Một thành phần UAV hoạt động hoàn hảo ở mực nước biển chưa nhất thiết chứng minh được khả năng hoạt động ở độ cao nhiệm vụ.
Sự khác biệt rõ ràng là áp suất. Nó không phải lúc nào cũng là điều quan trọng nhất.
bộ điều khiển bay có động cơ vẫn tạo nhiệt khi không khí xung quanh trở nên nhẹ nhàng. Pin vẫn phải cung cấp điện ở nhiệt độ quy định. Một camera hoặc cảm biến vẫn phải đáp ứng yêu cầu hiệu suất của nó—không chỉ đơn thuần là luôn bật.
Đây là lúc việc thử nghiệm độ cao UAV trở nên thú vị hơn so với việc đặt DUT vào buồng và kéo chân không.
Đối với nhiều thành phần UAV, câu hỏi về trình độ gần với điều này:
DUT có thể hoạt động ở áp suất và nhiệt độ yêu cầu, trong thời gian yêu cầu, trong khi các chức năng quan trọng của nhiệm vụ đang được giám sát không?
Câu hỏi đó thay đổi cách định nghĩa bài kiểm tra—và cách chọn phòng kiểm tra độ cao.
Độ cao thực sự thay đổi gì đối với một thành phần UAV?
Altitude là cách viết tắt tiện lợi cho môi trường vận hành. Tuy nhiên, một phòng thí nghiệm cần có điều kiện đo lường được.
Đầu tiên là áp suất khí quyển.
Dưới khí quyển tiêu chuẩn, áp suất giảm khi độ cao tăng. Ví dụ, mô hình khí quyển của NASA mô tả áp suất giảm theo độ cao và cung cấp các phương trình để ước lượng áp suất, nhiệt độ và mật độ ở các độ cao khác nhau.
Một số giá trị tham chiếu hữu ích là:
| Độ cao xấp xỉ | Áp suất khí quyển chuẩn xấp xỉ |
|---|---|
| mực nước biển | 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 |
Đây là các giá trị môi trường tham chiếu
Sự khác biệt này rất quan trọng.
"5.000 m độ cao hoạt động" là thông tin kỹ thuật hữu ích.
Nhưng trước khi bắt đầu, nó cần trở nên cụ thể hơn:
Áp suất yêu cầu + nhiệt độ + thời gian + trạng thái hoạt động DUT + tiêu chí chấp nhận
Temperature là đầu vào riêng biệt
Áp suất có mối quan hệ dự đoán được với độ cao dưới bầu khí quyển tham chiếu. Nhiệt độ của một bộ phận UAV thực tế phức tạp hơn.
Camera gắn ngoài, pin trong thân máy bay và bộ điều khiển bay có động cơ đều có thể trải nghiệm các điều kiện nhiệt khác nhau trên cùng một máy bay.
phơi nhiễm ánh nắng, luồng khí, thiết kế vỏ, thiết bị điện tử gần đó, tải điện và thời gian nhiệm vụ đều có thể ảnh hưởng đến nhiệt độ linh kiện.
Vậy kỹ sư kiểm thử nên tránh một lối tắt hấp dẫn:
độ cao nhiệm vụ → nhiệt độ khí quyển tiêu chuẩn → nhiệt độ thử nghiệm DUT
Yêu cầu về nhiệt độ nên dựa trên cơ sở chứng nhận thực tế.
Rồi có nhiệt
Điều này đặc biệt quan trọng đối với các thiết bị điện tử có động cơ.
Khi độ cao tăng, mật độ không khí giảm. Các mô hình khí quyển tiêu chuẩn của NASA mô tả sự thay đổi mật độ này cùng với áp suất và nhiệt độ.
Bây giờ hãy xem xét một bộ điều khiển bay có nguồn điện tiêu tán hàng chục watt bên trong một vỏ.
Buồng có thể được đặt ở -20°C, nhưng điều đó không có nghĩa là mọi linh kiện điện tử bên trong DUT đều ở -20°C. DUT đang tạo ra nhiệt, và cân bằng nhiệt của nó có thể thay đổi dưới điều kiện áp suất giảm.
