Компонент БПЛА, который идеально работает на уровне моря, не обязательно доказал свою работу на высоте миссии.
Очевидное отличие — давление. Это не всегда самое важное.
Управляемый контроллер полёта всё равно вырабатывает тепло, когда окружающий воздух становится менее плотным. Батарея всё равно должна подавать питание при заданной температуре. Камера или сенсор всё равно должны соответствовать требованиям по производительности — а не просто оставаться включёнными.
Вот где испытания высоты БПЛА становятся интереснее, чем помещать DUT в камеру и создавать вакуум
.Для многих компонентов БПЛА вопрос квалификации ближе к следующему:
Может ли DUT работать при необходимом давлении и температуре в течение необходимого времени, пока отслеживаются функции, важные для миссии?
Этот вопрос меняет, как должен быть определен тест — и как должна быть выбрана высотная тестовая камера
.Что на самом деле меняется высота для компонента БПЛА?
Высота — удобное сокращение для рабочей среды. Однако лаборатории нужны измеримые условия.
Первый — атмосферное давление.
В стандартной атмосфере давление снижается по мере повышения высоты. Например, атмосферная модель NASA описывает снижение давления с ростом высоты и даёт уравнения для оценки давления, температуры и плотности на разных высотах.
Некоторые полезные эталонные значения:
| Приблизительная высота | Приблизительное стандартное атмосферное давление |
|---|---|
| уровень моря | 101,3 kPa |
| 2,000 м | 79.5 kPa |
| 5,000 | м54.0 kPa |
| 8,000 | м35.6 kPa |
| 10,000 | м26.5 kPa |
| 15,000 | м12.0 kPa |
| 20,000 м | 5.5 kPa |
Это значения атмосферы, а не готовые испытания БПЛА. Установленная точка камеры должна быть основана на соответствующей спецификации испытаний, требованиях заказчика или определённом профиле миссии.
Это различие важно.
"5 000 м рабочей высоты" — полезная инженерная информация.
Но перед началом теста он должен стать более точным:
Требуемое давление + температура + продолжительность + рабочее состояние DUT + критерии приема
температура — отдельный вход
Давление предсказуемо связано с высотой в эталонной атмосфере. Температура реального компонента БПЛА сложнее.
Внешняя камера, аккумулятор, встроенный в фюзеляж, и управляемый контроллер полета могут испытывать разные тепловые условия на одном самолёте
.Воздействие солнечной энергии, воздушный поток, конструкция корпуса, электроника, электрическая нагрузка и продолжительность миссии могут влиять на температуру компонентов.
Поэтому инженер-тестёр должен устоять перед заманчивым сокращением:
высота миссии → стандартная температура атмосферы → температура DUT
Требования по температуре должны основываться на фактической квалификационной базе.
Тогда происходит тепло
Это особенно важно для электроники.
По мере увеличения высоты плотность воздуха снижается. Стандартные атмосферные модели NASA описывают это изменение плотности вместе с давлением и температурой.
Теперь рассмотрим управляющий полётом с питанием, расходующий десятки ватт внутри корпуса.
Камера может быть настроена на -20°C, но это не значит, что каждый электронный компонент внутри DUT находится при -20°C. DUT выделяет тепло, и его тепловой баланс может изменяться при условиях пониженного давления.
Это даёт нам полезное правило для выбора камеры:
Заданная точка камеры ≠ температура компонентов
.Если компонент БПЛА работает во время испытания высоты, его тепловая нагрузка входит в определение теста и в RFQ оборудования
.
Какие компоненты БПЛА наиболее чувствительны к высоте?
Не существует единого "теста высоты БПЛА", который был бы одинаково логичным для каждого компонента самолёта
.Важен механизм отказа
.Аккумуляторные блоки
Для аккумулятора температуру обычно невозможно отделить от обсуждения высоты.
Блок всё ещё должен обеспечивать необходимую электрическую производительность при контакте с заданной рабочей средой. В зависимости от квалификационной программы, сниженное давление также может быть частью этой среды.
Это может сделать соответствующий вопрос:
Батарея просто переживает воздействие на высоте или она должна обеспечивать заданную производительность во время работы?
Это разные тесты.
Есть ещё одно различие, которое стоит отметить. симуляция высоты UN 38.3 T.1 является требованием по безопасности транспортировки литиевых батарей. Квалификация по оперативной высоте БПЛА задаёт другой инженерный вопрос: соответствует ли батарея требованиям самолета в предполагаемых условиях.
Одна и та же батарея может соответствовать обоим требованиям, но одна не должна автоматически заменять другую.
Диспетчеры полетов и авионика
Для авионики моторное тестирование может выявить не только послетестовую проверку.
