NASA가 개발한 소음 테스트 도구를 항공기 너머로 확장

IC2(Interdisciplinary Consulting Corporation)가 개발하고 Langley Research Center에서 테스트 비행을 위해 여기 배치한 WirelessArray를 사용하면 드론 비행 테스트를 빠르고 비용 효율적으로 수행할 수 있습니다. (이미지 :NASA)

새로운 항공기에 대한 소음 테스트를 수행하는 비행기 제조업체는 이제 기존 유선 마이크 어레이보다 훨씬 저렴한 옵션을 갖게 되었습니다. 그리고 해충 문제가 있는 농부들을 도울 만큼 민감합니다. 최근 NASA의 도움을 받아 한 회사가 개발한 무선 마이크 어레이는 들판에서 곤충이 내는 소리를 듣고 농작물을 위협하는 곤충을 찾아낼 수 있습니다. 이제 거의 모든 곳에서 빠르고 저렴한 테스트가 가능해졌습니다.

IC2(Interdisciplinary Consulting Corporation)는 NASA의 광범위한 도움을 받아 개발된 풍동 테스트용 센서인 2017년 첫 상용 제품을 출시한 이후 새로운 WirelessArray 제품을 생산하기 위해 직원 규모를 두 배로 늘리고 더 큰 연구실과 사무실 공간으로 이전했습니다. 자체 비행 테스트를 보다 저렴하게 수행하는 데 관심이 있는 버지니아주 햄프턴에 있는 NASA의 Langley 연구 센터는 여러 SBIR(Small Business Innovation Research) 계약과 전문가 컨설팅을 통해 이 새로운 프로젝트도 지원했습니다.

IC2가 개발한 WirelessArray는 이와 같은 자체 전원 공급, 내후성 노드를 사용하여 소음을 감지합니다. 마이크를 다른 센서로 교체하여 하루, 일주일 또는 일년 내내 데이터를 수집할 수 있습니다. 상단의 태양광 패널은 내부 배터리에 전원을 공급하며 데이터는 메모리 카드에 내부적으로 저장됩니다. (이미지 :학제간 컨설팅 회사)

그 결과 머리 위 소리로 인해 발생하는 기압 변화를 측정하는 여러 센서가 장착된 일련의 작은 접시 모양 베이스가 탄생했습니다. 비행기는 소음 테스트를 거치고 인증이 필요하므로 기체 유형에 대해 설정된 FAA 소음 수준을 초과하지 않습니다. 비행기가 바로 머리 위로 날아갈 때 어레이는 소음 데이터를 수집하여 음압과 그 소스에 대한 2차원 지도를 구축합니다. 맞춤형 소프트웨어 패키지는 최종 사용자를 위해 해당 정보를 번역합니다.

NASA의 지원 덕분에 보다 저렴한 테스트 도구는 동물 모니터링에서 청정 에너지 생성에 이르기까지 항공기 이외의 응용 분야에서도 볼 수 있습니다.

NASA Aeronautics는 항상 유선 시스템을 사용해 동일한 데이터를 수집했지만 덜 번거로운 접근 방식의 가능성을 확인했다고 Langley's Measurement Sciences의 수석 엔지니어인 Tony Humphreys가 말했습니다. Humphreys는 WirelessArray SBIR 계약을 감독하고 컨설팅을 제공했으며 심지어 회사가 출발점으로 사용한 프로토타입 장치까지 제공했습니다.

"이전에는 일련의 비행 테스트를 위해 에드워드 공군 기지에 갔을 때 수백 개의 센서가 장착된 대규모 어레이를 사용했습니다. 모든 센서를 연결하려면 약 15마일의 케이블이 필요했고 6명의 승무원이 설치하고 해체하는 데 3일이 걸렸습니다."라고 그는 말했습니다. 케이블은 겹치는 것을 방지하기 위해 특정 패턴으로 배치해야 했고, 비가 오면 각 센서를 덮어 보호해야 했습니다. 여러 대의 세미 트럭이 발전기, 서버 랙 및 기타 장비와 함께 모든 장비를 운반했습니다.

대조적으로 두 명의 IC2 직원이 WirelessArray 시스템을 테스트하는 데 필요한 모든 하드웨어를 갖춘 미니밴을 운전하여 Langley의 비행 테스트 범위에 도착했습니다. 그러나 Humphreys는 더 작은 무선 시스템에서 생성된 데이터가 기존 시스템과 비슷하다고 말했습니다.

플로리다 주 게인스빌에 본사를 둔 IC2의 부사장 칩 패터슨(Chip Patterson)은 NASA와 민간 항공사가 유선 시스템을 사용하여 수행하는 비행 테스트는 비용이 너무 많이 들어서 일반적으로 소규모 회사에서는 수행할 수 없다고 말했습니다. NASA 사양을 충족하도록 설계된 이 기술은 이러한 상황을 변화시키고 있습니다. 센서 노드 중 하나를 사용하든 100개를 사용하든 누구나 비행 테스트를 수행할 수 있습니다.

