Un composant UAV fonctionnant parfaitement au niveau de la mer n’a pas nécessairement prouvé qu’il fonctionnerait à altitude de mission.
La différence évidente est la pression. Ce n’est pas toujours le plus important.
Un contrôleur de vol motorisé produit toujours de la chaleur à mesure que l’air environnant devient moins dense. Une batterie doit toujours fournir l’énergie à la température spécifiée. Un appareil photo ou un capteur doit toujours répondre à ses exigences de performance — et non simplement rester allumé.
C’est là que les tests d’altitude sur UAV deviennent plus intéressants que de mettre un DUT dans une chambre et de tirer un vide.
Pour de nombreux composants UAV, la question de qualification est plus proche de ceci :
Le DUT peut-il fonctionner à la pression et à la température requises, pendant la durée requise, alors que les fonctions importantes pour la mission sont surveillées ?
Cette question modifie la définition du test — et la manière dont la chambre d’essai d’altitude doit être sélectionnée.
Que change réellement l’altitude pour un composant UAV ?
L’altitude est un raccourci pratique pour un environnement d’exploitation. Un laboratoire, cependant, a besoin de conditions mesurables.
La première est la pression atmosphérique.
Sous une atmosphère standard, la pression diminue à mesure que l’altitude augmente. Le modèle atmosphérique de la NASA, par exemple, décrit la diminution de la pression avec l’altitude et fournit des équations pour estimer la pression, la température et la densité à différentes hauteurs.
Voici quelques valeurs de référence utiles :
| Altitude approximative | Pression atmosphérique standard approximative |
|---|---|
| Niveau de la mer | 101.3 kPa |
| 2 000 m | 79,5 kPa |
| 5 000 m | 54.0 kPa |
| 8 000 m | 35,6 kPa |
| 10 000 m | 26,5 kPa |
| 15 000 m | 12.0 kPa |
| 20 000 m | 5.5 kPa |
Ce sont
Cette distinction est importante.
"5 000 m d’altitude opérationnelle » est une information technique utile.
Mais avant que le test ne commence, il doit devenir quelque chose de plus précis :
La température est une entrée séparée
La pression a une relation prévisible avec l’altitude sous une atmosphère de référence. La température d’un véritable composant UAV est plus complexe.
Une caméra montée à l’extérieur, une batterie enfermée dans le fuselage et un contrôleur de vol motorisé peuvent tous subir des conditions thermiques différentes sur le même avion.
L’exposition solaire, le flux d’air, la conception de l’enceinte, l’électronique proche, la charge électrique et la durée de la mission peuvent tous influencer la température des composants.
L’ingénieur de test devrait donc résister à un raccourci tentant :
L’exigence de température devrait plutôt provenir de la base réelle de qualification.
Alors il y a de la chaleur
C’est particulièrement important pour l’électronique motorisée.
À mesure que l’altitude augmente, la densité de l’air diminue. Les modèles standards de la NASA sur l’atmosphère décrivent ce changement de densité parallèlement à la pression et à la température.
Considérons maintenant un contrôleur de vol motorisé dissipant des dizaines de watts à l’intérieur d’un boîtier.
La chambre peut être réglée à -20°C, mais cela ne signifie pas que tous les composants électroniques à l’intérieur du DUT sont à -20°C. Le DUT produit de la chaleur, et son bilan thermique peut changer en conditions de pression réduite.
Cela nous donne une règle utile pour la sélection de la chambre :
Régpoint de la chambre ≠ température du composant.
Si le composant UAV fonctionne pendant le test d’altitude, sa charge thermique appartient à la définition du test et à la RFQ de l’équipement.
Quels composants UAV sont les plus sensibles à l’altitude ?
Il n’existe pas de « test d’altitude UAV » unique qui ait autant de sens pour chaque composant de l’avion.
Le mécanisme de défaillance compte.
Batteries
Pour une batterie, la température est généralement impossible à distinguer de la question altitude.
Le pack doit toujours fournir les performances électriques requises tout en étant exposé à l’environnement de fonctionnement spécifié. Selon le programme de qualification, la réduction de la pression peut également faire partie de cet environnement.
Cela peut soulever la question pertinente :
La batterie ne fait-elle que survivre à l’exposition en altitude, ou doit-elle fournir des performances spécifiées pendant son passage ?
Ce sont des tests différents.
Il y a une autre distinction qui mérite d’être faite.
La même batterie peut remplir les deux exigences, mais l’une ne doit pas automatiquement remplacer l’autre.
Contrôleurs de vol et avionique
Pour l’avionique, les tests motorisés peuvent révéler plus qu’une simple inspection post-test.