Диспетчеру полёта может потребоваться поддерживать связь, стабильное питание и безотказную работу на всех условиях высоты.
Если единственная проверка приема — "включается ли после восстановления?", прерывание, произошедшее только при низком давлении, может никогда не быть зафиксировано.
Тепловое поведение также заслуживает внимания, поскольку авионика продолжает выделять тепло во время работы.
датчики и коммуникационные модули
Для датчиков powered on и performance correct не являются синонимами
.В зависимости от DUT инженерам может потребоваться мониторинг:
точность измерения, стабильность сигнала, выход данных, статус связи или дрейф измерения.
Датчик, который пережил испытание, но вышел за пределы заданного диапазона точности, мог всё же не выполнить требования миссии.
Камеры и подвески
Оптические полезные нагрузки создают ещё один ряд проблем
.Температура может влиять на фокус, выравнивание и механическое поведение. Полезной нагрузке может потребоваться поддержание качества изображения или работы кардана при условии высоты.
Переходы в окружающую среду также могут иметь значение там, где конденсация или затуманение являются проблемой.
Общий поток прост:
Определите, что значит "pass", прежде чем определить цикл камеры.
почему тестирование только под давлением может пропустить реальное требование
Предположим, что модуль авионики должен работать при <сильном data-start="7634" data-end="7654">35 кПа и -40°C.
Лаборатория могла провести два отдельных теста.
Тест A — Низкая температура
-40°C
примерно нормальное атмосферное давление
А затем:
Тест B — низкое давление
35 kPa
23°C
Оба теста предоставляют полезную информацию.
Ни один из них не автоматически демонстрирует, что DUT будет работать на:
Test C — Температура + Высота
-40°C
35 kPa
powered
Это не означает, что объединённое условие всегда будет давать другой результат
.Это значит, что взаимодействие не было продемонстрировано.
Температура может влиять на материалы, электронику, аккумуляторы и уплотнения. Снижение давления изменяет окружающую атмосферу воздуха и может влиять на термическое поведение и перепады давлений.
Когда требование к квалификации указывает эти условия одновременно, их отдельное воспроизведение отвечает на другой вопрос
.То же давление. Другая тепловая среда. Другой вопрос квалификации.
Это момент, когда простая камера низкого давления и камера температуры-высоты перестают быть эквивалентными тестовыми инструментами.
MIL-STD-810H Method 500.6 или IEC 60068-2-13?
Эти ссылки часто упоминаются в обсуждениях по высотным испытаниям, но их не следует рассматривать как взаимозаменяемые метки для «поместить в вакуум».
IEC 60068-2-13:2021 — это текущее пятое издание Экологические испытания — Часть 2-13: Испытания — Тест M: Низкое давление воздуха. IEC указывает, что тест применяется к образцам, которые могут подвергаться низкому воздушному давлению во время транспортировки, хранения или обслуживания. Пересмотр 2021 года также согласовал степень тяжести с соответствующими материалами IEC 60721 и добавил рекомендации по выбору длительности воздействия.
MIL-STD-810H Метод 500.6 использует жизненный цикл экологического подхода к воздействию низкого давления/высоты и включает процедуры, учитывающие различные ситуации низкого давления.
Для работы с БПЛА полезное высокоуровневое различие:
| IEC 60068-2-13:2021 | ||
|---|---|---|
| окружение | Низкое давление / высота | Низкое давление воздуха = "10172" data-col-size="MD"Низкое давление воздуха |
| Общий подход | Адаптация по окружающей среде жизненного цикла | Определенный метод испытаний в окружающей | среде
| Общий контекст | Аэрокосмическое, оборонное, прочное оборудование | Компоненты и оборудование |
| Выбор тестов | Применимая процедура и требование жизненного цикла | Релевантная спецификация и степень | тяжести
| использование БПЛА | Квалификация, основанная на миссии, где указано | Компоненты/оборудование при условии низкого давления при указании |
Таблица не предназначена для выбора одного стандарта вместо другого.
Программа оборонных БПЛА, спецификация коммерческих компонентов и план квалификации для заказчика могут ссылаться на разные требования
.Для выбора патронника важно то, какими в итоге станут эти требования:
давление, температура, продолжительность, переход, состояние DUT и мониторинг
.Это приводит к ещё одному полезному принципу:
Не выбирайте стандарт из патронника. Выберите патронник из требования к тесту.
Превращение высоты миссии в профиль лабораторных испытаний
Фраза, такая как "работает до 8 000 м", пока не является программой камеры.
Нужно перевести.
Начать с требования к давлению
Высота миссии служит точкой отправления.
Стандартная атмосферная эталон может помочь преобразовать высоту в приблизительное атмосферное давление, но окончательное значение камеры должно соответствовать соответствующей спецификации или квалификации.
