MECHANIK 7/2014 XVIII Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji

561

Prof. WAT dr hab. inż. Jan PIETRASIEŃSKI Dr inż. Dariusz RODZIK Mgr inż. Stanisław GRZYWIŃSKI Wojskowa Akademia Techniczna

WYKORZYSTANIE PROGRAMU PULSE REFLEX®

DO ANALIZY PARAMETRÓW WIBROAKUSTYCZNYCH LOTU BEZZAŁOGOWEGO STATKU POWIETRZNEGO

Streszczenie: W referacie opisano zasady pracy programu Pulse Refleks i jego wykorzystanie do analizy charakterystyk wibroakustycznych lotu bezzałogowego statku latającego. Omówiono wyniki prowadzonych badań.

USING PULSE REFLEX® TOOLKIT

FOR ANALYSIS OF VIBROACOUSTIC PARAMETERS OF UNMANNED AERIAL VEHICLE FLIGHT

Abstract: In the paper principles of the Pulse Refleks program and its use for the analysis of vibroacoustic characteristics of the unmanned aerial vehicle flight are described. The results of the research are discussed.

Słowa kluczowe: analiza wibroakustyczna, BSL, Pulse Reflex Keywords: vibroacoustic analyse, UAV, Pulse Reflex

1. WPROWADZENIE Oprogramowanie, które jest proste w obsłudze i szkoleniu, postrzegane jest jako bardziej intuicyjne, jakby było przedłużeniem własnych procesów myślowych użytkownika. Stąd krócej trwa nauka jego obsługi i tym większe korzyści przynosi w sferze wydajności pracy. Interfejs użytkownika takiego oprogramowania powinien przede wszystkim: zapewniać naturalny postęp pracy w miarę wykonywania zadania wraz z podpowiedziami

wprowadzającymi w kolejne kroki procedury; być spójny pomiędzy poszczególnymi modułami programu, wykorzystując te same

elementy składowe i metodykę działania; utrzymywać często wykorzystywane elementy „na powierzchni” struktury menu, rzadko

używane funkcje przechowując ukryte; wykorzystywać funkcjonalność „zaznacz i upuść” wszędzie tam, gdzie to możliwe; umożliwiać wykorzystywanie i dołączanie w projektach dowolnych danych i mediów. W artykule na przykładzie możliwości programu Pulse Reflex zostały omówione powyższe funkcjonalności, które wykorzystano do analizy pomiarów z przeprowadzonych badań tła oraz zakłóceń w czasie lotu bezzałogowego statku powietrznego (BSL) [1].

XVIII

2. PRA Podstawna zaofedla wszprzepływfunkcjoktórego

Oprograw sposópierwszuszeregwyświezarejestWszystk Oprograprocessi metow logicz

Bloki mi obróbtachomezachowczym nzapewn W procz rejestsygnałuwycinkózadeklaodpowieprzełącz