Un contrôleur de vol peut avoir besoin de maintenir la communication, un comportement de puissance stable et un fonctionnement sans défaut tout au long de la condition d’altitude.
Si la seule vérification d’acceptation est « est-ce qu’elle s’active après la récupération ? », une interruption survenue uniquement à basse pression peut ne jamais être capturée.
Le comportement thermique mérite également une attention car l’avionique continue de générer de la chaleur pendant le fonctionnement.
Capteurs et modules de communication
Pour les capteurs, allumé et
Selon le DUT, les ingénieurs peuvent devoir surveiller :
précision de mesure, stabilité du signal, sortie de données, statut de communication ou dérive de mesure.
Un capteur qui survit au test mais sort de sa bande de précision spécifiée peut tout de même avoir échoué à son exigence de mission.
Caméras et cardans
Les charges utiles optiques introduisent un autre ensemble de préoccupations.
La température peut affecter la mise au point, l’alignement et le comportement mécanique. La charge utile peut devoir maintenir la qualité d’image ou le fonctionnement du cardan tant que la condition d’altitude est présente.
Les transitions environnementales peuvent également être importantes lorsque la condensation ou le brouillard est un problème.
Le fil conducteur est simple :
Pourquoi les tests à pression uniquement peuvent manquer la véritable exigence
Supposons qu’un module avionique doive fonctionner à
Un laboratoire pouvait effectuer deux tests distincts.
Test A — Température basse
Et puis :
Test B — basse pression
Les deux tests fournissent des informations utiles.
Aucun ne démontre automatiquement que le DUT fonctionnera à :
Test C — Température + Altitude
-40°C
35 kPa
powered
Cela ne signifie pas que la condition combinée produira toujours un résultat différent.
Cela signifie que l’interaction n’a pas été démontrée.
La température peut influencer les matériaux, l’électronique, les batteries et les joints. La réduction de la pression modifie l’environnement de l’air environnant et peut affecter le comportement thermique et les différences de pression.
Lorsque l’exigence de qualification spécifie ces conditions simultanément, les reproduire séparément répond à une question différente.
C’est le moment où une simple chambre basse pression et une chambre température-altitude cessent d’être des outils de test équivalents.
MIL-STD-810H Méthode 500.6 ou IEC 60068-2-13 ?
Ces références sont souvent évoquées dans les discussions sur les tests d’altitude, mais elles ne doivent pas être considérées comme des labels interchangeables pour « le mettre sous vide ».
IEC 60068-2-13:2021 est la cinquième édition actuelle de Tests environnementaux — Partie 2-13 : Tests — Test M : Basse pression atmosphérique. IEC indique que l’essai s’applique aux échantillons pouvant être soumis à une basse pression atmosphérique lors du transport, du stockage ou du service. La révision de 2021 a également aligné les sévérités avec le matériel pertinent de la norme IEC 60721 et a ajouté des directives sur la sélection de la durée d’exposition.
MIL-STD-810H La méthode 500.6 adopte une approche environnementale du cycle de vie pour l’exposition à basse pression/altitude et comprend des procédures traitant de différentes situations de basse pression.
Pour les travaux sur les drones, une distinction générale utile est :
| MIL-STD-810H Méthode 500.6 | IEC 60068-2-13:2021 | |
|---|---|---|
| Environnement | Basse pression / altitude | Basse pression d’air |
| Approche générale | Adaptation environnementale du cycle de vie | Méthode de test environnementale définie |
| Contexte courant | Aérospatiale, défense, équipements robustes | Composants et équipements |
| Sélection du test | Procédure applicable et exigences du cycle de vie | Spécification et gravité pertinentes |
| utilisation de l’UAV | Qualification pilotée par la mission là où spécifié | Tests basse pression composant/équipement là où spécifié |
Le tableau n’est pas destiné à choisir une norme plutôt qu’une autre.
Un programme de UAV de défense, une spécification de composants commerciaux et un plan de qualification spécifique au client peuvent faire référence à des exigences différentes.
Ce qui importe pour le choix de la chambre, c’est ce que ces exigences deviennent finalement :
pression, température, durée, transition, état DUT et surveillance.
Cela mène à un autre principe utile :
Ne sélectionnez pas la norme depuis la chambre. Sélectionnez la chambre parmi l’exigence du test.
Transformer l’altitude de mission en un profil de test de laboratoire
Une expression telle que « fonctionne jusqu’à 8 000 m » n’est pas encore un programme de chambre.
Il faut traduire.
Commencez par l’exigence de pression
L’altitude de la mission fournit le point de départ.
Une référence atmosphère standard peut aider à traduire l’altitude en pression atmosphérique approximative, mais la valeur finale de la chambre doit suivre la base de spécification ou de qualification applicable.
