Разработанный НАСА инструмент для тестирования шума расширяет возможности использования за пределами самолетов

WirelessArray, разработанный Междисциплинарной консалтинговой корпорацией (IC2), представленный здесь для испытательного полета в Исследовательском центре Лэнгли, делает летные испытания дронов быстрыми и экономически эффективными. (Изображение:НАСА)

Производители самолетов, проводящие испытания новых самолетов на шум, теперь имеют гораздо более дешевый вариант, чем традиционные проводные микрофонные решетки. И он достаточно чувствителен, чтобы помочь фермерам справиться с проблемами вредителей. Массив беспроводных микрофонов, который одна компания недавно создала с помощью НАСА, может обнаруживать насекомых, угрожающих урожаю, прислушиваясь к звуку, который они издают на полях. А теперь оно делает возможным быстрое и доступное тестирование практически в любом месте.

С момента выпуска в 2017 году своего первого коммерческого продукта — датчика для испытаний в аэродинамической трубе, разработанного при активной помощи НАСА, Междисциплинарная консалтинговая корпорация (IC2) удвоила штат сотрудников и переехала в более просторную лабораторию и офис для производства своего нового продукта WirelessArray. Заинтересованный в том, чтобы сделать свои собственные летные испытания более доступными, Исследовательский центр НАСА в Лэнгли в Хэмптоне, штат Вирджиния, также поддержал этот новый проект, предоставив несколько контрактов на исследования инноваций в малом бизнесе (SBIR) и экспертные консультации.

В WirelessArray, разработанном IC2, для обнаружения шума используются защищенные от атмосферных воздействий узлы с автономным питанием, подобные этому. Микрофон можно заменить другими датчиками для сбора данных за день, неделю или даже круглый год. Солнечные панели сверху питают внутреннюю батарею, а данные хранятся на карте памяти. (Изображение:Междисциплинарная консалтинговая корпорация)

Результатом стала серия небольших оснований в форме блюдца, оснащенных множеством датчиков, которые измеряют изменения давления воздуха, создаваемые звуками над головой. Самолеты проходят шумовые испытания и требуют сертификации, поэтому они не превышают уровень шума, установленный ФАУ для данного типа кузова. Когда самолет пролетает прямо над головой, массив собирает данные о шуме для построения двумерной карты звукового давления и его источника. Специальный пакет программного обеспечения преобразует эту информацию для конечного пользователя.

Благодаря поддержке НАСА более доступный инструмент тестирования находит применение не только в самолетах:от наблюдения за животными до производства экологически чистой энергии.

NASA Aeronautics всегда использовало проводные системы для сбора одних и тех же данных, но увидело потенциал в менее громоздком подходе, сказал Тони Хамфрис, главный инженер Langley’s Measurement Sciences. Хамфрис курировал контракты WirelessArray SBIR, а также предоставил консультации и даже предоставил прототип устройства, которое компания использовала в качестве отправной точки.

"Раньше, когда мы отправлялись на базу ВВС Эдвардс для серии летных испытаний, мы использовали большой массив с сотнями датчиков. У нас было около 15 миль кабелей, чтобы соединить их все, и команде из шести человек потребовалось три дня, чтобы установить и разобрать", - сказал он. Кабели нужно было располагать определенным образом, чтобы избежать перекрытия, а в случае дождя каждый датчик нужно было накрыть, чтобы защитить его от осадков. Все это оборудование, а также электрогенераторы, серверные стойки и другое оборудование перевозили многочисленные полуприцепы.

Напротив, два сотрудника IC2 прибыли на летно-испытательный полигон в Лэнгли на минивэне со всем оборудованием, необходимым для тестирования системы WirelessArray. Тем не менее, Хамфрис сказал, что данные, генерируемые меньшей беспроводной системой, сопоставимы с данными обычной системы.

Летные испытания, которые НАСА и коммерческие авиакомпании проводят с использованием проводной системы, настолько дороги, что обычно недоступны для небольших компаний, говорит Чип Паттерсон, вице-президент IC2, базирующейся в Гейнсвилле, Флорида. Эта технология, разработанная в соответствии со спецификациями НАСА, меняет ситуацию. Независимо от того, используете ли вы один или 100 сенсорных узлов, любой может позволить себе провести летные испытания.

