Sessiz ve güvenilir çalışma için gürültü analizi ve modal analiz

Dron üreticileri güvenilirliği ve sessiz çalışmayı nasıl sağlar?

Dron pazarı pek çok alanda büyüyor: Ulusal sınır güvenliğine ilişkin artan endişeler gelişmiş hava gözetim ihtiyacı arttırıyor, pandemi ile hızlanan paket teslimat hizmetleri dron operasyonları ile talepleri karşılaşılamaya çalışıyor, madencilik ve inşaat alanındaki tehlikeli ortamlar birçok ticari işletmenin haritalama ve denetim için dron kullanmasına yol açıyor. Ayrıca, dron kullanımı emlak, sigorta hasar tespiti, film endüstrisi vb. gibi yeni uygulamalar için her zaman yenilikçi uygulamalar bulabiliyor. ABD’de FAA tarafından dron pazarına bir düzenleme getirilmesi, ABD’deki ticari dron pazarının itici gücü olmuştur. Uzmanlar ve piyasa analistleri, dronların önümüzdeki yıllarda milyarlarca dolarlık bir endüstri haline gelmesini beklemektedir.

Geleceğin dron teknolojisi için talepler

Askeri dronlar ile eğlence amaçlı dronlar arasındaki teknolojik boşluk, ticari dronlar tarafından doldurulmaktadır. Ticari dronların güvenilirlik, güvenlik ve düşük gürültü emisyonu gibi katı gereklilikleri karşılaması ve aynı zamanda uygun maliyetli bir çözüm sunması gerekmektedir. Ayrıca, aşağıdaki trendler de ortaya çıkmaktadır:

Gelişmiş sensörler ve akıllı özellikler gerektiren, uzaktan pilot kontrolü olmadan veya minimum düzeyde uzaktan pilot kontrolü ile otonom uçuş ve daha uzun uçuş süreleri
Görüntü sabitlemeyi kritik görev haline getiren daha yüksek kaliteli görüntüleme
Özellikle yüksek perdeli motor sesi halk için rahatsız edici olduğundan gürültü yönetmeliklerine uygunluk

Daha fazla performansa yönelik tüm trendlerde güvenlik her zaman en önemli önceliktir. Dron üreticisi için, fiyat gereksinimlerini ve pazara hızlı giriş taleplerini karşılamak için geliştirme döngülerinin verimli olması gerekir.

Polytec, tasarımcıların güvenilir ve sessiz tasarımlar yapmalarına yardımcı olur

Dron tasarımcıları, performans ve güvenilirliği optimize etmek için doğru simülasyon modellerine güvenirler. Polytec’in temassız titreşim test ekipmanı, hızlı ve doğru modal doğrulama sonuçları sağlayarak tasarım mühendisinin endüstri standartlarını karşılayıp müşteri beklentilerini aşarken prototip yineleme sayısını en aza indirmesine olanak tanır. Uçuş sırasındaki titreşimlerin seviyesini kontrol etmek için motivasyonlar şunlardır:

Akustik gürültü emisyonları için yasal gerekliliklerin karşılanması
Yerleşik kameranın tutarlı görüntü kalitesinin sağlanması
Hasar ve yaralanmalardan kaynaklanan sorumluluk sorunlarından kaçınmak için dayanıklılığın artırılması

Vibrometreler, ne kadar küçük olursa olsun, dron yapısının tamamında ve bileşen düzeyinde modal testi mümkün kılar. Dahası, tek tek bileşenlerin birbirleriyle olan dinamik etkileşimini anlamanın anahtarıdır. Rüzgar ve hava türbülansları harici uyarma kuvvetleridir ve pervaneler ve motorlar tarafından uygulanan titreşim kuvvetlerini etkiler. Kontrol edilmediği takdirde, kritik rezonanslar kolayca uyarılabilir ve bu da aşırı titreşim seviyelerine, yorulmaya ve kırılmaya yol açabilir.

Şekil 1: Dron gövdesi ve rotorların operasyonel sapma şekli (üstte). X, Y ve Z’de ortalama tepki spektrumları (alt)

Şekil 1, bir dron gövdesi ve sabit rotorlar üzerinde 53Hz’de alınan örnek bir operasyonel sapma şeklini göstermektedir. Yapının hareketi, siyah kareli alanlarla gösterilen dinlenme pozisyonunun aksine renkli olarak vurgulanmıştır. Titreşim verileri bir 3D tarama sistemi ile yakalanmıştır. Robot tabanlı bir sistem kullanılarak, kısa ölçüm sürelerine sahip otomatik bir süreçte farklı taraflardan ve açılardan taramalar yapılmıştır. Sapma şeklinin altındaki grafikler, tüm ölçüm noktalarının X, Y ve Z yönündeki ortalama spektrumlarıdır. Tüm karmaşık yapılarda olduğu gibi, her zaman dikkate alınması gereken birden fazla rezonans frekansı vardır.