Здесь IMAGE 4 становится полезным.
Добавить температуру
Далее спросите, обязан ли DUT:
выдерживать температуру,
работать при температуре,
или соответствует определённым требованиям по производительности при температуре.
Это не обязательно эквивалентные критерии принятия.
Определить, как достигается среда
Требуется ли тест сначала достичь температуры DUT, а затем снизить давление?
Должны ли давление и температура меняться вместе?
Требуется ли определённая скорость изменения давления?
Как определяется стабилизация?
Применяемая процедура должна ответить на эти вопросы. Камера должна быть настроена так, чтобы их воспроизводить.
Определить экспозицию
Достижение 35 кПа не означает, что тест завершён.
Требование также требует длительности экспозиции и чёткого определения, когда она начинается. IEC отмечает, что в редакции 2021 года были добавлены рекомендации по выбору длительности воздействия.
Решить, работает ли DUT
Это решение влияет как на целевую цель испытания, так и на конфигурацию камеры.
DUT с питанием может требовать:
электропроводка, сигнальные соединения, передача данных, термопары и дополнительные проходы
.Он также вводит тепло в рабочее пространство.
Решить, что считается проходом
Для авиадиспетчера это может включать связь и статус неисправности.
Для камеры производительность изображения или гимбала могут иметь
значение.Для датчика точность может иметь значение
.Для аккумулятора электрическая производительность может иметь значение
.Чётко определённый профиль камеры без значимого критерия принятия всё равно является неполным квалификационным тестом.
Что обычно идёт не так при тестировании высоты БПЛА?
Большинство проблем с испытанием высоты не возникают из-за неспособности камеры создать низкое давление. Они начинаются раньше, когда требование переводится в тест
.01 — высота без определённого базиса давления
"10 000 м" описывает окружающую среду. Лаборатории всё равно нужно знать, какое определение давления или спецификация регулирует тест.
02 — только давление, когда требования объединены
Тест при комнатной температуре при низком давлении не воспроизводит заданное условие при низком температуре/низком давлении.
03 — предел камеры = уровень теста
Это удивительно простая ошибка.
Если камера может достичь 1 кПа, это говорит о возможностях оборудования
.Он <сильный data-start="14514" data-end="14521"> не означает, что DUT должен иметь 1 кПа.
04 — тепловая нагрузка DUT игнорируется
Модуль с приводом от электроники добавляет тепло в камеру и формирует собственное внутреннее распределение температуры.
Это важно при оценке как производительности камеры, так и поведения DUT
.05 — нет прямого времени мониторинга
Компонент может восстановиться после возвращения к нормальному давлению
.Если требование — работа на высоте, только проверка после теста при включении питания может пропустить событие, которое вы пытались обнаружить.
06 — переход и восстановление рассматриваются как настройка
Снижение давления, переход температуры, стабилизация и восстановление могут быть частью определённой процедуры.
Их не следует импровизировать только потому, что конечная точка установки правильная.
Выбор температуры + высотной камеры
После определения теста выбор оборудования становится гораздо менее загадочным.
И первое число не обязательно должно быть минимальным давлением.
диапазон давления — и контроль давления
Спецификация, такая как минимальное давление: 1 кПа показывает минимальное давление, которое система рассчитана на достижение при определённых условиях.
Тестирование БПЛА может требовать контролируемой работы при промежуточных условиях, таких как 54 кПа, 35 кПа или 26,5 кПа.
Это делает возможность воспроизвести требуемый профиль давления важной — а не просто крайний предел низкого давления.
Минимальное давление — одна из спецификаций. Профиль теста — это обязательное
требование.Температура и давление вместе
Если тест требует одновременных низких температур и пониженного давления, проверьте соответствующую комбинированную возможность системы, а не считывайте температурный диапазон и диапазон давления как две полностью независимые спецификации.
Это особенно важно при сравнении камер
.Максимальная температура, минимальная температура и минимальное давление, напечатанные на трёх отдельных линиях, сами по себе не описывают все возможные совокупные условия работы.
размер DUT не совпадает с объёмом камеры
Компонент БПЛА, монтажное оборудование, кабели и подключения для мониторинга должны помещаться в рабочем пространстве
.Камере также требуется достаточный зазор для предполагаемой тестовой конфигурации.
Значит, укажите актуальное:
L × W × H
а не просто сказать:
"Это среднеразмерный контроллер полёта."
питаемые DUT требуют термического учёта
Сообщите производителю оборудования, будет ли образец работать во время теста и сколько тепла он генерирует.
Для компонентов электронных БПЛА это может быть так же важно, как масса DUT
.Feedthroughs входят в систему тестирования
Питание, Ethernet, CAN, сенсорные линии, термокуплы или другие сигналы могут пересекать стенку камеры.