Międzynarod

CA W PRO

wową cechąferowaniu rozystkich mowowego, renalności, of zawartość

amowanie ób zależny wzy służy doowanie i potlania. Prz

trowanych kie nastawy

amowanie Ping) oraz o

odami analznym ciągu

Ry

mogą wykonbce sygnałóetry i wieleywanie (an

nastawy dlanienia pełnej

cesie post tratora. Podu, który ma bów zarejes

arowanej anednio uszezanie się po

dowa Szkoła K

OGRAMIE

ą programu ozwiązania odułów. Intezerwując zferując jednmoże być s

Pulse Refwyłącznie oo wyszukanorównanie, zykładowo,danych, k

y są oczywiś

Pulse Reflexorganizację lizy na ek

u bloków fun

ys. 1. Przyk

nywać różnów, np. fie innych. K

ng. Store), ka każdego j kontroli, ja

processingdstawową zbyć poddan

strowanego nalizie. W eregowane omiędzy zde

MEKomputeroweg

E PULSE R

Pulse Reflełatwego w terfejs graf

zawsze pewnocześnie duamoczynnie

flex oferujeod użytkownnia, wczytaa drugi pol

istnieje które możnście zachow

x wprowadzpracy tzw. kranie w nkcyjnych (

kład organiz

ne operacje iltry przebiKolejne bloktóre możnz nich moak też elasty

gu programzaletą oprogny analizie (

przebiegu,blokach wyi przedsta

efiniowanym

ECHANIK 7/2go Wspomaga

562

REFLEX®

ex jest łatwnauce, zaś

ficzny progwne obszaryduże możliwe odświeżan

e swobodęwnika. Składania i filtralega na okrmożliwość

na wyświetwywane do p

za możliwośProcess Chpostaci p

(patrz rys. 1

zacji pracy w

arytmetycziegów czasoki funkcyjna włączać ogą się powyczności pro

m Pulse Regramowania(rys. 2). Co , o różnym

wyświetlaniaawione w mi przebieg

2014 ania Projektow

wość użyciawygląd i n

gramu nawiy wyświetlanwości prezenna wraz ze z

ę prezentacda się z dwóacji danychreśleniu liczć porównytlić w różponownego

ść tzw. obróChain, czyli połączonych1).

w programie

zne stosowasowych, anjne to wyśw dowolny

wtarzać lubocesu.

eflex wykoa jest możlwięcej, istn

m czasie ta dane z po

postaci lisgami oraz ich

wania, Wytwa

. Idea oprognawyki w obiązuje do knia dla elemntacji danyczmianami n

cji i poróóch podstaw, pozwalajązby, wielkoywania różnej konfig

o użycia [2].

óbki wtórnegraficzne z

h ze sobą

e Pulse Refl

ane często wnalizatory wietlanie (ym miejscub być zupe

rzystuje zaiwość zdef

nieje możliwtrwania, ktoszczególnysty, co poh łatwe poró

arzania i Eksp

gramowanibsłudze są

koncepcji dmentów o tch w sprawna ekranie [2

ównywania wowych elemąc na dowo

ości i formażnych kom

guracji i fo.

ej danych (azarządzanieą i następ

flex

w cyfrowej FFT, 1/n

(ang. Displau toru analiełnie odmie

arejestrowanfiniowania wość definictóre będą ych przebie

ozwala na równanie.

ploatacji

a polega wspólne

diagramu ej samej ozdaniu, 2].

danych mentów: olne ich

atu okien mbinacji

formacie.

ang. post e danymi pujących

analizie oktawy,

ay) oraz zy, przy

enne dla

ne dane wycinka cji wielu poddane egów są szybkie

MECHANIK 7/2014 XVIII Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji

563

Operacja definicji i separacji interesujących wycinków sygnału nie tylko jest niezwykle istotna z punktu widzenia jego analizy, ale również zmniejsza ilość danych poddawanych przekształceniom w procesie post processingu. Ponadto udostępniono możliwość elastycznego manipulowania osią czasu, pozwalając na skalowanie przebiegu.

Rys. 2. Przykład wyboru części sygnału do analizy

Zaletą programu jest możliwość zmiany sposobu wyświetlania danych – m.in. istnieje możliwość zapisu wykresów bezpośrednio w formacie pliku XML, co pozwala na wczytanie go przez zewnętrzne autorskie oprogramowania (rys. 3).

Rys. 3. Przykłady możliwości wyświetlania charakterystyk widmowych danych pomiarowych

Program pozwala również na budowę wirtualnego przyrządu, która odbywa się w pełni graficznie, zaś nastawy i właściwości ustala się i zmienia według potrzeb. Przygotowany tor analizy może zostać również zachowany do późniejszego użycia. Jeżeli zachodzi potrzeba wykonania dodatkowych obliczeń na podstawie uzyskanych wyni-ków, np. podwójne całkowanie, skalowanie współczynnikiem, a także niekiedy wygładzanie, to każdy z tych procesów może być prezentowany na wykresach. Wyniki liczbowe przechowywane są zaś w bazie danych programu. Program Pulse Reflex w pełni współpracuje z systemem akwizycji LAN-XI [3].

MECHANIK 7/2014 XVIII Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji

564

3. ANALIZA DANYCH EKSPERYMENTALNYCH Program Pulse Refleks został wykorzystany do analizy parametrów wibroakustycznych lotu modelu samolotu. Celem prowadzonych badań było określenie wartości poziomu wibracji i emisji akustycznej wywołanych pracą elementów mechanicznych BSL oraz wyznaczenie stosunku S/N dla stosowanej aparatury pomiarowej. Wykonano serię pomiarów, aby określić wartości parametrów drgań i emisji akustycznej w wybranych miejscach badanego modelu samolotu. Czujniki pomiarowe rozmieszczono na końcówce skrzydła prostopadle i równolegle do kierunku lotu, a trójosiowy akcelerometr – w okolicy środka ciężkości modelu. W czasie badań BSL wyposażony w przedstawione czujniki startował z pasa lotniska i wykony-wał lot po zaplanowanej trasie. Sposób rozmieszczenia czujników pomiarowych na BSL obrazuje rys. 4.

