Atingerea a 35 kPa nu înseamnă că testul s-a încheiat.
Cerința necesită, de asemenea, o durată de expunere și o definiție clară a momentului în care începe acea durată. IEC menționează că revizuirea sa din 2021 a adăugat ghiduri privind selectarea duratei expunerii.
Decide dacă DUT-ul funcționează
Această decizie afectează atât obiectivul de testare, cât și configurația camerei.
Un DUT alimentat poate necesita:
cablaje de alimentare, conexiuni de semnal, comunicații de date, termocuple și conexiuni suplimentare.
De asemenea, introduce căldură în spațiul de lucru.
decide ce se consideră trecere
Pentru un controlor de zbor, acest lucru poate include comunicarea și starea defecțiunii.
Pentru o cameră, performanța imaginii sau a gimbalului poate conta.
Pentru un senzor, acuratețea poate conta.
Pentru o baterie, performanța electrică poate conta.
Un profil de cameră bine definit, fără un criteriu semnificativ de acceptare, rămâne un test de calificare incomplet.
Ce merge de obicei prost la testarea altitudinii UAV-urilor?
Majoritatea problemelor de testare la altitudine nu sunt cauzate de incapacitatea unei camere de a crea presiune scăzută. Ele încep mai devreme, când cerința este tradusă într-un test.
01 — altitudine fără o bază de presiune definită
"10.000 m" descrie un mediu. Laboratorul trebuie totuși să știe ce definiție sau specificație de presiune guvernează testul.
02 — doar presiune, atunci când cerința este combinată
Un test de presiune joasă la temperatura camerei nu reproduce o condiție specificată de funcționare la temperatură joasă/presiune joasă.
03 — Limită de cameră = Nivel de testare
Aceasta este o greșeală surprinzător de ușor de făcut.
Dacă o cameră poate atinge
Face
04 — Încărcătura termică DUT este ignorată
Un modul avionic alimentat adaugă căldură camerei și dezvoltă propria distribuție internă a temperaturii.
Asta contează atunci când evaluezi atât performanța camerei, cât și comportamentul DUT.
05 — Fără monitorizare live
O componentă se poate recupera după ce revine la presiunea normală.
Dacă cerința este operarea la altitudine, o verificare post-test la pornire poate rata evenimentul pe care încercai să-l detectezi.
06 — tranziția și recuperarea sunt tratate ca o configurare
Reducerea presiunii, tranziția temperaturii, stabilizarea și recuperarea pot face parte din procedura definită.
Nu ar trebui improvizate doar pentru că setpoint-ul final este corect.
Selectarea unei camere de temperatură + altitudine
Odată ce testul a fost definit, selecția echipamentului devine mult mai puțin misterioasă.
Și primul număr de analizat nu ar trebui neapărat să fie presiunea minimă.
Intervalul de presiune—și controlul presiunii
O specificație precum presiune minimă: 1 kPa îți indică cea mai mică presiune pe care sistemul este proiectat să o atingă în condiții definite.
testarea UAV poate necesita în schimb o funcționare controlată la o stare intermediară precum 54 kPa, 35 kPa sau 26,5 kPa.
Asta face ca capacitatea de a reproduce profilul de presiune necesar să fie importantă—nu doar limita finală de presiune joasă.
Temperatura și Presiunea Împreună
Dacă testul solicită simultan temperatură scăzută și presiune redusă, verificați capacitatea relevantă a sistemului de condiții combinate, în loc să citiți intervalul de temperatură și intervalul de presiune ca două specificații complet independente.
Acest lucru este deosebit de important la compararea camerelor.
O temperatură maximă, temperatura minimă și presiunea minimă tipărite pe trei linii separate nu descriu singure toate condițiile posibile combinate de funcționare.
Dimensiunea DUT nu este aceeași cu volumul camerei
Componenta UAV, hardware-ul de montare, cablurile și conexiunile de monitorizare trebuie toate să încapă în spațiul de lucru utilizabil.
Camera are, de asemenea, nevoie de suficientă libertate pentru configurația de testare intenționată.
Deci oferă actual:
L × W × H
în loc să spună simplu:
"Este un controler de zbor de dimensiuni medii."
DUT-urile alimentate necesită analiză termică
Informați producătorul echipamentului dacă proba va funcționa în timpul testului și câtă căldură generează.
Pentru componentele electronice UAV, acest lucru poate fi la fel de important ca masa DUT.
Feedthrough-urile fac parte din sistemul de testare
Alimentare, Ethernet, CAN, linii senzori, termocupluri sau alte semnale pot fi necesare să traverseze peretele camerei.
