Alman Havacılık ve Uzay Merkezi (DLR), “optik hava verileri” terimi altında, lazer tabanlı yöntemler kullanarak önemli uçuş verilerinin belirlenmesi üzerinde çalışıyor. Bunlar, örneğin uçuş yüksekliği, hız ve tırmanma ve alçalma oranını içerir. Bu yeni yaklaşım, uçuş verilerinin daha güvenilir bir şekilde belirlenmesini mümkün kılıyor ve sensörlerin ayarlanması ve ayarlanması için gereken çabayı önemli ölçüde azaltıyor. Lazer sensörlerin diğer bir avantajı: Ölçüm sinyali, sensörün düzgün çalışıp çalışmadığını anında gösterir. Bu, geleneksel sensörlerde her zaman böyle değildir. Örneğin, kirli veya buzlanmış olabilirler ve yine de yanlış olan bir ölçüm değeri verebilirler. Şimdiye kadar, havacılığın başlangıcından bu yana çok az değişen, uçaklarda sıklıkla kullanılan mekanik işlemler gibi.
Nisan 2022’de, DLR Propulsion Technology Enstitüsü ve DLR Uçuş Deneyleri tesisinin desteğiyle DLR Teknik Fizik Enstitüsü’nden proje ekibi önemli bir dönüm noktasına ulaştı: İlk kez DLR araştırma uçağında üç alet Falcon, Oberpfaffenhofen Havalimanı’ndan havalandı. O zamandan beri değerlendirilen verilerin de gösterdiği gibi, DLR tarafından yeni geliştirilen teknoloji ilk pratik testini başarıyla geçti.
Daha doğru ve güvenilir uçuş verileri için üç lazer tabanlı alet
Toplam altı uçuş sırasında, DLR araştırmacıları yaklaşık 20 saat boyunca veri toplamayı ve sensörlerin işlevini gözlemlemeyi başardı. Üç alet bir lazer Doppler anemometre, bir saçılma ölçer ve bir lazer spektrometre içeriyordu. “Lazer Doppler anemometre bağıl rüzgar hızını ölçer. Böylece, ne kadar hızlı uçtuğunuz ve hava akışına hangi açıda uçtuğunuz konusunda açıklamalar yapılmasına olanak sağlıyor,” diyor proje yöneticisi Dr. Oliver Kliebisch. “Bilgi elde etmek için filtrelenmiş Rayleigh saçılımını ölçmek için özel bir lazer sensörü kullanıyoruz. uçağın dışındaki sıcaklık hakkında. Ve lazer absorpsiyon spektroskopisini kullanarak, hava basıncını ve dolayısıyla uçuş irtifasının yanı sıra tırmanma ve alçalma oranını da belirleyebiliyoruz.” İlk iki yöntemde aletler, uçağın etrafındaki havaya bir lazer ışını yayar. Lazer Doppler anemometrisi, lazer ışınının havadaki parçacıklar tarafından saçılmasını inceler. Rayleigh saçılmasının analizi, lazer ışınının oradaki moleküller tarafından saçılmasını kullanır. Üçüncü yöntemde alet, uçağın arka tarafına bir lazer ışını gönderir ve ardından atmosferdeki oksijen moleküllerinin bu lazer ışınını ne kadar güçlü emdiğini analiz eder.
Aletlerin laboratuvar tezgahından araştırma uçağına taşınmasına izin verilmeden önce yapılması gereken çok şey vardı: Bilim adamları, DLR tesisi Uçuş Deneyleri geliştirme departmanı ve SII Almanya mühendislik ofisi ile birlikte deneylerin tasarımını belirlediler. Bunu yapmak için, aletlerin boyutunu uçaktaki ölçüm raflarına yerleştirilebilecek şekilde küçültmek zorunda kaldılar. Sıcaklık ve basınçtaki farklılıkların yanı sıra uçuş sırasındaki titreşimlerin yeni sensörleri etkilemesine izin verilmedi. Aynı zamanda lazer esaslı ölçüm aletleri, hava aracının aletlerine müdahale etmemelidir. Ayrıca ekip, sensörler için özel ataşmanlar geliştirdi. Bunların ayrıntılı olarak belgelenmesi, açıklanması ve onay için ayrı bir uçuşta test edilmesi gerekiyordu.