Rys. 4. Schemat rozlokowania czujników pomiarowych na BSL

Podczas badań zarejestrowano przeszło 22 minuty lotu BSL w różnych warunkach pomiaru. Na podstawie poczynionych założeń oraz wstępnej analizy wydzielono 4 charakterystyczne przedziały określające warunki pomiaru, przedstawionych na rys. 5.

Rys. 5. Wydzielone obszary analizowanego sygnału akustycznego:

1 – cykl przedstartowy, 2 – kołowanie na pas startowy, 3 – start, 4 – lot

Jako pierwszy zarejestrowano poziom szumów tła bez włączonego silnika (1). W następnym kroku zarejestrowano sygnał pracującego silnika (2), gdzie samolot znajdował się na płycie lotniska. W tym etapie wykonano również trzy energiczne zmiany położenia przepustnicy silnika (3). Ostatnim etapem był przelot samolotu na wysokości od 100 do 400 metrów (4). Wyróżnione etapy zostały poddane szczegółowej analizie czasowo-częstotliwościowej. Podczas badań rejestrowano sygnał z częstotliwością 64 kHz. Szum tła rejestrowany na ziemi w przypadku obu czujników akustycznych był zbliżony. Znaczna część energii

XVIII

rejestrowprzedstaTransfoJest toNa rysuniewielk

a)

b)

Ry

Na rysusilnika zaobserdolne pmikrofoczęstotlpoziom zauważy

Międzynarod

wanego sawiających

orm) widaćo skutek unkach 6a-kie podmuc

ys. 6. STFT

unkach 7-8 w czasie k

rwowano wzpasmo do oonu. Na rysiwościach energii syg

yć, że pozio

dowa Szkoła K

ygnału ogkrótkookreć ok. 1-suderzeń w

-b równieżchy wiatru.

sygnału szu

przedstawikołowania szrost energiok. 6 kHz sunkach wid120, 480, 9gnału wynosom sygnału

MEKomputeroweg

graniczona esową transsekundowe wywołanychż widać dłu

umów tła w

iono wynikisamolotu nii sygnału.

w przypadać poszcze

960, 1700 osi ok. 105 dzawierający

ECHANIK 7/2go Wspomaga

565

była do sformatę Fo

skoki dh montażeuższe skok

cyklu przed

i STFT orana pasie staW szczegó

adku mikroególne harm

oraz 4600 HdB, natomiay się w paśm

2014 ania Projektow

ok. 900ouriera – STdla pasma em urządzki o mniejs

dstartowym

az FFT zareartowym. Plności więkfonu pierwmoniczne syHz. W przypast dla 4,6 kmie 5 kHz o

wania, Wytwa

0 Hz. NTFT (ang. S

częstotliwzeń pokładszej energi

m (mikrofon

ejestrowanyo włączeni

kszość energwszego i 2 ygnału, którpadku pierwkHz – ok. 10osiąga warto

arzania i Eksp

Na spektroShort Time wości 11dowych saii wywołan

n 1 – a) i 2 –

ych sygnałóiu silnika wgii sygnału kHz dla d

óre pojawiajwszej harm0 dB mniejości rzędu 1

ploatacji

gramach Fourier

0 kHz. amolotu. ne przez

– b))

ów pracy wyraźnie zajmuje

drugiego ją się na

monicznej . Należy 100 dB.

