WindShaper'lar, Lauren Nagel tarafından
WindShaper'lar drone aerodinamik testlerindeki en yeni teknolojidir, ancak tam olarak nedirler? 'Açık hava rüzgar tüneli', 'rüzgar jeneratörü' ve '3D rüzgar akışı oluşturucu' terimlerinin tamamı doğrudur, ancak WindShaper'ın neler yapabileceğini tam olarak ifade etmezler.
Bu makalede WindShaper'ın ne olduğunu, nasıl çalıştığını ve diğer drone test teknolojilerine göre nasıl bir iyileştirme olduğunu açıklayacağız. İşte genel bir bakış:
İçindekiler
- WindShaper nedir (kavram ve yapı)
- WindShaper nasıl kontrol edilir
- Ne tür rüzgar şekilleri üretebilirim?
- Avantajlar ve dezavantajlar
- Uyumlu sistemler (itki testi, eğim mekanizması vb.)
Şekil 1: 12 x 8 modüllü bir WindShaper önünde uçan sabit kanatlı drone
1. WindShaper nedir
Bir WindShaper'ın ana bileşeni, drone'ları çeşitli koşullarda test etmek için rüzgar profilleri üreten ana fan duvarıdır. Mümkün test türleri arasında rüzgar direnci testleri, serbest uçuş testleri ve çok daha fazlası bulunur.
WindShaper'lar, herhangi bir kombinasyonda üst üste dizilebilen ve birleştirilebilen 'rüzgar modülleri' adı verilen temel birimlerden oluştuğu için yapısal olarak son derece modülerdir. WindShaper'ın boyutu, içerdiği modül sayısıyla ifade edilir, yani 6 x 3 bir WindShaper, 6 modül genişliğinde ve 3 modül yüksekliğinde olacaktır.
Her rüzgar modülü yaklaşık 25 x 25 cm ölçülerindedir ve 9 ayrı rüzgar pikseli içerir. Her rüzgar pikseli ayrı ayrı kontrol edilir ve iki fan içerir. Fanlar, WindShaper'ın boyutuna bağlı olarak, bir yakınlaştırıcı ile 16 m/s'ye (36 mph) veya 45 m/s'ye (100 mph) kadar rüzgar hızı üretebilir.
Şekil 2: Bir rüzgar modülü ve rüzgar pikseli etiketli 2 x 2 WindShaper
Her fan hız ve zamanlama açısından ayrı ayrı programlanabilir, böylece kullanıcının 3D rüzgar profilleri oluşturmasına olanak tanır. Bunu Bölüm 3'te daha ayrıntılı olarak ele alacağız.
Ana fan duvarına (1) ek olarak kullanıcılar, çapraz rüzgarlar oluşturmak, köşeleri simüle etmek ve test olanaklarını çeşitlendirmek için yan duvarlar (2) ekleyebilirler. Diğer ana bileşenler, aşağıda Şekil 3'te görüldüğü gibi güç dağıtım kutuları (3) ve yerleşik bilgisayarı (4) içerir.
Şekil 3: Bir WindShaper'ın yapısı
Muhtemelen fark ettiğiniz gibi, bu WindShaper'lar her şekil ve boyutta gelir - bazıları masanıza sığabilirken diğerleri kendi laboratuvar alanlarını gerektirir.
2. WindShaper nasıl kontrol edilir
WindShaper, aşağıda (Şekil 4) kullanıcı arayüzü gösterilen WindControl yazılımı ile kontrol edilir. En sağdaki PWM lejantı sağlanan gücü gösterir ve her açık mavi kare tek bir rüzgar pikselini (fan ünitesini) temsil eder. Makinede kullanılan fanlar, fan katmanları adı verilen iki katmanlı, zıt yönde dönen rotorlardan oluşur. Varsayılan olarak her iki katman da aynı hıza veya PWM değerine ayarlanır. Bu, en iyi performansı ve en düşük türbülans seviyesini sağlar, ancak istenirse fan katmanları bağımsız olarak kontrol edilebilir.
Bu özel WindShaper'da, 12 modül genişliğinde ve 8 modül yüksekliğinde bir ana duvar ve 2 modül x 8 modül ölçülerinde iki yan duvar bulunur, bu da size toplam 1008 rüzgar pikseli veya 2016 ayrı ayrı kontrol edilebilir fan sağlar. Her üç duvar da manuel kontrol veya gelişmiş Python API'si kullanılarak eş zamanlı olarak kontrol edilebilir.