C’est là que l’IMAGE 4 devient utile.
Ajouter la température
Ensuite, demandez-vous si le DUT doit :
survivre à la température,
fonctionnent à la température,
ou remplir une exigence de performance définie à la température.
Ce ne sont pas nécessairement des critères d’acceptation équivalents.
Définir comment l’environnement est atteint
Le test exige-t-il que le DUT atteigne d’abord la température puis réduise la pression ?
La pression et la température doivent-elles changer ensemble ?
Un taux de changement de pression spécifique est-il nécessaire ?
Comment détermine-t-on la stabilisation ?
La procédure applicable devrait répondre à ces questions. La chambre doit être configurée pour les reproduire.
Définir l’exposition
Atteindre 35 kPa ne signifie pas que le test est terminé.
L’exigence nécessite également une durée d’exposition et une définition claire du moment où cette durée commence. IEC note que sa révision de 2021 a ajouté des directives sur la sélection de la durée d’exposition.
Décider si le DUT fonctionne
Cette décision affecte à la fois l’objectif de test et la configuration de la chambre.
Un DUT alimenté peut nécessiter :
câblage électrique, connexions de signal, communication de données, thermocouples et câbles supplémentaires.
Cela introduit également de la chaleur dans l’espace de travail.
Décider ce qui compte comme un passage
Pour un contrôleur de vol, cela peut inclure la communication et l’état des pannes.
Pour un appareil photo, la performance de l’image ou du cardan peut compter.
Pour un capteur, la précision peut compter.
Pour une batterie, la performance électrique peut compter.
Un profil de chambre bien défini sans critère d’acceptation significatif reste un test de qualification incomplet.
Qu’est-ce qui ne va généralement pas dans les tests d’altitude des UAV ?
La plupart des problèmes d’altitude ne sont pas causés par l’incapacité d’une chambre à créer une basse pression. Ils commencent plus tôt, lorsque l’exigence est transformée en test.
01 — altitude sans base de pression définie
"10 000 m » décrit un environnement. Le laboratoire doit toujours savoir quelle définition ou spécification de pression régit l’essai.
02 — pression uniquement, lorsque la demande est combinée
Un test basse pression à température ambiante ne reproduit pas une condition de fonctionnement spécifiée à basse température/basse pression.
03 — Limite de chambre = Niveau de test
C’est une erreur étonnamment facile à faire.
Si une chambre peut atteindre
Ça
04 — La charge thermique du DUT est ignorée
Un module avionique motorisé ajoute de la chaleur à la chambre et développe sa propre distribution interne de température.
Cela compte pour évaluer à la fois la performance de la chambre et le comportement du DUT.
05 — Pas de suivi en direct
Un composant peut se remettre après être revenu à la pression normale.
Si l’exigence est de fonctionner en altitude, une vérification post-test seule peut manquer l’événement que vous cherchiez à détecter.
06 — la transition et la récupération sont considérées comme une configuration
La réduction de pression, la transition de température, la stabilisation et la récupération peuvent faire partie de la procédure définie.
Ils ne doivent pas être improvisés simplement parce que le réglage final est correct.
Sélection d’une chambre Température + Altitude
Une fois le test défini, la sélection de l’équipement devient beaucoup moins mystérieuse.
Et le premier chiffre à examiner ne doit pas forcément être la pression minimale.
Plage de pression—et contrôle de pression
Une spécification telle que pression minimale : 1 kPa indique la pression la plus basse que le système est conçu pour atteindre dans des conditions définies.
les tests UAV peuvent nécessiter un fonctionnement contrôlé à une condition intermédiaire telle que 54 kPa, 35 kPa ou 26,5 kPa.
Cela rend la capacité à reproduire le profil de pression requis importante — pas seulement la limite ultime de basse pression.
Température et pression ensemble
Si le test exige simultanément basse température et pression réduite, vérifiez la capacité combinée pertinente du système plutôt que de lire la plage de température et la plage de pression comme deux spécifications totalement indépendantes.
C’est particulièrement important lors de la comparaison des chambres.
Une température maximale, une température minimale et une pression minimale imprimées sur trois lignes distinctes ne décrivent pas à elles seules toutes les conditions de fonctionnement combinées possibles.
La taille du DUT n’est pas la même que celle du volume de la chambre
Le composant UAV, le matériel de montage, les câbles et les connexions de surveillance doivent tous tenir dans l’espace de travail utilisable.
La chambre nécessite également un espace suffisant pour la configuration de test prévue.
