Door NASA ontwikkeld hulpmiddel voor het testen van geluid breidt het gebruik uit buiten vliegtuigen

De WirelessArray, ontwikkeld door Interdisciplinaire Consulting Corporation (IC2), hier opgesteld voor een testvlucht in het Langley Research Center, maakt vliegtesten voor drones snel en kosteneffectief. (Afbeelding:NASA)

Vliegtuigfabrikanten die geluidstests uitvoeren op nieuwe vliegtuigen hebben nu een veel goedkopere optie dan traditionele bedrade microfoonarrays. En het is gevoelig genoeg om boeren met plaagproblemen te helpen. De draadloze microfoonarray die een bedrijf onlangs met hulp van NASA heeft gemaakt, kan gewasbedreigende insecten lokaliseren door te luisteren naar het geluid dat ze in velden maken. En nu maakt het snel en betaalbaar testen bijna overal mogelijk.

Sinds de introductie van zijn eerste commerciële product in 2017, een sensor voor windtunneltesten ontwikkeld met uitgebreide hulp van NASA, heeft Interdisciplinaire Consulting Corporation (IC2) zijn personeelsbestand verdubbeld en is verhuisd naar een grotere laboratorium- en kantoorruimte om zijn nieuwe WirelessArray-product te produceren. NASA's Langley Research Center in Hampton, Virginia, geïnteresseerd in het betaalbaarder maken van zijn eigen vliegproeven, ondersteunde dit nieuwe project ook met meerdere Small Business Innovation Research (SBIR)-contracten en deskundig advies.

De door IC2 ontwikkelde WirelessArray maakt gebruik van zelfaangedreven, weerbestendige knooppunten, zoals deze, om ruis te detecteren. De microfoon kan worden vervangen door andere sensoren om gegevens voor een dag, een week of zelfs het hele jaar door te verzamelen. Zonnepanelen aan de bovenkant voeden de interne batterij en de gegevens worden intern op een geheugenkaart opgeslagen. (Afbeelding:Interdisciplinaire Consulting Corporation)

Het resultaat is een reeks kleine, schotelvormige basissen uitgerust met meerdere sensoren die de luchtdrukveranderingen meten die worden veroorzaakt door luchtgeluiden. Vliegtuigen ondergaan geluidstests en vereisen certificering, zodat ze het door de FAA vastgestelde geluidsniveau voor het lichaamstype niet overschrijden. Wanneer een vliegtuig recht boven ons vliegt, verzamelt de array geluidsgegevens om een ​​tweedimensionale kaart van de geluidsdruk en de bron ervan op te bouwen. Een softwarepakket op maat vertaalt die informatie naar de eindgebruiker.

Dankzij de steun van NASA wordt het meer betaalbare testinstrument ook toegepast buiten vliegtuigen, van het monitoren van dieren tot het opwekken van schone energie.

NASA Aeronautics heeft altijd bekabelde systemen gebruikt om dezelfde gegevens te verzamelen, maar zag het potentieel voor een minder omslachtige aanpak, zegt Tony Humphreys, hoofdingenieur bij Langley’s Measurement Sciences. Humphreys hield toezicht op de WirelessArray SBIR-contracten en leverde ook advies en zelfs een prototype van het apparaat dat het bedrijf als uitgangspunt gebruikte.

"Voorheen, toen we naar Edwards Air Force Base gingen voor een reeks vliegproeven, gebruikten we een grote reeks met honderden sensoren. We hadden ongeveer 24 kilometer aan bekabeling om ze allemaal aan te sluiten, en het kostte een bemanning van zes mensen drie dagen om op te zetten en af te breken", zei hij. De kabels moesten in een specifiek patroon worden geplaatst om overlapping te voorkomen, en als het regende, moest elke sensor worden afgedekt om hem tegen neerslag te beschermen. Meerdere semi-vrachtwagens vervoerden al die apparatuur, samen met stroomgeneratoren, serverrekken en andere apparatuur.

Daarentegen arriveerden twee IC2-medewerkers op Langley's vliegtestterrein in een minibusje met alle hardware die nodig was om het WirelessArray-systeem te testen. Toch zei Humphreys dat de gegevens die door het kleinere draadloze systeem werden gegenereerd, vergelijkbaar waren met die van een conventioneel systeem.

De vliegtesten die NASA en commerciële luchtvaartmaatschappijen uitvoeren met een bekabeld systeem zijn zo duur dat het meestal buiten bereik is voor kleinere bedrijven, zegt Chip Patterson, vice-president van IC2, gevestigd in Gainesville, Florida. Deze technologie, ontworpen om te voldoen aan de specificaties van NASA, brengt daar verandering in. Of u nu één of honderd van de sensornodes gebruikt, iedereen kan het zich veroorloven om vliegproeven te doen.