Испытательные полеты помогают производителям самолетов и дронов определить, какие части самолета создают больше всего шума. Использование сотен проводных микрофонов делает процесс совершенствования конструкции, отвечающей требованиям по уровню шума, дорогостоящим и трудоемким. (Изображение:НАСА)

«Каждый узел содержит небольшую компьютерную систему», — сказал Паттерсон. "Он способен собирать и хранить данные в памяти на SD-карте. Он также имеет небольшой веб-сервер, который позволяет конечному пользователю обращаться к нему, запрашивая начать сбор, остановить запись, загрузить файлы, проверить состояние батареи и многое другое".

Традиционная проводная система требует одновременной и мгновенной загрузки всех данных, а это означает, что массив ограничен емкостью жестких дисков, на которые он подается. Меньшая система IC2 получает значительно большие наборы данных, что позволяет этим данным храниться в каждом узле до тех пор, пока они не будут собраны. Если, например, в поле будет размещен один узел для сбора данных об уровне шума в сообществе в течение нескольких месяцев, вам не придется ежедневно заходить на сайт для загрузки результатов измерений.

WirelessArray поддерживает множество датчиков, поэтому микрофон можно легко заменить оптическим датчиком или множеством других типов. Каждый блок имеет собственную самозаряжающуюся батарею и солнечную панель, обеспечивающую долгосрочное развертывание. Встроенный GPS обеспечивает синхронизацию выборки данных на нескольких узлах, а беспроводная связь позволяет пользователям удаленно загружать данные и контролировать состояние каждого устройства. Экологически устойчивые корпуса узлов позволяют проводить измерения в любую погоду без дополнительной защиты от пыли, снега и экстремальных температур.

Стартап, разрабатывающий новый беспилотный летательный аппарат, теперь может получить сложные данные летных испытаний, чтобы быстро выявить проблемы с шумом во время взлета, полета или посадки. Многократные испытательные полеты для каждой модификации могут ускорить выход на рынок, поскольку стоимость установки, эксплуатации и демонтажа системы очень низка.

Все, что нужно для работы отдельного узла или обширного массива, — это стандартная точка беспроводного доступа и стандартный ноутбук, на котором установлено программное обеспечение IC2. Узлы также легко интегрируются в существующие системы.

Эта небольшая портативная технология находит свое применение в различных проектах и приложениях, помимо испытаний самолетов. IC2 работает с энтомологом над использованием акустических данных для прослушивания высокочастотных звуков насекомых в сельскохозяйственных условиях. Выяснение того, где насекомые питаются сельскохозяйственными культурами, позволит фермерам вмешаться, прежде чем они нанесут слишком большой ущерб, одновременно ограничивая использование пестицидов этими областями.

Исследователи изучают способы мониторинга мышей и крыс в биологических условиях, заменяя стандартный акустический датчик, соответствующий человеческому слуху, ультразвуковым датчиком. Это даст возможность отслеживать скрипы и другие звуки, свидетельствующие о здоровье и благополучии животного. Подобный ультразвуковой датчик может отслеживать траекторию полета сверхзвукового самолета, определяя, когда звуковой удар приближается к определенной территории.

Эту технологию можно применять ко всему, что генерирует звук, собирая данные по заранее установленному графику или по требованию. Ветровые турбины, испытательные стенды для ракетных двигателей и наблюдения за окружающей средой, например, за уровнем шума в аэропортах, — это лишь некоторые возможности. НАСА также могло бы использовать эту систему для сбора данных для совершенно новых конструкций самолетов.

"Мы продвигаем акустическую сторону по мере того, как авиация переходит к более продвинутым концепциям, таким как крыло с ферменными подкосами, возможно, распределенная электрическая двигательная установка и т. д. Это повышает необходимость проведения шумовых испытаний и сертификации по шуму для новых конфигураций", - сказал Хамфрис. Итак, инженеры НАСА вскоре смогут обменять полуприцепы и серверы на пару минивэнов и ноутбуков.

Для получения дополнительной информации посетите здесь  .