Điều đó cung cấp cho chúng ta một quy tắc hữu ích cho việc lựa chọn phòng:
Chamber setpoint ≠ nhiệt độ thành phần.
Nếu bộ phận UAV hoạt động trong quá trình thử nghiệm độ cao, tải nhiệt của nó thuộc về định nghĩa thử nghiệm và trong RFQ thiết bị.
Các thành phần UAV nào nhạy cảm nhất với độ cao?
Không có một "bài kiểm tra độ cao UAV" duy nhất phù hợp với mọi bộ phận trên máy bay.
Cơ chế hỏng hóc rất quan trọng.
Battery Packs
Đối với pin, nhiệt độ thường không thể tách rời khỏi vấn đề độ cao.
Bộ pin vẫn phải cung cấp hiệu suất điện cần thiết khi tiếp xúc với môi trường vận hành đã chỉ định. Tùy vào chương trình đào tạo, áp lực giảm cũng có thể là một phần của môi trường đó.
Điều đó có thể làm cho câu hỏi liên quan:
Pin chỉ chịu được khi tiếp xúc ở độ cao, hay phải đáp ứng hiệu suất theo yêu cầu khi ở đó?
Đó là các bài kiểm tra khác nhau.
Có một sự phân biệt khác đáng chú ý. Mô phỏng độ cao giao thông UN 38.3 T.1 là yêu cầu an toàn giao thông bằng pin lithium. Chứng nhận độ cao hoạt động của UAV đặt ra một câu hỏi kỹ thuật khác: liệu pin có đáp ứng yêu cầu quy định của máy bay trong môi trường dự kiến hay không.
Cùng một pin có thể đáp ứng cả hai yêu cầu, nhưng không nên tự động thay thế pin kia.
Flight Controllers and Avionics
Đối với điện tử hàng không, kiểm tra có động cơ có thể tiết lộ nhiều hơn là kiểm tra sau kiểm tra.
Bộ điều khiển bay có thể cần duy trì liên lạc, hành vi nguồn ổn định và hoạt động không lỗi trong suốt điều kiện độ cao.
Nếu kiểm tra chấp nhận duy nhất là "nó có bật sau khi thu hồi không?", thì một sự gián đoạn chỉ xảy ra ở áp suất thấp có thể không bao giờ được ghi nhận.
Hành vi nhiệt cũng cần được chú ý vì thiết bị điện tử hàng không vẫn tiếp tục tạo nhiệt trong quá trình vận hành.
Cảm biến và Mô-đun Giao tiếp
Đối với cảm biến, powered on và performing correct không phải là từ đồng nghĩa.
Tùy thuộc vào DUT, các kỹ sư có thể cần giám sát:
đo lường, độ ổn định tín hiệu, đầu ra dữ liệu, trạng thái truyền thông hoặc độ lệch đo.
Một cảm biến sống sót qua thử nghiệm nhưng di chuyển ngoài dải độ chính xác quy định có thể vẫn chưa đạt yêu cầu nhiệm vụ.
Cameras and Gimbals
Tải trọng quang học lại mang đến một loạt mối lo ngại khác.
Nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến tiêu điểm, căn chỉnh và hành vi cơ học. Tải trọng có thể cần duy trì chất lượng hình ảnh hoặc hoạt động gimbal trong khi điều kiện độ cao còn tồn tại.
Chuyển đổi môi trường cũng có thể quan trọng khi lo ngại ngưng tụ hơi nước hoặc sương mù.
Sợi dây chung rất đơn giản:
Định nghĩa "pass" nghĩa là gì trước khi định nghĩa chu kỳ buồng.
Tại sao kiểm tra chỉ bằng áp suất có thể bỏ qua yêu cầu thực sự
Giả sử một mô-đun điện tử hàng không phải hoạt động ở
Một phòng thí nghiệm có thể thực hiện hai xét nghiệm riêng biệt.