Şekil 2: Serbest süspansiyon, sarsıcı uyarımı ve tüm perspektiflerden ölçüm yapılmasını sağlamak için endüstriyel bir robot üzerinde 3D tarama vibrometresi ile test kurulumu

Yukarıda tarif edilene benzer modal testler, belirli bir geometri ağına sahip sonlu eleman simülasyon modellerini güncellemek için kullanılır. Temassız ölçüm yaklaşımı, yapıya herhangi bir kütle yüklemesi olmadan yüksek yoğunluklu ölçümü mümkün kılar. Şekil 2 test düzeneğini göstermektedir. Dron, modal test için serbest-serbest sınır koşulunu sağlayan bir dizi lastik bant üzerinde asılıdır. Alttaki sarsıcı, dron gövdesini kontrollü bir geniş bant titreşim modeliyle uyarır. 3D tarama vibrometresi, farklı açılar altında her taraftan görsel erişim sağlayan 6 eksenli bir robot üzerine monte edilmiştir. Üç lazer ışını dron yüzeyini eşzamanlı olarak tarayarak ızgara üzerindeki her bir ölçüm konumundaki titreşim tepkisini üç ayrı açıdan yakalar. Titreşim genlikleri daha sonra dahili olarak dronun geometrik koordinat sisteminin ortogonal titreşim vektörlerine dönüştürülür.

Şekil 3: Dönen bir test nesnesi üzerindeki optik derotatörün konfigürasyonu.

Şekil 4 dönen bir pervanenin örnek bir sapma şeklini göstermektedir. Görüntü, dönme nedeniyle çevredeki nesneler için bulanıktır, ancak dönen nesne (pervaneler) için sonuçlar son derece tatmin edicidir.

Pervanelerin dinamik davranışı dönüş sırasında özellikle yüksek devirlerde merkezkaç kuvvetlerinin pervane kanatlarını çekmesiyle değişir. Bu durumu simüle etmek çok zordur ve gerçek operasyonel veriler çok faydalıdır. Bu nedenle, fanlar ve pervaneler gibi dönen yapıların operasyonel sapma şekilleri tipik olarak Polytec’in Derotator’u aracılığıyla yakalanır. Derotator, Şekil 3’te görülebileceği gibi dönen bir prizma vasıtasıyla lazer ışınını pervanenin dönüşüne senkronize olarak döndüren taramalı vibrometreye ile kullanılan bir arabirimdir. Yazılımda, Derotator dönme hareketini görüntüden çıkardığı için hareketsiz bir görüntü görünür. Pervane ve prizmanın eksenel olarak hizalanması üzerine ölçüm işlemi sabit bir nesne üzerinde yapılan bir teste eşdeğerdir.

Şekil 4: 1200 rpm’de rotor operasyonel sapma şekli – optik derotatör ile ölçülmüştür.

Polytec’in lazer Vibrometre teknolojisi

Polytec titreşim metreleri, bir lazer ışını kullanarak nokta-atışı bir yaklaşıma dayanmaktadır. Kafanın içindeki interferometre yansıyan ışığı yakalar ve nesnenin titreşimiyle doğru orantılı olan Doppler kaymasını analiz eder. Temassız teknolojinin çok önemli bir avantajı, kütle yüklemesinin sonucu bozmamasıdır. Lazer ışını, vibrometre kafası manipüle edilerek veya yönlendirme aynaları aracılığıyla kolayca yeniden konumlandırılabilir. Yazılım, kullanıcının önceden tanımlanmış bir ölçüm noktaları ızgarası çizmesine veya içe aktarmasına izin verdiği için 100’lerce nokta çok az çabayla ölçülebilir. Lazer Doppler vibrometreler, lazer kaynağı dalga boyu sabit olduğu için oldukça hassastır ve kalibrasyon laboratuvarlarında ivmeölçer gibi temaslı dönüştürücülerin birincil ve ikincil kalibrasyonu için kullanılır. QTec adı verilen en son vibrometre teknolojisi, herhangi bir yüzey işlemine veya aşırı ortalamaya ihtiyaç duymadan temiz, yüksek çözünürlüklü zaman verileri sağlar.

Sonuç

Dron endüstrisinin yeni bir büyüme trendine girmesiyle birlikte Polytec, tasarım ve test mühendislerine sürekli artan performans, güvenilirlik ve güvenlik taleplerini karşılamaları için gerekli araçları sunmaktadır. Dronlarla ilgili popülerlik artarken, halkın konforu için ses seviyeleri kontrol altında tutulmaktadır.

Polytec’in teknik uzmanları, ölçüm zorluklarınız konusunda size danışmanlık yapmak için burada. Test hizmetleri ve esnek kiralama seçenekleri mevcuttur. Vibrometreler, çok büyük yapılardan mikro yapılara kadar, tek bir konumda ve yüksek yoğunluklu tarama ızgaralarında, 1D ve 3D’de, doğrusal ve dönme dinamiklerinde, tek başına veya tam otomatik bir robot sistemine entegre olarak çeşitli test kurulumlarına uyum sağlamak için farklı çözümler sunar.