প্রপেলার থ্রাস্ট টেস্ট স্ট্যান্ড: কেন স্ট্যাটিক সংখ্যা বিভ্রান্তিকর এবং এর পরিবর্তে কী পরিমাপ করা উচিত

প্রায় প্রতিটি ইউএভি (UAV) প্রোগ্রামের প্রোপালশন টেস্টিং একইভাবে শুরু হয়: একটি বেঞ্চ স্ট্যান্ডের সাথে বোল্ট করা মোটর এবং প্রপেলার, একটি লোড সেল, একটি ট্যাকোমিটার এবং থ্রটলের বিপরীতে থ্রাস্টের একটি টেবিল।

এটি একটি দরকারী টেবিল। তবে এটি এমন একটি ফ্লাইট কন্ডিশনের টেবিল যেখানে এয়ারক্রাফট প্রায় কোনো সময়ই ব্যয় করে না — এবং এটি থেকে এন্ডুরেন্স, রেঞ্জ বা ক্লাইম্বের উপসংহার টানতে গিয়েই অনেক প্রোগ্রাম তাদের মূল্যবান কয়েক মাস সময় হারায়।

---

১. স্ট্যাটিক থ্রাস্ট হলো কার্ভের একটি বিন্দু

স্থির বাতাসে একটি প্রপেলার জিরো অ্যাডভান্স রেশিও -তে কাজ করে। অ্যাডভান্স রেশিও, যা সাধারণত J হিসেবে লেখা হয়, এয়ারক্রাফটের সামনের দিকের গতির সাথে প্রপেলারের ঘূর্ণন গতি এবং ব্যাসের সম্পর্ক স্থাপন করে। হোভার (Hover) অবস্থান করে J = 0 তে। টেক-অফ এবং ক্লাইম্ব অবস্থান করে নিম্ন J-তে। ক্রুজ (Cruise) কার্ভের বেশ ওপরের দিকে অবস্থান করে।

J পরিবর্তিত হওয়ার সাথে সাথে প্রপেলারের থ্রাস্ট কো-এফিশিয়েন্ট, পাওয়ার কো-এফিশিয়েন্ট এবং দক্ষতা সবই পরিবর্তিত হয় — এবং তা খুব ধীরগতিতে নয়। প্রোপালশন সিস্টেমগুলো প্রায়শই ফ্লাইটের তুলনায় স্ট্যাটিক টেস্টে বেশ ভিন্ন আচরণ করে, ঠিক যে কারণে ইন-ফ্লো টেস্টিং-কে সিরিয়াস ড্রোন ডেভেলপমেন্টে একটি ঐচ্ছিক পরিমার্জনের পরিবর্তে একটি প্রয়োজনীয় পদক্ষেপ হিসেবে বিবেচনা করা হয়। প্রকাশিত উইন্ড টানেল গবেষণায় দেখা গেছে, অ্যাডভান্স রেশিও শূন্য না হলে পরীক্ষিত সর্বনিম্ন এবং সর্বোচ্চ RPM-এর মধ্যে দক্ষতায় প্রায় 10% পর্যন্ত পার্থক্য হতে পারে।

এর ব্যবহারিক পরিণতি: বেঞ্চে সফল হওয়া একটি প্রপেলার ক্রুজে ব্যর্থ হতে পারে, এবং আপনি শেষ পর্যন্ত যে জোড়াটি সরবরাহ করেন তা প্রায়শই সেরা স্ট্যাটিক সংখ্যা তৈরি করা জোড়াটি হয় না।

---

২. একটি সঠিক প্রোপালশন টেস্ট কী পরিমাপ করে

উইন্ড টানেলের ভেতরে বসানো একটি টেস্ট স্ট্যান্ড আপনাকে একটি একক বিন্দুর পরিবর্তে সম্পূর্ণ ম্যাপ দেয়। সাধারণত দুই ধরনের ক্যাম্পেইন চালানো হয়:

স্ট্যাটিক পারফরম্যান্স — শূন্য এয়ারস্পিডে সম্পূর্ণ RPM রেঞ্জ জুড়ে থ্রাস্ট এবং টর্ক পরিমাপ করা হয়। এটি হলো রেফারেন্স এবং হোভার কেস।

অ্যাডভান্সিং ফ্লো পারফরম্যান্স — RPM একটি নির্দিষ্ট মানে সেট করা হয়, টানেলের গতি ধাপে ধাপে বাড়ানো হয়, এবং প্রতিটি বিন্দুতে থ্রাস্ট ও টর্ক রেকর্ড করা হয়। বেশ কয়েকটি RPM সেটিংয়ের জন্য এর পুনরাবৃত্তি করা হয়। এটি থেকে আপনি অ্যাডভান্স রেশিওর বিপরীতে থ্রাস্ট কো-এফিশিয়েন্ট, পাওয়ার কো-এফিশিয়েন্ট এবং দক্ষতা তৈরি করতে পারেন — যে কার্ভগুলো যেকোনো বাস্তব পারফরম্যান্স গণনার জন্য প্রয়োজন।