Test A — Nhiệt độ thấp
-40°C
áp suất khí quyển xấp xỉ bình thường
Và sau đó:
Test B — Áp suất thấp
35 kPa
23°C
Cả hai bài kiểm tra đều cung cấp thông tin hữu ích.
Cả hai đều không tự động chứng minh rằng DUT sẽ hoạt động tại:
Test C — Nhiệt độ + Độ cao
-40°C
35 kPa
powered
Điều đó không có nghĩa là điều kiện kết hợp sẽ luôn cho kết quả khác nhau.
Nó có nghĩa là tương tác chưa được chứng minh.
Nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến vật liệu, thiết bị điện tử, pin và phới. Áp suất giảm làm thay đổi môi trường không khí xung quanh và có thể ảnh hưởng đến hành vi nhiệt cũng như sự chênh lệch áp suất.
Khi yêu cầu đủ điều kiện quy định các điều kiện đó đồng thời, việc tái hiện chúng riêng biệt sẽ trả lời một câu hỏi khác.
Áp lực tương tự. Môi trường nhiệt khác biệt. Câu hỏi về trình độ khác.
Đây là điểm mà buồng áp suất thấp đơn giản và buồng nhiệt độ-độ cao không còn là công cụ thử nghiệm tương đương.
MIL-STD-810H Phương pháp 500.6 hay IEC 60068-2-13?
Những tham chiếu này thường được nhắc đến trong các cuộc thảo luận về kiểm tra độ cao, nhưng không nên xem chúng như những nhãn thay thế cho "đặt dưới chân không."
IEC 60068-2-13:2021 là ấn bản thứ năm hiện tại của Kiểm tra môi trường — Phần 2-13: Kiểm tra — Kiểm tra M: Áp suất không khí thấp. IEC cho biết kiểm tra áp dụng cho các mẫu vật có thể chịu áp suất không khí thấp trong quá trình vận chuyển, lưu trữ hoặc bảo trì. Bản sửa đổi năm 2021 cũng điều chỉnh mức độ nghiêm trọng phù hợp với tài liệu IEC 60721 liên quan và bổ sung hướng dẫn về việc lựa chọn thời gian phơi nhiễm.
Phương pháp 500.6 theoMIL-STD-810H Phương pháp 500.6 áp dụng cách tiếp cận môi trường theo vòng đời đối với phơi nhiễm áp suất thấp/độ cao và bao gồm các quy trình giải quyết các tình huống áp suất thấp khác nhau.
Đối với công việc UAV, một sự phân biệt cấp cao hữu ích là:
Bảng này không nhằm chọn một tiêu chuẩn nào hơn chuẩn kia.
A chương trình UAV quốc phòng, đặc tả bộ phận thương mại và kế hoạch đánh giá theo khách hàng có thể tham chiếu các yêu cầu khác nhau.
Điều quan trọng đối với việc lựa chọn buồng là các yêu cầu cuối cùng sẽ trở thành gì:
pressure, nhiệt độ, thời gian, chuyển tiếp, trạng thái DUT và giám sát.
Điều này dẫn đến một nguyên tắc hữu ích khác:
Không chọn tiêu chuẩn từ buồng kiểm tra. Chọn buồng từ yêu cầu kiểm tra.
Biến độ cao nhiệm vụ thành hồ sơ thử nghiệm phòng thí nghiệm
Một cụm từ như "hoạt động ở độ cao đến 8.000 m" chưa phải là chương trình buồm.
Phải dịch.
Bắt đầu với yêu cầu áp suất
Độ cao nhiệm vụ cung cấp điểm xuất phát.
Tham chiếu khí quyển tiêu chuẩn có thể giúp chuyển đổi độ cao thành áp suất khí quyển xấp xỉ, nhưng giá trị buồng cuối cùng nên tuân theo đặc tả hoặc cơ sở đánh giá áp dụng.
Đây là lúc HÌNH 4 trở nên hữu ích.
Thêm nhiệt độ
Tiếp theo hỏi liệu DUT có phải:
survive được nhiệt độ,
hoạt động ở nhiệt độ,
hoặc đáp ứng yêu cầu hiệu suất xác định ở nhiệt độ đó.