Şekil 4: WindControl yazılımı arayüzü
Duvarı manuel olarak kontrol etmek, ayrı pikseller (veya piksel grupları) için hız değerlerini girmek kadar basittir ve bunlar hemen etkinleştirilir. Kullanıcı bir piksel grubuna giden gücü değiştirmeye hazır olduğunda, yalnızca o pikselleri seçer ve yeni bir değer girer, böylece WindShaper'ın dinamik kontrolünü sağlar. Ayrıca makinenin herhangi bir sabit veya zamana bağlı rüzgar profilini yeniden üretmesi için bir matematiksel fonksiyon da girebilirsiniz.
Makineyle birlikte kullanıcıya otomatik testler programlamasına olanak tanıyan bir Python API'si de sağlanır. Rüzgar akışı önceden tasarlanır ve müdahale olmadan bağımsız olarak çalışır. Bu, kullanıcının hava aracını / kanadı kontrol etmeye veya testi gözlemlemeye odaklanmasına olanak tanır. Python API'si ayrıca kullanıcıların daha karmaşık akışlar oluşturmasına ve WindShaper'ı doğrudan diğer sistemlerle (drone, takip kameraları, bağlı problar vb.) arayüzlendirmesine olanak tanır.
Testler tamamlandığında, her rüzgar modülünden gelen veriler, WindShaper'ın performansı ve durumu hakkında zaman damgalı bilgiler içeren bir zip klasörüne ana bilgisayara aktarılabilir.
3. Ne Tür Rüzgar Şekilleri Üretebilirim?
Bir WindShaper ile hem sabit hem de zamana bağlı birçok rüzgar durumu oluşturabilirsiniz. İşte tek başına veya kombinasyon halinde kullanılabilecek temel rüzgar şekli kategorilerinden bazıları.
Sabit Akış
Bu ayar, bir drone'un aerodinamiğini değerlendirmek için harika olan, geleneksel bir rüzgar tünelinde görme olasılığınızın en yüksek olduğu sabit akışı taklit eder. Sabit bir durum, WindShaper'ın akış hızını drone'un durgun havada seyahat edeceği hıza ayarlarken, drone'un yer seviyesinin üzerinde konumunu korumasıyla oluşturulur. Bu senaryoda, drone tarafından görülen göreceli rüzgar hızı, drone'un uçacağı hıza eşittir. Daha düşük türbülans seviyesine sahip bir rüzgar akışı elde etmek için bir akış düzeltici kullanılabilir.
Şekil 5: Sabit rüzgarda uçan bir drone
Türbülanslı Akış
Türbülanslı akış, bir drone'un hava durumu ve topografya nedeniyle çalışma ortamında karşılaşma olasılığının yüksek olduğu koşulları simüle etmek için idealdir. Drone'ların genellikle uçtuğu irtifada, laminer akış deneyimlemeleri pek olası değildir. Bu test ayarında, türbülans seviyesi her rüzgar pikseline iletilen gücü modüle ederek kontrol edilebilir. Türbülans seviyesi WindShaper genelinde eşit veya test alanının her bölümünde farklı olabilir.
Şekil 6: Türbülanslı rüzgar koşullarında uçan bir drone
Kayma Akışı
'Kayma akışı' terimi, bitişik akışkan katmanlarının birbirine paralel olarak farklı hızlarda hareket ettiği bir rüzgar profilini tanımlar. Bu, duvarların, bitki örtüsünün yakınında veya belirgin termal etkilerin olduğu bölgelerde akış kararsızlıklarına yol açabilir. Bu, bir fan dizisindeki rüzgar piksellerini düşük rüzgar hızına ayarlayarak ve bitişik bir fan dizisindeki rüzgar piksellerini daha yüksek rüzgar hızına ayarlayarak simüle edilebilir. Bu teknoloji ayrıca kullanıcıların, geleneksel rüzgar tünellerinde bulunan pürüzlülük blokları veya kuleler gibi geleneksel sınır tabakası oluşturucuları kullanmaya ihtiyaç duymadan bir sınır tabakası oluşturmalarını kolaylaştırır.
Şekil 7: Rüzgar kayması olan bir ortamda uçan bir drone grubu
Zamana Bağlı Akış
Zamana bağlı akışlarla, her rüzgar pikselinin rüzgar hızını zaman içinde değiştirerek benzersiz rüzgar profilleri oluşturabilirsiniz. Belirli bir rüzgar pikseli 2 m/s ile başlayabilir, 10 m/s'ye çıkabilir, ardından tekrar 2 m/s'ye dönebilir ve bu şekilde devam edebilir. Bu kontrol seviyesiyle, bir aracın bir drone'un yanından geçmesi gibi gerçek hayattaki uçuş koşullarını simüle eden rüzgar şekilleri oluşturabilirsiniz.