একই সাথে পরিমাপ করা হয়: থ্রাস্ট, টর্ক, ঘূর্ণন গতি, ইনপুট ইলেকট্রিক্যাল পাওয়ার (ভোল্টেজ এবং কারেন্ট) এবং টানেল রেফারেন্স স্পিড। ইলেকট্রিক্যাল ইনপুট পরিমাপ ছাড়া দক্ষতা আপনাকে কেবল প্রপেলার সম্পর্কে ধারণা দেয়; আর এটি সহ, আপনি সম্পূর্ণ প্রোপালশন চেইন সম্পর্কে জানতে পারেন, যা মূলত এন্ডুরেন্স নির্ধারণ করে।

---

৩. যে কারেকশনগুলোর কথা ডেটাশিটে কেউ উল্লেখ করে না

টানেলে প্রপেলারের ডেটাকে দুটি প্রভাব দূষিত করে, এবং উভয়েরই প্রতিষ্ঠিত সমাধান রয়েছে:

ব্লকেজ (Blockage)। টেস্ট সেকশনের তুলনায় প্রপেলার কোনো ছোট বস্তু নয়, এবং এটি নিজের মধ্য দিয়ে প্রবাহকে ত্বরান্বিত করে। প্রপেলার ব্লকেজের জন্য ক্লাসিক্যাল কারেকশনগুলো Glauert (1926)-এর সময় থেকে চলে আসছে এবং এখনও নিয়মিত ব্যবহৃত হয়।

ডিস্কে লোকাল ভেলোসিটি। যেহেতু একটি প্রপেলার সাধারণত ফেয়ারিংয়ের সামনের স্টিংয়ে পরীক্ষা করা হয়, তাই ব্লেডগুলো প্রকৃতপক্ষে যে গতি অনুভব করে তা টেস্ট সেকশনের প্রবেশমুখে পরিমাপ করা গতির চেয়ে কম হয়, তাই একটি ভেলোসিটি কারেকশন ফ্যাক্টর প্রয়োগ করতে হয়。

এর যেকোনো একটি এড়িয়ে গেলে আপনার এফিশিয়েন্সি কার্ভ এমনভাবে অতি-আশাবাদী হয়ে উঠবে যা কেবল ফ্লাইট টেস্টের সময়ই ধরা পড়বে, যখন এয়ারক্রাফট তার এন্ডুরেন্স লক্ষ্যমাত্রা অর্জনে ব্যর্থ হবে।

---

৪. বেঞ্চ স্ট্যান্ড নাকি উইন্ড টানেল?

বেঞ্চ স্ট্যান্ডটি অকেজো হয়ে যায় না — এটি এন্ডুরেন্স রান, থার্মাল সোক এবং কম্পোনেন্ট স্ক্রিনিংয়ের জন্য সঠিক টুল হিসেবেই থেকে যায়। এটি কেবল সেই প্রশ্নগুলোর উত্তর দিতে পারে না যা রেঞ্জ নির্ধারণ করে।

---

৫. একটি ফ্যাসিলিটির কাছে এর প্রয়োজনীয়তা কী

যদি প্রোপালশন টেস্টিং একটি মূল ইউজ কেস হয়, তবে টানেলের স্পেসিফিকেশন নির্দিষ্ট কিছু উপায়ে পরিবর্তিত হয়:

• লো-স্পিড কোয়ালিটি এবং স্ট্যাবিলিটি। অ্যাডভান্স রেশিও কার্ভের আকর্ষণীয় অংশটি শূন্যের কাছাকাছি থেকে শুরু হয়, যেখানে অভিন্ন লো-স্পিড ফ্লো তৈরি করা সবচেয়ে কঠিন।
• সেকশন সাইজ বনাম ডিস্ক ডায়ামিটার। ব্লকেজ লিমিট নির্ধারণ করে যে আপনি কতটা বড় প্রপেলার নির্ভরযোগ্যভাবে পরীক্ষা করতে পারবেন; এটি এমন একটি সংখ্যা যা প্রায়শই প্রজেক্টের শেষ পর্যায়ে সেকশন রিসাইজ করতে বাধ্য করে।
• একটি দৃঢ়, সুবিন্যস্ত মাউন্ট। থ্রাস্ট এবং টর্ক পরিমাপ ঠিক ততটাই ভালো হয় যতটা ভালো মোটর ধরে রাখা স্ট্রাকচারটি, এবং স্টিংয়ের রেজোন্যান্স আপনার ডেটাতে নয়েজ হিসেবে দেখা দেবে।
• মডেলে ইলেকট্রিক্যাল ইনফ্রাস্ট্রাকচার। হাই-কারেন্ট সাপ্লাই, নিরাপদ ব্যাটারি হ্যান্ডলিং এবং এমন ইনস্ট্রুমেন্টেশন যা এটি সহ্য করতে পারে।
• সিনক্রোনাইজড অ্যাকুইজিশন। মেকানিক্যাল, ইলেকট্রিক্যাল এবং ফ্লো ডেটা একই টাইম বেসে থাকতে হবে — অন্যথায় দক্ষতা কেবল একটি অনুমান, কোনো পরিমাপ নয়।
• ঐচ্ছিক অ্যাকোস্টিক সক্ষমতা। থ্রাস্ট-পার-ওয়াট এবং নয়েজ-পার-থ্রাস্ট হলো সেই দুটি কার্ভ যা সিদ্ধান্ত নেয় কোনো ডিজাইন সার্টিফাই করার যোগ্য কি না, তাই পরবর্তীতে রেট্রোফিট করার চেয়ে ব্যালেন্সের পাশাপাশি একটি মাইক্রোফোন অ্যারেকে শুরুতেই নির্দিষ্ট করা বেশি কার্যকর।