Đây không nhất thiết là tiêu chí chấp nhận tương đương.
định nghĩa cách truy cập môi trường
Bài kiểm tra có yêu cầu DUT đạt nhiệt độ trước rồi giảm áp suất không?
Áp suất và nhiệt độ có nên thay đổi cùng nhau không?
Có cần một tốc độ thay đổi áp suất cụ thể không?
Làm thế nào để xác định ổn định?
Quy trình áp dụng sẽ trả lời các câu hỏi này. Buồng nên được cấu hình để tái tạo chúng.
Định nghĩa mức độ tiếp xúc
Đạt 35 kPa không có nghĩa là kết thúc bài kiểm tra.
Yêu cầu cũng cần có thời gian phơi sáng và định nghĩa rõ ràng về thời điểm bắt đầu của thời gian đó. IEC lưu ý rằng bản sửa đổi năm 2021 đã bổ sung hướng dẫn về việc chọn thời gian phơi nhiễm.
Quyết định xem DUT có hoạt động hay không
Quyết định này ảnh hưởng đến cả mục tiêu thử nghiệm và cấu hình buồng kiểm tra.
A DUT có thể cần:
dây nguồn, kết nối tín hiệu, truyền thông dữ liệu, cặp nhiệt điện và các nguồn cấp bổ sung.
Nó cũng đưa nhiệt vào không gian làm việc.
Quyết định điều gì được tính là vượt qua
Đối với bộ điều khiển bay, điều này có thể bao gồm trạng thái liên lạc và sự cố.
Đối với máy ảnh, hiệu suất hình ảnh hoặc gimbal có thể quan trọng.
Đối với cảm biến, độ chính xác có thể quan trọng.
Đối với pin, hiệu suất điện có thể quan trọng.
Một hồ sơ buồng được xác định rõ ràng mà không có tiêu chí chấp nhận có ý nghĩa vẫn là một bài kiểm tra đủ điều kiện chưa hoàn chỉnh.
Điều gì thường xảy ra sai trong kiểm tra độ cao UAV?
Hầu hết các vấn đề kiểm tra độ cao không phải do buồng không thể tạo áp suất thấp. Chúng bắt đầu sớm hơn, khi yêu cầu được chuyển thành một bài kiểm tra.
01 — Độ cao không có cơ sở áp suất xác định
"10,000 m" mô tả một môi trường. Phòng thí nghiệm vẫn cần biết định nghĩa hoặc đặc tả áp suất nào điều chỉnh bài kiểm tra.
02 — chỉ áp lực, khi các yêu cầu được kết hợp
Một thử nghiệm áp suất thấp ở nhiệt độ phòng không tái hiện được điều kiện hoạt động nhiệt độ thấp/áp suất thấp đã chỉ định.
03 — Giới hạn buồng = Mức kiểm tra
Đây là một sai lầm dễ mắc phải một cách bất ngờ.
Nếu một buồng có thể đạt
Nó làm
04 — tải nhiệt DUT bị bỏ qua
Một mô-đun điện tử truyền động cung cấp nhiệt cho buồng và phát triển phân bố nhiệt độ bên trong riêng.
Điều này quan trọng khi đánh giá cả hiệu suất buồng và hành vi DUT.
05 — Không có giám sát trực tiếp
Một linh kiện có thể phục hồi sau khi trở lại áp suất bình thường.
Nếu yêu cầu là hoạt động ở độ cao, chỉ kiểm tra nguồn sau thử nghiệm có thể bỏ lỡ sự kiện bạn đang cố phát hiện.
06 — Chuyển tiếp và phục hồi được coi là thiết lập
Giảm áp suất, chuyển nhiệt độ, ổn định và phục hồi có thể là một phần của quy trình đã định nghĩa.
Chúng không nên được ứng biến chỉ vì điểm đặt cuối cùng là đúng.
