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成功案例| Kistler为Airbus空客无人驾驶飞机系统Zephyr提供地面和飞行测试的测量技术

成功案例| Kistler为Airbus空客无人驾驶飞机系统Zephyr提供地面和飞行测试的测量技术

Kistler为Airbus空中客车公司的一项革命性的航空航天开发项目提供了两个高精度加速度计,为飞行器设计提供了关键数据。这些非常小而轻的传感器——其中一个能够在平流层的压力和温度条件下工作——为进一步加强Zephyr平台铺平了道路。

高空平台站(HAPS)是全球基础设施中的一个缺失环节,旨在为地球上任何地方提供先进的互联和观测能力。与传统的飞机和普通的无人驾驶飞机系统(UAS)不同,HAPS被设计成可以在平流层中连续运行数月。世界上最先进的HAPS之一是空客的Zephyr——以古希腊风神命名——它保持着最长平流层飞行的世界纪录:25天23小时57分钟。

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Zephyr是一个高空平台站(HAPS),由空中客车公司设计,用于加强互联和地球观测,并在Kistler测量技术的帮助下开发

凭借其两个核心功能,即地球观测和互联,Zephyr——其生产设施位于其最初发明的发源地英国范堡罗——它能彻底改变全球市场和互联。38亿人仍然无法连接互联网,许多偏远地区的基础设施和电力稳定性不足。有一天,Zephyr将为他们提供直接到设备的、低延迟、可靠和无缝的互联。关于地球观测,Zephyr提供了一个介于飞机、无人机系统和卫星之间的补充解决方案,因为它能够提供高分辨率、准实时的图像和视频服务,24/7的监测,并且非常灵活,能重新分配任务。但是,哪些技术在这里发挥了作用,使这一切成为可能?

小而轻的传感器设计,具有全面的精度

Zephyr是一种超轻量的太阳能电动HAPS,翼展25米,重量不到75公斤。它由太阳能驱动,作为一个持久的平台——预计可在7万英尺高空停留数月,那里的压力和温度比地面条件更类似于太空。Zephyr的开发经过了最先进的测试程序,以验证其在平流层的安全运行。出于地面和飞行测试的目的,空客使用奇石乐的加速度计,其测量链小而轻。

地面测试确保了在飞行前通过子系统设计的功能和质量标准,而飞行测试能够获取飞行中的数据,以验证操作的最高要求。

“我们在推进系统的地面测试中使用了奇石乐加速度计和数据采集设备来验证需求。在飞行过程中,我们使用一台略有不同的奇石乐仪器进行动态数据采集,作为我们飞行测试仪器系统的一部分。”

空客Zephyr首席推进工程师 Diogo Sousa

经过极端冷藏后确认了完全的操作功能

这两种解决方案都是基于奇石乐的8793A K-剪切加速度计。这种用于冲击和振动测量的三轴IEPE传感器的低温版本可以在低至零下195°C的条件下运行,使其成为在平流层极寒环境下进行飞行测试的理想解决方案。然而,正如奇石乐的应用工程师Sharon Turner所解释的,有一个挑战需要克服。"Zephyr团队希望能够在飞行中关闭传感器,以节省电池电量。尽管该传感器在零下196°C的温度下也能幸运地工作,但我们测试的最低储存温度只有零下75°C—我们从未预料到有人会想在零下195°C时恢复供电。此外,我们没有内部能力来测试低于零下150℃的温度。因此,我们与我们在美国的同事仔细研究了设计,并得出结论,我们有信心它应该能够恢复供电并完美地工作,但我们无法证明这一点。因此,空客公司进行了低温试验,该装置确实完美地工作,对性能没有任何不利的影响"。

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奇石乐公司的低温K-剪切IEPE加速度计是空客公司HAPS Zephyr的飞行测试设备的一部分,用于在平流层中持续运行

Zephyr的测量链由奇石乐的定制电缆解决方案完成,用于地面试验的是实验室电荷放大器5165A LabAmp。这种多功能的高端信号调节和数据采集解决方案有一个或四个通道,它能与许多不同的传感器类型一起操作—不仅仅是奇石乐的产品。Sousa再次表示。"我们已经成功地在飞行和地面测试中使用奇石头仪器进行数据采集。Zephyr团队寻求对空客世界领先的固定翼HAPS平台的持续发展。对此,意味着数据采集和分析对于验证新的颠覆性设计和技术是最重要的"。LabAmp的编程可以在一个浏览器窗口上舒适地完成,对于更高的通道数,多台设备可以通过菊花链连接,包括通过PTP(精确时间协议)进行同步。"除了灵活的界面,我们对测量精度和奇石乐的服务也非常满意。更重要的是,小而轻的传感器设计是飞行设备的关键," Sousa解释说。

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奇石乐的8793A K-剪切加速度计是一种用于冲击和振动测量的轻小型石英传感器—用于空客Zephyr项目的低温版本(最低温度-195℃)

与高空平台站一起前进

空客Zephyr在不久的将来将如何发展,未来的目标有哪些?据Zephyr项目负责人Simon Taylor说,主要着眼于进一步的飞行活动和客户合作,以提高成熟度和操作准备度。他评论说。"通过与奇石乐的合作,我们实现了对Zephyr成功至关重要的两个基本要素:精度和质量最小化。基于高质量数据通过继续开发我们的技术,我们越来越接近系统的成熟度和操作的现实"。

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空客Zephyr的地面和飞行测试的数据采集是使用奇石乐的实验室电荷放大器LabAmp 5165A进行的,它具有灵活的用户界面和菊花链功能

然而,还有一个重要的非技术方面需要考虑:平流层飞行是相当新的,因此,法规正在确定中,一些初步的原则需要进一步阐述;它需要战略合作和发展,以实现有效的共同操作程序。这就是为什么空中客车公司是HAPS联盟的执行成员,该联盟联合了电信、技术、航空和航天方面的公司,以促进平流层的HAPS并使之大众化。重要的里程碑包括法规、频率分配、共同标准和互用性——尤其是提高全球对HAPS技术能够为人类带来的好处的认知。

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王静
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