NASA-ontwikkeld geluidstestool vindt toepassing buiten vliegtuigen

De WirelessArray ontwikkeld door Interdisciplinary Consulting Corporation (IC2), hier uitgelegd voor een testvlucht bij Langley Research Center, maakt vluchttesten voor drones snel en kosteneffectief. (Afbeelding: NASA)

Vliegtuigfabrikanten die geluidstesten op nieuwe vliegtuigen uitvoeren, hebben nu een veel goedkopere optie dan traditionele bedrade microphone-arrays. En het is gevoelig genoeg om boeren te helpen met plaagproblemen. De draadloze microphone-array die één bedrijf recentelijk creëerde met hulp van NASA, kan gewasbedreigende insecten lokaliseren door te luisteren naar het geluid dat ze in velden maken. En nu maakt het snelle, betaalbare testen bijna overal mogelijk.

Sinds het vrijgeven van zijn eerste commercieel product in 2017, een sensor voor windtunneltesten ontwikkeld met uitgebreide hulp van NASA, heeft Interdisciplinary Consulting Corporation (IC2) zijn personeelsgrootte verdubbeld en is verhuisd naar groter lab- en kantoorruimte om het nieuwe WirelessArray-product te produceren. Geïnteresseerd in het maken van eigen vluchttesten goedkoper, ondersteunde NASA's Langley Research Center in Hampton, Virginia, dit nieuwe project ook, met meerdere Small Business Innovation Research (SBIR) contracten en expert consultancy.

De WirelessArray ontwikkeld door IC2 gebruikt zelf-gevoede, weerbestendige knooppunten, zoals deze, om geluid te detecteren. De microfoon kan vervangen worden door andere sensoren om data te verzamelen voor een dag, een week, of zelfs het hele jaar door. Zonnepanelen op de top voeden de interne batterij, en data wordt intern opgeslagen op een geheugenkaart. (Afbeelding: Interdisciplinary Consulting Corporation)

Het resultaat is een reeks kleine, schotelvormige basissen uitgerust met meerdere sensoren die de luchtdrukveranderingen meten die door overhead geluiden worden gecreëerd. Vliegtuigen gaan door geluidstesten en vereisen certificering, zodat ze de FAA geluidsniveau niet overschrijden voor het vliegtuigtype. Wanneer een vliegtuig direct overheen vliegt, verzamelt de array geluidsdata om een tweedimensionale kaart van de geluidsdruk en zijn bron te bouwen. Een custom softwarepakket vertaalt die informatie voor de eindgebruiker.

Dankzij ondersteuning van NASA, ziet het meer betaalbare testtool toepassingen buiten vliegtuigen, van diermonitoring tot schone energie-opwekking.

NASA Aeronautics heeft altijd bedrade systemen gebruikt om dezelfde data te verzamelen, maar zag het potentieel voor een minder lastige aanpak, zei Tony Humphreys, Hoofdingeneur bij Langley's Measurement Sciences. Humphreys beheerde de WirelessArray SBIR-contracten en leverde ook consultancy en zelfs een prototype-apparaat dat het bedrijf als startpunt gebruikte.

"Eerder, toen we naar Edwards Air Force Base gingen voor een reeks vluchttesten, gebruikten we een groot array met honderden sensoren. We hadden ongeveer 15 mijl kabeling 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 gepositioneerd worden om overlapping te vermijden, en als het regende, moest elke sensor bedekt worden om het te beschermen tegen neerslag. Meerdere vrachtwagens haalden al die apparatuur, samen met stroomaggregaten, serverracks en andere apparatuur.

In tegenstelling, arriveerden twee IC2-medewerkers bij Langley's vlucht-testbereik met een minibus met alle hardware nodig om het WirelessArray-systeem te testen. Toch zei Humphreys dat de data gegenereerd door het kleinere draadloze systeem vergelijkbaar was met een conventioneel systeem.

De vluchttesten die NASA en commerciële luchtvaartmaatschappijen uitvoeren met een bedraad systeem zijn zo duur dat het meestal buiten bereik is voor kleinere bedrijven, zei Chip Patterson, Vice President van IC2, gevestigd in Gainesville, FL. Deze technologie, ontworpen om aan NASA-specificaties te voldoen, verandert dat. Of u nu één of 100 sensorknooppunten gebruikt, iedereen kan zich vluchttesten permitteren.