Khi bài kiểm tra đã được xác định, việc lựa chọn thiết bị trở nên bớt bí ẩn hơn nhiều. Và con số đầu tiên cần xem không nhất thiết phải là áp suất tối thiểu. Một đặc tả như áp suất tối thiểu: 1 kPa cho biết áp suất thấp nhất mà hệ thống được thiết kế để đạt được trong các điều kiện xác định. UAV có thể yêu cầu vận hành kiểm soát ở điều kiện trung gian như 54 kPa, 35 kPa hoặc 26,5 kPa. Điều đó làm cho khả năng tái tạo hồ sơ áp suất yêu cầu trở nên quan trọng—không chỉ là giới hạn áp suất thấp tối thượng. Áp suất tối thiểu là một thông số kỹ thuật. Hồ sơ thử nghiệm là yêu cầu bắt buộc. Nếu bài kiểm tra yêu cầu nhiệt độ thấp và áp suất giảm đồng thời, hãy kiểm tra khả năng kết hợp liên quan của hệ thống thay vì đọc phạm vi nhiệt độ và phạm vi áp suất như hai thông số hoàn toàn độc lập. Điều này đặc biệt quan trọng khi so sánh các buồng. A nhiệt độ tối đa, nhiệt độ tối thiểu và áp suất tối thiểu in trên ba dòng riêng biệt không thể tự mô tả mọi điều kiện vận hành kết hợp có thể xảy ra. Thành phần UAV, phần cứng lắp đặt, cáp và kết nối giám sát đều phải vừa với không gian làm việc có thể sử dụng. Buồng cũng cần đủ khoảng trống cho cấu hình thử nghiệm dự kiến. Vậy hãy cung cấp thực tế: L × W × H thay vì chỉ đơn giản nói: "Đây là một bộ điều khiển bay cỡ trung." Thông báo cho nhà sản xuất thiết bị xem mẫu thử có hoạt động trong quá trình thử nghiệm và lượng nhiệt nó tạo ra. Đối với các thành phần UAV điện tử, điều này có thể quan trọng không kém khối lượng DUT. Power, Ethernet, CAN, đường cảm biến, cặp nhiệt điện hoặc các tín hiệu khác có thể cần đi qua thành buồng. Do đó, bố trí cấp nguồn nên được xác định cùng với kế hoạch giám sát—không phải sau khi buồng đã được xây dựng. Xét một bài kiểm tra thành phần UAV yêu cầu: kiểm soát nhiệt độ powered operation giám sát bên ngoài Yêu cầu này hướng đến buồng môi trường nhiệt độ/áp suất thấp thay vì buồng chân không cơ bản. Một cấu hình ITM-LAB cho loại công việc này là GDJZ-535L-B Phòng thử nghiệm nhiệt độ / khí hậu / áp suất không khí thấp. Các khả năng danh nghĩa chính bao gồm: Không gian làm việc: 535 L Áp suất thấp: xuống đến 1 kPa Không gian làm việc 535 L có thể đáp ứng nhiều thiết lập kiểm tra UAV cấp linh kiện, nơi DUT, cách lắp đặt cần thiết và các kết nối phù hợp trong không gian thử nghiệm có thể sử dụng. Phạm vi nhiệt độ và khả năng điều chỉnh áp suất thấp cung cấp không gian cho nhiều kiểu độ cao khác nhau, tùy thuộc vào hiệu suất kết hợp thực tế cần thiết cho dự án. Và con số quan trọng nhất không nhất thiết phải là 1 kPa. 1 kPa là khả năng của buồng — không phải mức độ nghiêm trọng của thử nghiệm UAV. Một bài kiểm tra điều khiển bay ở 35 kPa nên được cấu hình quanh 35 kPa vì đó là yêu cầu—chứ không phải "nghiêm ngặt hơn" khi chạy ở 1 kPa. Tương tự, khả năng buồng ở -40°C không có nghĩa là mọi thành phần UAV đều phải chịu nhiệt độ -40°C. Cấu