XVIII

a)

b)

Rys. 7

Rys. 8Na ryssygnałuharmon4600 H

Międzynarod

7. STFT syg

8. FFT sygnsunkach 9-u zarejestroicznych bezz) oraz dod

dowa Szkoła K

gnału pracuj

nału pracują10 zostałyowanego pzpośrednio datkowych g

MEKomputeroweg

ącego silnik(mikro

ącego silniky przedstawpodczas lozwiązanychgenerowany

ECHANIK 7/2go Wspomaga

566

ka w czasieofon 1 – a) i

ka samolotu wione wynotu modelh z pracą silych przez p

2014 ania Projektow

kołowania i 2 – b))

(mikrofon niki analizylu samololnika (częst

podmuchy w

wania, Wytwa

samolotu n

1 – czerwony czasowo-tu. Widać

totliwości 1wiatru pojaw

arzania i Eksp

na pasie star

ny i 2 – nieb-częstotliwoć wyraźnie20, 480, 96wiające się

ploatacji

rtowym

bieski) ościowej e część 60, 1700,

głównie

XVIII

w paśmi maksysię faktkierunkopływem

a)

b)

Międzynarod

mie powyżymalnie osią, że energia

ku ruchu sam strugi pow

Rys.

dowa Szkoła K

żej 5 kHząga wartośća sygnału je

amolotu. Mwietrza, jak

9. STFT sy

MEKomputeroweg

z. Energia ć 126 dB dlest wyższa oże to być

ki tworzy się

ygnału lecąc

ECHANIK 7/2go Wspomaga

567

rejestrowala częstotliww przypad

ć tłumaczonę na skutek

cego samolo

2014 ania Projektow

anego sygnwości 120 i

dku czujnikane przez fazawirowań

otu (mikrofo

wania, Wytwa

nału wzrosi 480 Hz. Ina umieszonkt związanyń wokół prof

on 1 – a) i 2

arzania i Eksp

sła o ok. nteresujący

nego prostopny ze specyfilu skrzydł

2 – b))

ploatacji

20 dB okazuje

padle do yficznym ła.

MECHANIK 7/2014 XVIII Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji

568

Rys. 10. FFT sygnału pracującego lecącego samolotu (mikrofon 1 – czerwony i 2 – niebieski)

4. PODSUMOWANIE Prezentowany artykuł zawiera przykład wykorzystania programu Pulse Reflex do analizy wyników badań modelu samolotu w locie. Z przeprowadzonych eksperymentów wynika, że zasadnicza energia sygnałów tła akustycznego i zakłóceń pochodzących od silnika, obracającego się śmigła oraz opływu powietrza posiada znaczną energię osiągającą poziom 125 dB i zawiera się w szerokim paśmie częstotliwości. Wiele interesujących wyników z przeprowadzonych badań można znaleźć w sprawozdaniu [1].

Przedstawione oprogramowanie może zostać z powodzeniem wykorzystane do obróbki i analizy wtórnej sygnału oraz sporządzania sprawozdań. Pulse Reflex posiada bowiem moduł, który jest przeznaczony do sporządzania sprawozdań, zintegrowany z całością do tego stopnia, że wypełnianie treści powstającego dokumentu odbywa się prawie bez udziału osoby analizującej dane. W przypadku inżynierów rozwiązujących problemy z marszu, kluczowe wyniki mogą być włączane do sprawozdań w momencie ich uzyskania, eliminując uciążliwość w postaci przeglądania i wyboru po zakończeniu pracy analitycznej. Daje to możliwość ciągłego zapisu wniosków i przemyśleń w momencie, kiedy one powstają w procesie analizy danych, włączając w to także fotografie, dźwięki, filmy i podobne obiekty.

*** Praca finansowana ze środków na naukę jako projekt badawczo-rozwojowy

realizowany w latach 2012-2015.

LITERATURA [1] Badanie tła zakłóceń w czasie lotu imitatora celu powietrznego, sprawozdanie z pracy

badawczo-rozwojowej nr O ROB 0068 03 01 pt. Opracowanie systemu oceny strzelań do celów powietrznych, WAT, Warszawa, 2013.

[2] PULSE Refleks produkt intuicyjny, Brüel & Kjær Magazine, No. 01/2009, s. 5-7.

[3] LAN-XI – nowy wymiar akwizycji danych, Brüel & Kjær Magazine, No. 02/2008, s. 8-9.

[4] Rodzik D., Grzywiński S., Podciechowski M., Żygadło S.: Wykorzystanie modułów pomiarowych LAN-XI do rejestracji i akwizycji analizy parametrów wibroakustycznych lotu bezzałogowego statku powietrznego, materiały konferencyjne, XVIII Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji, 12-16 maja, Szczyrk, 2014.