Prin urmare, aranjamentul de alimentare ar trebui definit cu planul de monitorizare — nu după ce camera a fost construită.
De la cerința de testare la configurația GDJZ-535L-B
Considerați un test de componente UAV care necesită:
controlled temperatura
Această cerință indică o cameră ambientală pentru temperatură/presiune joasă, mai degrabă decât o cameră de vid de bază.
O configurație ITM-LAB pentru acest tip de lucru este GDJZ-535L-B Cameră de testare a temperaturii / climei / presiune scăzută a aerului.
Capabilități nominale cheie includ:
Workspace: 535 L
Spațiul de lucru de 535 L poate găzdui multe configurații de testare UAV la nivel de componentă, unde DUT-ul, aranjamentul de montare necesar și conexiunile se încadrează în spațiul utilizabil de testare.
Intervalul de temperatură și capacitatea de presiune joasă oferă spațiu pentru o varietate de profiluri de altitudine, sub rezerva performanței reale în condiții combinate necesare proiectului.
Și cel mai important număr nu este neapărat 1 kPa.
1 kPa este capacitatea camerei—nu severitatea testului UAV.
Un test al controlorului de zbor la 35 kPa ar trebui configurat în jurul a 35 kPa, deoarece aceasta este cerința—nu făcută "mai riguroasă" rulând la 1 kPa.
De asemenea, o capacitate de cameră de -40°C nu înseamnă că fiecare componentă UAV ar trebui să fie expusă la -40°C.
Configurația corectă provine din cerința de misiune și calificare.
Pentru o evaluare practică a echipamentului, cea mai utilă informație pentru ITM-LAB este:
Dimensiunile și masa DUT, altitudinea de misiune sau presiunea necesară, profilul de temperatură, starea de alimentare, încărcătura termică, durata expunerii, cerințele de tranziție presiune/temperatură, treceri și nevoi de monitorizare.
Asta este suficient pentru a muta discuția de la:
"Vindeți o cameră de altitudine?"
to:
"Poate acest sistem să reproducă testul meu?"
Trei întrebări la care trebuie adesea să răspundem
Este o cameră de vid aceeași cu o cameră de testare a altitudinii UAV?
Nu neapărat.
Dacă cerința este doar o expunere la presiune joasă definită, un sistem de presiune joasă adecvat poate fi suficient.
Dacă componenta UAV trebuie să experimenteze simultan temperatură controlată și presiune redusă—sau să funcționeze în timp ce alimentarea, semnalele și temperatura sunt monitorizate—sistemul de testare trebuie să suporte și aceste cerințe.
Comparația corectă nu este, așadar, pur și simplu camera vidului vs camera de altitudine. Este
Cum convertesc altitudinea UAV-ului în presiune din cameră?
Un model standard de atmosferă oferă relația dintre altitudine și presiunea atmosferică. NASA publică ecuații atmosferice și date de referință în acest scop.
Dar presiunea standard de atmosferă calculată nu ar trebui să anuleze automat specificația de testare aplicabilă.
Folosiți altitudinea misiunii ca punct de pornire ingineresc, apoi confirmați presiunea necesară în cameră din baza de calificare.
Ar trebui componenta UAV să funcționeze în timpul testării la altitudine?
Dacă obiectivul este de a demonstra funcționare la altitudine, pot fi necesare teste cu putere și monitorizare funcțională.
Dacă cerința este depozitare, transport sau expunere de supraviețuire, starea probei poate fi diferită.
Definește obiectivul mai întâi. Apoi urmează procedura aplicabilă.
Altitudinea este mai mare decât nivelul de vid
Întrebarea utilă în testarea altitudinii UAV nu este:
Este:
Ce mediu are nevoie această componentă pentru a se reproduce?
Pentru multe componente UAV, acest răspuns conține mai mult decât presiune:
ALTITUDINE MISIUNII
↓
↓
TEMPERATURĂ
↓
STAT DE OPERARE
↓
HEAT LOAD
↓
↓
↓
CONFIGURAREA CAMEREI
Acea secvență evită două greșeli opuse.
Unul este subtestat: reproducerea presiunii joase omitând o temperatură sau o condiție de funcționare pe care cerința de calificare o cere de fapt.
Cealaltă este supra-testarea: folosirea celei mai extreme capabilități a camerei doar pentru că este disponibilă.
Niciunul nu face un test mai reprezentativ.
Pentru bateriile UAV, controlorii de zbor, avionica, senzorii și camerele, scopul este de a reproduce mediul specificat și de a determina dacă componenta face încă ceea ce cere misiunea.
Definește mai întâi profilul de altitudine. Selectează camera a doua.