Şekil 8: Bir kamyonun arkasından uçan bir drone'un maruz kaldığı rüzgar hızı değişir
Rüzgar Hamlesi
Rüzgar hızındaki ani değişiklikler (hamleler), bir drone'un yön bulması için zorlayıcı olabilir. Hamleler, rüzgar piksellerinden gelen rüzgar hızındaki hızlı değişikliklerle simüle edilebilir. Bu, drone yer değiştirmesini veya hamlelere karşı direncini ve uçuş kontrolcüsünün tepkiselliğini incelemenize olanak tanır. WindShaper'a ek yan duvarlar eklemek, hamleleri ve çapraz rüzgarları simüle etmenin bir başka yoludur.
Şekil 9: Bir drone bina etrafında uçarken rüzgar hamlesine maruz kalır
Dikey Rüzgar / İniş Aşaması Optimizasyonu
İniş sırasında drone'lar, kendi oluşturdukları hava akımı (aşağı yönlü hava akışı) nedeniyle aşağıdan gelen göreceli bir rüzgara maruz kalır ve bu da kararsız bir duruma yol açar. Bu durumu simüle etmek için WindShaper yatay olarak yerleştirilir ve drone'un aşağı yönlü hava akışına eşdeğer bir rüzgar akışı üretir.
Şekil 10: Kalkış ve iniş pratiği yapan bir drone
Gördüğünüz gibi, bu WindShaper'lar ile üretebileceğiniz çok çeşitli rüzgar şekilleri vardır ve bu makale bunların hepsini bile kapsamıyor. Aklınızda belirli bir test türü varsa, satış departmanımızla iletişime geçin ve bunun mümkün olup olmadığını görün.
4. Avantajlar ve Dezavantajlar
Drone testi ve doğrulaması için bir WindShaper ile çalışmanın çeşitli avantajları ve dezavantajları vardır. İşte en önemlilerinden bazıları:
Avantajlar
- Testlerin kontrol edilebilirliği ve tekrarlanabilirliği: açık havada bir test uçuşu gerçekleştirirken hava durumu ve rüzgar öngörülemez olabilir, bu da tekrarlanabilir sonuçlar elde etmeyi zorlaştırır. Bir WindShaper ile rüzgar koşullarınızı aynı testi tekrar tekrar gerçekleştirmek üzere programlayabilirsiniz.
- Kolaylık: WindShaper tekerlekli olduğu için kolayca taşınabilir ve gerektiği yere konumlandırılabilir. Ayrıca kompakt şekli sayesinde çok az depolama alanı kaplar.
- Geniş test alanı: WindShaper'ın modüler tasarımı, ihtiyacınız olan büyüklükte bir test alanı oluşturabileceğiniz anlamına gelir. Bu, tam boyutlu hava araçlarını veya formasyon uçuşunu test etmek için birden fazla hava aracını test etmenize olanak tanır.
- Zamana bağlı akışlar: her rüzgar pikseli ayrı ayrı kontrol edildiği için, test alanında zamana bağlı akışlar oluşturmak mümkündür; bu, geleneksel bir rüzgar tünelinde tek bir fan kullanıldığında mümkün değildir. Bu, hem zaman hem de uzayda değişen karmaşık atmosferik akışların yeniden üretilmesi olasılığını ekler.
- Serbest uçuş testi: WindShaper'ın tasarımı, drone'un programlanan rüzgar akışı içinde kalarak önünde uçabileceği yeterli alan sağlar. Bu, drone'un tünelde sabit durmasını veya bir şekilde bağlanmasını gerektiren çoğu geleneksel rüzgar tüneliyle tezat oluşturur.
- Sınırsız test olasılığı: her rüzgar pikseli ayrı ayrı kontrol edildiği için, türbülans, hamleler, termal etkiler ve daha fazlasındaki varyasyonlar dahil olmak üzere neredeyse sınırsız sayıda test olasılığı vardır
- Tek bir cihazda yatay ve dikey test: WindShaper'ın ek eğim yeteneği sayesinde hem yatay hem de dikey rüzgar kaynağı olarak kullanılabilir. Geleneksel bir rüzgar tüneliyle bu, iki ayrı tesis inşa etmeyi gerektirirdi.
- İhtiyaç anında homojenlik: akış homojenliği, geleneksel rüzgar tünellerinin aksine, test bölümü boyunca mükemmel olarak düz bir profil sağlamak için yazılımla ayarlanabilir.