Testvluchten helpen vliegtuig- en drone-fabrikanten identificeren welke delen van het vliegtuig de meeste ruis produceren. Het gebruik van honderden bedrade microfoons maakt het een duur en tijdrovend proces om het ontwerp te verbeteren om aan geluidseisen te voldoen. (Afbeelding: NASA)

"Elk knooppunt bevat een klein computersysteem," zei Patterson. "Het is in staat om data te verwerven en op te slaan in geheugen op een SD-kaart. Het heeft ook een kleine webserver die de eindgebruiker in staat stelt het te prikken, om het te vragen om acquisitie te starten, op te nemen te stoppen, bestanden te downloaden, de batterijgezondheid te checken, en meer."

Een traditioneel bedraad systeem vereist het simultane en direct downloaden van alle data, wat betekent dat het array beperkt is tot de capaciteit van de harde schijven waar het in voedt. IC2's kleinere systeem verwervt significant grotere datasets, waardoor die data in elk knooppunt kan zitten tot het verzameld wordt. Als, bijvoorbeeld, een enkel knooppunt in het veld geplaatst wordt om gemeenschapsgeluidsmetingen over verschillende maanden te verzamelen, is het niet nodig om dagelijks naar de locatie te gaan om metingen te downloaden.

De WirelessArray ondersteunt een verscheidenheid aan sensoren, dus een microfoon kan gemakkelijk uitgewisseld worden voor een optische sensor of een verscheidenheid aan andere types. Elk unit heeft zijn eigen zelf-ladende batterij en zonnepaneel, wat langetermijndeployment ondersteunt. Ingebouwde GPS houdt gesynchroniseerde bemonstering over meerdere knooppunten handhaaf, en draadloze communicatie stelt gebruikers in staat om data remote te downloaden en de gezondheid van elk apparaat te monitoren. De omgevingsharde behuizingen van de knooppunten maken het mogelijk om metingen in elk weer te doen zonder extra bescherming tegen stof, sneeuw, of extreme temperaturen.

Een startup die een nieuw remotely piloted vehicle ontwikkelt, kan nu gesofisticeerde vlucht-testdata krijgen om snel geluidsproblemen tijdens opstijgen, vlucht of landing te identificeren. Meerdere testvluchten voor elke wijziging kunnen de time-to-market versnellen omdat de kosten om het systeem op te zetten, te bedienen en af te breken zo laag zijn.

Alles wat het kost om een individueel knooppunt of een uitgebreid array te bedienen, is een off-the-shelf draadloos toegangspunt en een standaard laptop geladen met IC2's softwareapplicatie. De knooppunten zijn ook gemakkelijk te integreren in bestaande systemen.

Deze kleine, draagbare technologie vindt zijn weg in een verscheidenheid aan projecten en toepassingen buiten vliegtuigtesten. IC2 werkt met een entomoloog om akoestische data te gebruiken om te luisteren naar hoge-frequente insectengeluiden in landbouwomstandigheden. Het ontdekken waar insecten op gewassen voeden zal het voor boeren mogelijk maken om in te grijpen voordat ze te veel schade aanrichten, terwijl pesticidengebruik beperkt blijft tot die gebieden.

Onderzoekers verkennen manieren om muizen en ratten in een biologische setting te monitoren door de standaard akoestische sensor die matcht met menselijk gehoor uit te wisselen voor een ultrasone sensor. Dit zal het mogelijk maken om piepjes en andere geluiden te monitoren die diergezondheid en welzijn aangeven. Een vergelijkbare ultrasone sensor kan het vluchtpad van supersonische vliegtuigen monitoren, identificerend wanneer een sonic boom een gebied naderd.

De technologie kan toegepast worden op alles wat geluid genereert, data verzamelend volgens een vooraf ingesteld schema of op verzoek. Windturbines, raketmotor-teststanden, en omgevingsobservaties zoals het geluidsniveau op luchthavens zijn slechts een paar mogelijkheden. NASA kan dit systeem ook gebruiken om data te verzamelen voor volledig nieuwe vliegtuigontwerpen.

"We hebben de akoestische kant geduwd naarmate aeronautica in meer geavanceerde concepten beweegt zoals de truss-braced wing, misschien gedistribueerde elektrische aandrijving, of anderen. Dat verhoogt de behoefte aan geluidstesten en geluidscertificering voor nieuwe configuraties," zei Humphreys. Dus NASA-ingenieurs kunnen binnenkort de vrachtwagens en servers ruilen voor een paar minibussen en laptops.

Voor meer informatie, bezoek hier.