hình chính xác đến từ yêu cầu nhiệm vụ và đủ điều kiện. Để đánh giá thiết bị thực tế, thông tin hữu ích nhất để gửi ITM-LAB là: DUT kích thước và khối lượng, độ cao nhiệm vụ hoặc áp suất yêu cầu, hồ sơ nhiệt độ, trạng thái nguồn, tải nhiệt, thời gian phơi nhiễm, yêu cầu chuyển đổi áp suất/nhiệt độ, cấp nguồn và nhu cầu giám sát. Điều đó đủ để chuyển cuộc thảo luận từ: "Bạn có bán buồng độ cao không?" to: "Hệ thống này có thể tái tạo bài kiểm tra của tôi không?" Không nhất thiết. Nếu yêu cầu chỉ là phơi nhiễm áp suất thấp xác định, một hệ thống áp suất thấp phù hợp có thể là đủ. Nếu thành phần UAV phải trải nghiệm nhiệt độ kiểm soát và áp suất giảm đồng thời — hoặc hoạt động trong khi theo dõi nguồn điện, tín hiệu và nhiệt độ — hệ thống thử nghiệm cũng cần hỗ trợ các yêu cầu đó. So sánh đúng không chỉ đơn giản là Một mô hình khí quyển tiêu chuẩn cung cấp mối quan hệ giữa độ cao và áp suất khí quyển. NASA công bố các phương trình khí quyển và dữ liệu tham chiếu cho mục đích này. Nhưng áp suất tiêu chuẩn khí quyển được tính toán không nên tự động vượt qua tiêu chuẩn kiểm tra áp dụng. Sử dụng độ cao nhiệm vụ làm điểm xuất phát kỹ thuật, sau đó xác nhận áp suất buồng cần thiết từ cơ sở đủ điều kiện. Nếu mục tiêu là chứng minh Nếu yêu cầu là lưu trữ, vận chuyển hoặc tiếp xúc sống sót, trạng thái mẫu vật có thể khác. Xác định mục tiêu trước. Sau đó làm theo quy trình áp dụng. Câu hỏi hữu ích trong kiểm tra độ cao UAV không phải là: Buồng có thể xuống thấp đến mức nào? Nó là: Thành phần này cần môi trường nào để tái tạo? Đối với nhiều thành phần UAV, câu trả lời này không chỉ chứa áp lực: ĐỘ CAO NHIỆM VỤ ↓ ÁP LỰC CẦN THIẾT ↓ TEMPERATURE ↓ ↓ HEAT LOAD ↓ DURATION + TRANSITION ↓ GIÁM SÁT CHỨC NĂNG ↓ CẤU HÌNH BUỒNG Trình tự đó tránh hai lỗi đối lập. Một người đang kiểm tra thiếu: tái tạo áp suất thấp trong khi bỏ qua nhiệt độ hoặc điều kiện vận hành mà yêu cầu chứng nhận thực sự yêu cầu. Cách còn lại là kiểm tra quá mức: sử dụng khả năng cực đoan nhất của buồng chỉ vì nó có sẵn. Cả hai đều không làm cho bài kiểm tra đại diện hơn. Đối với pin UAV, bộ điều khiển bay, thiết bị điện tử, cảm biến và camera, mục tiêu là tái tạo môi trường được chỉ định và xác định xem thành phần đó có còn thực hiện được yêu cầu của nhiệm vụ hay không. Định nghĩa hồ sơ độ cao trước. Chọn buồng thứ hai.
Chọn buồng nhiệt độ + độ cao
Phạm vi áp suất—và kiểm soát áp suất
Nhiệt độ và Áp suất cùng nhau
DUT Size không giống với thể tích buồng
DUT có động cơ cần được xem xét nhiệt
Feedthroughs là một phần của hệ thống kiểm tra
Từ yêu cầu kiểm thử đến cấu hình GDJZ-535L-B
Ba câu hỏi chúng ta thường cần trả lời
Buồng chân không có phải là buồng thử nghiệm độ cao UAV không?
Làm thế nào để chuyển độ cao UAV thành áp suất buồng
vũ trụ?
Thành phần UAV có nên hoạt động trong quá trình thử nghiệm độ cao không?
Độ cao vượt xa mức chân không