Şekil 11: 8 x 8 WindShaper ile quadcopter testi
Dezavantajlar
- Rüzgar hızı sınırlıdır: WindShaper rüzgar duvarları 20 m/s'ye (45 mph) kadar maksimum rüzgar hızına veya bir yakınlaştırıcı ile 58 m/s'ye (130 mph) kadar izin verir. Bu, çoğu drone'u test etmek için uygun olsa da, transonik veya süpersonik hızlara ulaşmaz.
- Türbülans seviyesi: havacılık sınıfı rüzgar tünelleriyle karşılaştırıldığında, bir WindShaper'ın türbülans yoğunluğu o kadar düşük değildir (yaklaşık %5). Ancak türbülans seviyesini %1'in altına düşürmek için isteğe bağlı bir akış filtresi (bkz. Bölüm 5) kullanılabilir.
- Gürültü: küçük fanları nedeniyle WindShaper'lar, geleneksel rüzgar tünellerine kıyasla daha yüksek frekanslı gürültü üretecektir. Ancak bu gürültü yüksek frekanslı olduğu için çok uzağa yayılmaz ve bir beton duvar veya bir çift kulak tıkacıyla kolayca durdurulabilir (tüm bir binayı sarsabilen ve düzgün çalışmak için sönümleyicilere ihtiyaç duyan diğer büyük rüzgar tünelleriyle karşılaştırıldığında).
5. Uyumlu Sistemler
WindShaper, drone testlerinizi geliştirebilecek birkaç tamamlayıcı sisteme sahiptir. Bu eklentilerden herhangi biri hakkında daha fazla bilgi için satış ekibimizle iletişime geçin:
İtki Test Standı
WindShaper'lar, itki sisteminiz farklı rüzgar koşullarına maruz kalırken performans verilerini kaydetmenize olanak tanımak için bir ölçüm test standı ile eşleştirilebilir. 2 x 2 WindShaper İstasyonu özellikle bu uygulama için üretilmiştir ve 5 kgf itki üreten, 16” çapına kadar motor ve pervaneleri test etmenize olanak tanır.
Şekil 12: 2 x 2 WindShaper İstasyonu
Daha büyük drone'lar için özel boyutlu bir WindShaper ile daha büyük bir test standı da kullanabilirsiniz. Örneğin, Flight Stand, tekli veya eş eksenli motor kurulumları için 15 veya 50 kgf itkiyi ölçmek üzere iki boyutta gelir.
Bir itki test standı, sisteminizin itki, tork, devir, güç ve verimliliğini uçuşunuzun her aşamasında ölçmenize olanak tanır.
Konverjan
Konverjan bir cihaz, maksimum rüzgar hızınızı 16 m/s'den (36 mph) 45 m/s'ye (100 mph) kadar artırmanıza olanak tanır. Konverjan, WindShaper'ın önüne takılır ve yüksek hızlı havayı kapalı bir test alanından geçirir. WindShaper'ın boyutuna bağlı olarak bu cihazın test alanı boyutunuzu küçülteceğini unutmayın. Test bölümünden sonra bir diverjan eklemek (Şekil 14'te olduğu gibi), rüzgar hızını 55 m/s'nin (135 mph) üzerine daha da çıkarabilir.
Akış Filtresi / Türbülans Azaltma
İstenmeyen türbülansı azaltmak ve düşük türbülans yoğunluğu sağlamak için WindShaper'ınıza bir akış filtresi eklenebilir. Bu özellik, hava akışının eşit olmasını sağlar ve daha düşük sinyal-gürültü oranından yararlanabilen kuvvet veya basınç ölçümleriyle yapılan daha geleneksel aerodinamik testleri için harika bir seçenektir.
Şekil 15: Türbülansı azaltmak için filtreye sahip 6 x 3 WindShaper
Eğme mekanizması
Eğme mekanizması eklentisi, WindShaper'ınızı 90 derece döndürmenize olanak tanır, böylece dikey olarak durabilir veya yatay olarak yerleştirilebilir. Bu, termiklerin ve yer etkisinin etkilerini simüle etmek ve farklı koşullarda iniş pratiği yapmak için harika bir kurulumdur. Sadece drone'unuzun performansını ölçmek için değil, aynı zamanda pilotlarınızın becerilerini geliştirmelerini sağlamak için de bir araçtır.
Sonuç
Aklınızda kalan herhangi bir soru varsa aşağıda bize bir yorum bırakın, size mutlaka geri döneceğiz.
Bir WindShaper satın almakla ilgileniyorsanız, satış ekibimizden teklif isteyebilirsiniz.