Met testvluchten kunnen vliegtuig- en dronefabrikanten identificeren welke delen van het vliegtuig het meeste lawaai veroorzaken. Het gebruik van honderden bedrade microfoons maakt het een duur en tijdrovend proces om het ontwerp te verbeteren om aan de geluidseisen te voldoen. (Afbeelding:NASA)

“Elk knooppunt bevat een klein computersysteem”, zegt Patterson. "Het kan gegevens verzamelen en opslaan in het geheugen op een SD-kaart. Het heeft ook een kleine webserver waarmee de eindgebruiker het kan porren en kan vragen om de acquisitie te starten, de opname te stoppen, bestanden te downloaden, de batterijstatus te controleren en meer."

Een traditioneel bekabeld systeem vereist het gelijktijdig en onmiddellijk downloaden van alle gegevens, wat betekent dat de array beperkt is tot de capaciteit van de harde schijven waarop deze wordt aangesloten. Het kleinere systeem van IC2 verkrijgt aanzienlijk grotere datasets, waardoor die gegevens in elk knooppunt kunnen blijven totdat ze worden verzameld. Als er bijvoorbeeld één enkel knooppunt in het veld wordt geplaatst om gedurende meerdere maanden geluidsmetingen in de gemeenschap te verzamelen, is het niet nodig om dagelijks naar de locatie te gaan om metingen te downloaden.

De WirelessArray ondersteunt een verscheidenheid aan sensoren, zodat een microfoon eenvoudig kan worden verwisseld voor een optische sensor of een verscheidenheid aan andere typen. Elke unit heeft zijn eigen zelfopladende batterij en zonnepaneel, wat een langdurige inzet mogelijk maakt. Ingebouwde GPS zorgt voor gesynchroniseerde bemonstering over meerdere knooppunten, en dankzij draadloze communicatie kunnen gebruikers op afstand gegevens downloaden en de gezondheid van elk apparaat controleren. De omgevingsbestendige behuizingen van de knooppunten maken het mogelijk metingen uit te voeren onder alle weersomstandigheden, zonder extra bescherming tegen stof, sneeuw of extreme temperaturen.

Een startup die een nieuw op afstand bestuurd voertuig ontwikkelt, kan nu geavanceerde vluchttestgegevens verkrijgen om snel geluidsproblemen tijdens het opstijgen, vliegen of landen te identificeren. Meerdere testvluchten voor elke wijziging kunnen de time-to-market versnellen, omdat de kosten voor het opzetten, bedienen en afbreken van het systeem zo laag zijn.

Het enige dat nodig is om een individueel knooppunt of een uitgebreide array te bedienen, is een kant-en-klaar draadloos toegangspunt en een standaardlaptop geladen met de softwareapplicatie van IC2. Bovendien kunnen de knooppunten eenvoudig in bestaande systemen worden geïntegreerd.

Deze kleine, draagbare technologie vindt zijn weg naar een verscheidenheid aan projecten en toepassingen die verder gaan dan het testen van vliegtuigen. IC2 werkt samen met een entomoloog om akoestische gegevens te gebruiken om te luisteren naar hoogfrequente insectengeluiden in agrarische omgevingen. Door te ontdekken waar insecten zich voeden met gewassen, kunnen boeren ingrijpen voordat ze te veel schade aanrichten, terwijl het gebruik van pesticiden tot die gebieden wordt beperkt.

Onderzoekers onderzoeken manieren om muizen en ratten in een biologische omgeving te monitoren door de standaard akoestische sensor die overeenkomt met het menselijk gehoor te vervangen door een ultrasone sensor. Hierdoor wordt het mogelijk om piepjes en andere geluiden te monitoren die wijzen op de gezondheid en het welzijn van het dier. Een vergelijkbare ultrasone sensor zou de vliegroute van supersonische vliegtuigen kunnen monitoren en kunnen identificeren wanneer een sonische knal een gebied nadert.

De technologie kan worden toegepast op alles dat geluid genereert, waarbij gegevens worden verzameld volgens een vooraf ingesteld schema of op aanvraag. Windturbines, proefopstellingen voor raketmotoren en omgevingsobservaties zoals het geluidsniveau op luchthavens zijn slechts enkele mogelijkheden. NASA zou dit systeem ook kunnen gebruiken om gegevens te verzamelen voor geheel nieuwe vliegtuigontwerpen.

"We hebben de akoestische kant verlegd nu de luchtvaart zich ontwikkelt naar meer geavanceerde concepten zoals de vleugel met spanten, misschien gedistribueerde elektrische voortstuwing of andere. Dat vergroot de behoefte aan geluidstests en geluidscertificering voor nieuwe configuraties", aldus Humphreys. NASA-ingenieurs zouden dus binnenkort de semi-vrachtwagens en servers kunnen inruilen voor een paar minibusjes en laptops.

Kijk hier voor meer informatie  .