Таким образом, схема прохождения должна быть определена с помощью плана мониторинга — а не после строительства камеры.
от требования к тестированию до конфигурации GDJZ-535L-B
Рассмотрим тест компонента БПЛА, требующий:
контролируемая температура
пониженное давление
работа на базе
внешний мониторинг
Это требование указывает на температурную/низконапорную экологическую камеру, а не на базовую вакуумную камеру.
Одна из конфигураций ITM-LAB для такого рода работ — цель GDJZ-535L-B Температура / климат / испытательная камера низкого давления.
Ключевые номинальные возможности включают:
Рабочее пространство: 535 L
Температура: -40°C до +150°C
Низкое давление: снизилось до 1 кПа
Рабочее пространство объемом 535 L может поддерживать множество тестовых установок на уровне компонентов, где DUT, требующая крепления и соединения вписываются в удобное пространство тестирования.
Температурный диапазон и возможность низкого давления обеспечивают возможность для различных высотных профилей в зависимости от реальных комбинированных условий, необходимых для проекта.
И самое важное число не обязательно является 1 кПа
.1 кПа — это возможность камеры, а не серьёзность испытания БПЛА.
Тест для контролёра полета при 35 кПа должен быть настроен примерно около 35 кПа, так как это требование — а не делать его более строгим при работе на 1 кПа.
Аналогично, возможность камеры -40°C не означает, что каждый компонент БПЛА должен подвергаться воздействию -40°C
.Правильная конфигурация зависит от требования миссии и квалификации.
Для практической оценки оборудования наиболее полезной информацией для отправки ITM-LAB:
размеры и масса DUT, высота миссии или требуемое давление, профиль температуры, состояние питания, тепловая нагрузка, продолжительность воздействия, требования к переходу давления и температуры, требования к подаче данных и мониторинг
.Этого достаточно, чтобы перевести обсуждение с:
"Вы продаёте высотную камеру?"
to:
"Может ли эта система воспроизвести мой тест?"
Три вопроса, на которые нам часто приходится отвечать
Вакуумная камера — это то же самое, что и камера для испытаний высоты БПЛА?
Не обязательно.
Если требуется только определённое низкое давление, подходящая система низкого давления может быть достаточной
.Если компонент БПЛА должен одновременно испытывать контролируемую температуру и пониженное давление — или работать при контроле мощности, сигналов и температуры — тестовая система должна также учитывать эти требования
.Правильное сравнение — это не просто вакуумная камера против высотной камеры. Это <сильный data-start="20806" data-end="20846"> возможности оборудования против тестового профиля.
Как преобразовать высоту БПЛА в давление в камере?
Модель стандартной атмосферы обеспечивает связь между высотой и атмосферным давлением. NASA публикует атмосферные уравнения и справочные данные для этой цели.
Но рассчитанное давление в стандартной атмосфере не должно автоматически отменять применимую спецификацию теста.
Используйте высоту миссии как инженерную отправную точку, затем подтвердите необходимое давление в камере на основе квалификации.
Должен ли компонент БПЛА работать во время испытаний высоты?
Если цель — продемонстрировать <сильные данные-старт="21465" data-end="21490">работа на высоте могут потребоваться энергетические испытания и функциональный мониторинг
.Если требование — хранение, транспорт или воздействие для выживания, состояние образца может отличаться.
Сначала определите цель. Затем следуйте соответствующей процедуре.
высота превышает уровень вакуума
Полезный вопрос при испытаниях высоты БПЛА не таков:
Насколько низко может опуститься камера?
Это:
Какую среду должен воспроизводить этот компонент?
Для многих компонентов БПЛА этот ответ содержит не только давление:
ВЫСОТА МИССИИ
↓
ТРЕБУЕМОЕ ДАВЛЕНИЕ
↓
TEMPERATURE
↓
DUT ОПЕРАЦИОННОЕ
СОСТОЯНИЕ↓
HEAT
LOAD↓
ДЛИТЕЛЬНОСТЬ + ПЕРЕХОД
↓
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ МОНИТОРИНГ
↓
КОНФИГУРАЦИЯ КАМЕРЫ
Эта последовательность избегает двух противоположных ошибок.
Один — это недотестирование: воспроизводит низкое давление, не допуская температуры или рабочих условий, которые действительно требуют требования к квалификации.
Другая — чрезмерное тестирование: использование самых экстремальных возможностей камеры просто потому, что она доступна.
Ни один из них не делает тест более репрезентативным.
Для батарей БПЛА, контроллеров полёта, авионики, сенсоров и камер цель — воспроизвести заданную среду и определить, выполняет ли компонент всё ещё требования миссии.
Сначала определите профиль высоты. Выберите патронник вторую.