Atmosferi anlatan Oliver Kliebisch, “Bütün bu hazırlık çalışmalarından sonra her şey başladığında ve enstrümanlarımızla ilk kez yola çıktığımızda, bu çok özel bir andı,” diyor. Her uçuş için ekibinden üç kişi uçakta bulunuyordu: Kokpitten çıktıktan sonra aletleri çalıştırdılar, küçük ayarlamalar yaptılar, sensörlerin çalışmasını ve verilerin kaydını izlediler. Bu tür girişimler, yalnızca hava trafik kontrolü tarafından özel olarak açılmış ve diğer uçaklara kapalı bir hava koridorunda mümkündür. Aynı zamanda iki pilot için özel bir kampanyaydı. Çünkü sensörler, her uçağın teknolojik çekirdeğinin bir parçasıdır. Çok daha kesin ve güvenilir bilgi vaat eden lazer tabanlı yani optik aletlerle tamamen yeni bir yaklaşımı test etmek de onun için heyecan verici.
DLR araştırmacısı Kliebisch, “Uçuşlar sırasında çok büyük miktarda veri topladık ve bu teknolojinin çalışma prensibinin işe yaradığını gösterdik” diye özetliyor. Özellikle lazer Doppler anemometrisi, havada lazer ışığını dağıtabilecek daha az partikülün bulunduğu bulutlarda ve çok yüksek rakımlarda bile hemen ikna ediciydi. Ekip ayrıca lazer absorpsiyon spektroskopisinin ilk sonuçlarından da memnun kaldı. “Cihaz iyi çalıştı, uçuş irtifası bu şekilde ölçülebiliyor. Bazen bulutların arasından uçarken hala bazı sorunlar yaşıyorduk. Bir sonraki adımda bunu daha yakından incelemek istiyoruz” diyor Oliver Kliebisch.
Allgäu üzerindeki ilk uçuş seferinin ardından, bir sonraki eylemin Ekim 2022 için planlanması planlanıyor: Bu, ekibi kuzey Almanya’ya ve ayrıca denizin üzerine götürmeli. Bu, lazer tabanlı süreçleri mümkün olduğu kadar çok farklı koşulda test etmelerine olanak tanır. Hedef açık: “Teknolojiyi daha da geliştirmek, daha hassas hale getirmek ve minyatürleştirmeyi ilerletmek istiyoruz” diye özetliyor proje yöneticisi Kliebisch. Bir takip projesi de planlanmaktadır.
Nisan 2022’de, DLR Propulsion Technology Enstitüsü ve DLR Uçuş Deneyleri tesisinin desteğiyle DLR Teknik Fizik Enstitüsü’nden proje ekibi önemli bir dönüm noktasına ulaştı: İlk kez DLR araştırma uçağında üç alet Falcon, Oberpfaffenhofen Havalimanı’ndan havalandı. O zamandan beri değerlendirilen verilerin de gösterdiği gibi, DLR tarafından yeni geliştirilen teknoloji ilk pratik testini başarıyla geçti.
Daha doğru ve güvenilir uçuş verileri için üç lazer tabanlı alet
Toplam altı uçuş sırasında, DLR araştırmacıları yaklaşık 20 saat boyunca veri toplamayı ve sensörlerin işlevini gözlemlemeyi başardı. Üç alet bir lazer Doppler anemometre, bir saçılma ölçer ve bir lazer spektrometre içeriyordu. “Lazer Doppler anemometre bağıl rüzgar hızını ölçer. Böylece, ne kadar hızlı uçtuğunuz ve hava akışına hangi açıda uçtuğunuz konusunda açıklamalar yapılmasına olanak sağlıyor,” diyor proje yöneticisi Dr. Oliver Kliebisch. “Bilgi elde etmek için filtrelenmiş Rayleigh saçılımını ölçmek için özel bir lazer sensörü kullanıyoruz. uçağın dışındaki sıcaklık hakkında. Ve lazer absorpsiyon spektroskopisini kullanarak, hava basıncını ve dolayısıyla uçuş irtifasının yanı sıra tırmanma ve alçalma oranını da belirleyebiliyoruz.” İlk iki yöntemde aletler, uçağın etrafındaki havaya bir lazer ışını yayar. Lazer Doppler anemometrisi, lazer ışınının havadaki parçacıklar tarafından saçılmasını inceler. Rayleigh saçılmasının analizi, lazer ışınının oradaki moleküller tarafından saçılmasını kullanır. Üçüncü yöntemde alet, uçağın arka tarafına bir lazer ışını gönderir ve ardından atmosferdeki oksijen moleküllerinin bu lazer ışınını ne kadar güçlü emdiğini analiz eder.