시험 비행은 항공기 및 드론 제조업체가 항공기의 어느 부분에서 가장 많은 소음이 발생하는지 식별하는 데 도움이 됩니다. 수백 개의 유선 마이크를 사용하면 소음 요구 사항을 충족하도록 설계를 개선하는 데 비용과 시간이 많이 소요됩니다. (이미지 :NASA)

Patterson은 "각 노드에는 소형 컴퓨터 시스템이 포함되어 있습니다."라고 말했습니다. "SD 카드의 메모리에 데이터를 수집하고 저장할 수 있습니다. 또한 최종 사용자가 데이터를 찔러 수집 시작, 녹음 중지, 파일 다운로드, 배터리 상태 확인 등을 요청할 수 있는 작은 웹 서버도 있습니다."

기존 유선 시스템에서는 모든 데이터를 동시에 즉시 다운로드해야 합니다. 즉, 어레이는 공급되는 하드 드라이브의 용량으로 제한됩니다. IC2의 소형 시스템은 훨씬 더 큰 데이터 세트를 획득하므로 해당 데이터가 수집될 때까지 각 노드에 보관될 수 있습니다. 예를 들어, 단일 노드를 현장에 배치하여 몇 달에 걸쳐 지역 사회 소음 측정값을 수집하는 경우 측정값을 다운로드하기 위해 매일 사이트에 갈 필요가 없습니다.

WirelessArray는 다양한 센서를 지원하므로 마이크를 광학 센서 또는 기타 다양한 유형으로 쉽게 교체할 수 있습니다. 각 장치에는 자체 충전 배터리와 태양광 패널이 있어 장기간 배포가 가능합니다. 내장된 GPS는 여러 노드에 걸쳐 동기화된 샘플링을 유지하며, 무선 통신을 통해 사용자는 원격으로 데이터를 다운로드하고 각 장치의 상태를 모니터링할 수 있습니다. 노드의 환경적으로 강화된 인클로저를 사용하면 먼지, 눈 또는 극한 온도로부터 추가적인 보호 없이 어떤 날씨에서도 측정이 가능합니다.

새로운 원격 조종 차량을 개발하는 스타트업은 이제 정교한 비행 테스트 데이터를 얻어 이륙, 비행 또는 착륙 중 소음 문제를 신속하게 식별할 수 있습니다. 시스템을 설정, 운영 및 해체하는 데 드는 비용이 매우 낮기 때문에 모든 수정에 대해 여러 번의 테스트 비행을 통해 출시 기간을 단축할 수 있습니다.

개별 노드 또는 광범위한 어레이를 작동하는 데 필요한 것은 기성 무선 액세스 포인트와 IC2의 소프트웨어 애플리케이션이 로드된 표준 노트북뿐입니다. 또한 노드는 기존 시스템에 쉽게 통합됩니다.

이 작고 휴대 가능한 기술은 항공기 테스트를 넘어 다양한 프로젝트와 응용 분야로 활용되고 있습니다. IC2는 농업 환경에서 고주파 곤충 소리를 듣기 위해 음향 데이터를 사용하기 위해 곤충학자와 협력하고 있습니다. 곤충이 작물을 먹는 곳을 발견하면 농부들이 너무 큰 피해를 입히기 전에 개입하고 해당 지역에 대한 살충제 사용을 제한할 수 있습니다.

연구자들은 인간의 청력과 일치하는 표준 음향 센서를 초음파 센서로 교체하여 생물학적 환경에서 생쥐와 쥐를 모니터링하는 방법을 모색하고 있습니다. 이를 통해 동물의 건강과 웰빙을 나타내는 삐걱거리는 소리와 기타 소리를 모니터링할 수 있습니다. 유사한 초음파 센서는 초음속 항공기의 비행 경로를 모니터링하여 음속 붐이 특정 지역에 접근하는 시기를 식별할 수 있습니다.

이 기술은 소리를 생성하는 모든 것에 적용할 수 있으며 사전 설정된 일정에 따라 또는 수요에 따라 데이터를 수집할 수 있습니다. 풍력 터빈, 로켓 엔진 테스트 스탠드, 공항 소음 수준과 같은 환경 관찰은 몇 가지 가능성에 불과합니다. NASA는 또한 이 시스템을 사용하여 완전히 새로운 비행기 설계에 대한 데이터를 수집할 수도 있습니다.

"항공학이 트러스 보강 날개, 분산 전기 추진 장치 등과 같은 고급 개념으로 이동함에 따라 우리는 음향 측면을 추진해 왔습니다. 이로 인해 새로운 구성에 대한 소음 테스트 및 소음 인증의 필요성이 높아집니다."라고 Humphreys는 말했습니다. 따라서 NASA 엔지니어들은 곧 세미트럭과 서버를 두 대의 미니밴과 노트북으로 교환할 수 있었습니다.

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