Donc fournir les faits :
plutôt que de simplement dire :
"C’est un contrôleur de vol de taille moyenne. »
Les DUTs alimentés nécessitent une prise en compte thermique
Indiquez au fabricant de l’équipement si l’échantillon fonctionnera pendant le test et quelle quantité de chaleur il génère.
Pour les composants électroniques de drones, cela peut être tout aussi important que la masse du DUT.
Les passages font partie du système de test
Alimentation, Ethernet, CAN, lignes de capteurs, thermocouples ou autres signaux peuvent devoir traverser la paroi de la chambre.
L’arrangement de passage doit donc être défini avec le plan de surveillance — et non après la construction de la chambre.
De l’exigence de test à la configuration GDJZ-535L-B
Considérons un test de composant UAV qui nécessite :
Cette exigence vise une chambre environnementale à température/basse pression plutôt qu’une chambre à vide basique.
Une configuration ITM-LAB pour ce type de travail est la GDJZ-535L-B Chambre d’essai de température / climat / basse pression atmosphérique.
Les principales capacités nominales incluent :
Espace de travail : 535 L
L’espace de travail 535 L peut accueillir de nombreux dispositifs de test UAV au niveau des composants où le DUT, l’arrangement de montage requis et les connexions s’insèrent dans l’espace de test utilisable.
La plage de température et la capacité à basse pression offrent une marge de manœuvre pour une variété de profils d’altitude, sous réserve des performances réelles en conditions combinées requises pour le projet.
Et le nombre le plus important n’est pas nécessairement 1 kPa.
1 kPa est la capacité de la chambre — pas la sévérité du test UAV.
Un test de contrôleur de vol à 35 kPa doit être configuré autour de 35 kPa car c’est l’exigence — et non « plus rigoureux » en fonctionnant à 1 kPa.
De même, une capacité de chambre à -40°C ne signifie pas que tous les composants UAV doivent être exposés à -40°C.
La configuration correcte provient de l’exigence de mission et de qualification.
Pour une évaluation pratique de l’équipement, l’information la plus utile à envoyer à ITM-LAB est la suivante :
Dimensions et masse du DUT, altitude de mission ou pression requise, profil de température, état de puissance, charge thermique, durée d’exposition, exigences de transition pression/température, passages et besoins de surveillance.
Cela suffit à faire passer la discussion de :
"Vendez-vous une chambre d’altitude ? »
to :
"Ce système peut-il reproduire mon test ? »
Trois questions auxquelles nous devons souvent répondre
Une chambre à vide est-elle la même chose qu’une chambre d’essai d’altitude pour un UAV ?
Pas nécessairement.
Si l’exigence est seulement une exposition basse pression définie, un système basse pression adapté peut suffire.
Si le composant UAV doit subir simultanément une température contrôlée et une pression réduite — ou fonctionner pendant que l’alimentation, les signaux et la température sont surveillés — le système de test doit également prendre en charge ces exigences.
La comparaison correcte n’est donc pas simplement
Comment puis-je convertir l’altitude du drone en pression de chambre ?
Un modèle standard de l’atmosphère fournit la relation entre l’altitude et la pression atmosphérique. La NASA publie des équations atmosphériques et des données de référence à cette fin.
Mais la pression atmosphère standard calculée ne doit pas automatiquement passer outre la spécification de test applicable.
Utilisez l’altitude de mission comme point de départ technique, puis confirmez la pression de chambre requise à partir de la base de qualification.
Le composant UAV doit-il fonctionner lors des tests en altitude ?
Si l’objectif est de démontrer
Si l’exigence est le stockage, le transport ou l’exposition de survie, l’état de l’échantillon peut être différent.
Définissez d’abord l’objectif. Suivez ensuite la procédure applicable.
L’altitude est supérieure à un niveau de vide
La question utile dans les tests d’altitude des drones n’est pas :
C’est :
Quel environnement ce composant doit-il se reproduire ?
Pour de nombreux composants UAV, cette réponse contient plus que de la pression :
↓
↓
TEMPÉRATURE
↓
ÉTAT OPÉRATIONNEL
DUT↓
↓
↓
↓
CONFIGURATION CHAMBRE
Cette séquence évite deux erreurs opposées.
On sous-teste : on ne reproduit pas la basse pression tout en omettant une température ou une condition de fonctionnement que l’exigence de qualification exige réellement.
L’autre est la sur-évaluation : utiliser la capacité la plus extrême de la chambre simplement parce qu’elle est disponible.
Aucun ne rend un test plus représentatif.
Pour les batteries UAV, les contrôleurs de vol, l’avionique, les capteurs et les caméras, l’objectif est de reproduire l’environnement spécifié et de déterminer si le composant fait toujours ce que la mission exige.
Définissez d’abord le profil d’altitude. Sélectionnez la chambre ensuite.