Aletlerin laboratuvar tezgahından araştırma uçağına taşınmasına izin verilmeden önce yapılması gereken çok şey vardı: Bilim adamları, DLR tesisi Uçuş Deneyleri geliştirme departmanı ve SII Almanya mühendislik ofisi ile birlikte deneylerin tasarımını belirlediler. Bunu yapmak için, aletlerin boyutunu uçaktaki ölçüm raflarına yerleştirilebilecek şekilde küçültmek zorunda kaldılar. Sıcaklık ve basınçtaki farklılıkların yanı sıra uçuş sırasındaki titreşimlerin yeni sensörleri etkilemesine izin verilmedi. Aynı zamanda lazer esaslı ölçüm aletleri, hava aracının aletlerine müdahale etmemelidir. Ayrıca ekip, sensörler için özel ataşmanlar geliştirdi. Bunların ayrıntılı olarak belgelenmesi, açıklanması ve onay için ayrı bir uçuşta test edilmesi gerekiyordu.
Atmosferi anlatan Oliver Kliebisch, “Bütün bu hazırlık çalışmalarından sonra her şey başladığında ve enstrümanlarımızla ilk kez yola çıktığımızda, bu çok özel bir andı,” diyor. Her uçuş için ekibinden üç kişi uçakta bulunuyordu: Kokpitten çıktıktan sonra aletleri çalıştırdılar, küçük ayarlamalar yaptılar, sensörlerin çalışmasını ve verilerin kaydını izlediler. Bu tür girişimler, yalnızca hava trafik kontrolü tarafından özel olarak açılmış ve diğer uçaklara kapalı bir hava koridorunda mümkündür. Aynı zamanda iki pilot için özel bir kampanyaydı. Çünkü sensörler, her uçağın teknolojik çekirdeğinin bir parçasıdır. Çok daha kesin ve güvenilir bilgi vaat eden lazer tabanlı yani optik aletlerle tamamen yeni bir yaklaşımı test etmek de onun için heyecan verici.
DLR araştırmacısı Kliebisch, “Uçuşlar sırasında çok büyük miktarda veri topladık ve bu teknolojinin çalışma prensibinin işe yaradığını gösterdik” diye özetliyor. Özellikle lazer Doppler anemometrisi, havada lazer ışığını dağıtabilecek daha az partikülün bulunduğu bulutlarda ve çok yüksek rakımlarda bile hemen ikna ediciydi. Ekip ayrıca lazer absorpsiyon spektroskopisinin ilk sonuçlarından da memnun kaldı. “Cihaz iyi çalıştı, uçuş irtifası bu şekilde ölçülebiliyor. Bazen bulutların arasından uçarken hala bazı sorunlar yaşıyorduk. Bir sonraki adımda bunu daha yakından incelemek istiyoruz” diyor Oliver Kliebisch.
Allgäu üzerindeki ilk uçuş seferinin ardından, bir sonraki eylemin Ekim 2022 için planlanması planlanıyor: Bu, ekibi kuzey Almanya’ya ve ayrıca denizin üzerine götürmeli. Bu, lazer tabanlı süreçleri mümkün olduğu kadar çok farklı koşulda test etmelerine olanak tanır. Hedef açık: “Teknolojiyi daha da geliştirmek, daha hassas hale getirmek ve minyatürleştirmeyi ilerletmek istiyoruz” diye özetliyor proje yöneticisi Kliebisch. Bir takip projesi de planlanmaktadır.