---

৬. পাঁচটি ভুল

• স্ট্যাটিক থ্রাস্ট দ্বারা প্রপেলারের তুলনা করা। অ্যাডভান্স রেশিওর সাথে র‍্যাঙ্কিং পরিবর্তিত হয়।
• ব্লকেজ এবং ভেলোসিটি কারেকশন উপেক্ষা করা। উভয়ই পারফরম্যান্সকে অতিরঞ্জিত করে。
• ইলেকট্রিক্যাল পাওয়ার ছাড়া থ্রাস্ট পরিমাপ করা। এতে এন্ডুরেন্সের পূর্বাভাসগুলো কেবল অনুমানে পরিণত হয়।
• একটি একক RPM পরীক্ষা করা। এফিশিয়েন্সি ম্যাপের জন্য বেশ কয়েকটির প্রয়োজন হয়।
• শুধুমাত্র প্রপেলার পরীক্ষা করা এবং ভেহিকেলের সাথে তা মিলে যাওয়ার প্রত্যাশা করা। ইন্টারঅ্যাকশন ইফেক্টগুলো বাস্তব এবং তা বেশ বড় হতে পারে।

---

৭. সক্ষমতা তৈরি করা

প্রোপালশন পরিমাপ হলো একটি সাধারণ টানেলের সবচেয়ে মূল্যবান ব্যবহারগুলোর মধ্যে একটি: সেকশনটি ছোট হতে পারে, গতি কম হতে পারে এবং এয়ারক্রাফট পারফরম্যান্সে এর রিটার্ন তাৎক্ষণিক পাওয়া যায়। ইন-হাউস টেস্ট ইনফ্রাস্ট্রাকচার তৈরি করা কোনো UAV প্রস্তুতকারকের জন্য এটি একটি স্বাভাবিক প্রাথমিক সক্ষমতা।

আমরা ঠিক এই ধরনের প্রোগ্রামের ওপর ভিত্তি করে টানেল এবং টেস্ট সেকশন ডিজাইন করি, যেখানে মাউন্টিং, ইনস্ট্রুমেন্টেশন এবং ইলেকট্রিক্যাল ব্যবস্থা অ্যারোডাইনামিক কনসেপ্ট থেকেই পরিকল্পিত থাকে। সম্পর্কিত পঠন:

ফ্যান অ্যারে উইন্ড জেনারেটর বনাম ক্লোজড-সার্কিট উইন্ড টানেল

এবং

আরবান এয়ার মোবিলিটির জন্য উইন্ড টানেল টেস্টিং

।

আমাদের আপনার প্রপেলারের আকার এবং স্পিড রেঞ্জ জানান এবং আমরা একটি সেকশন ও ইনস্ট্রুমেন্টেশন সেটের প্রস্তাব দেব।

---

সূত্র এবং নোট

• উইন্ড টানেলের ভেতরে টেস্ট স্ট্যান্ড যা থ্রাস্ট, টর্ক এবং ঘূর্ণন গতি পরিমাপ করে; RPM জুড়ে স্ট্যাটিক ক্যাম্পেইন এবং ধাপে ধাপে বাড়ানো টানেল স্পিডের সাথে নির্দিষ্ট RPM-এ অ্যাডভান্সিং-ফ্লো ক্যাম্পেইন; অ্যাডভান্স রেশিওর বিপরীতে প্লট করা কো-এফিশিয়েন্ট এবং দক্ষতা; নন-জিরো অ্যাডভান্স রেশিওতে পরীক্ষিত সর্বনিম্ন এবং সর্বোচ্চ RPM-এর মধ্যে দক্ষতায় প্রায় 10% পর্যন্ত পার্থক্য; Glauert (1926) ব্লকেজ কারেকশন এবং ফেয়ারিংয়ের সামনের স্টিংয়ে পরীক্ষিত প্রপেলারের জন্য ভেলোসিটি কারেকশন: "Wind Tunnel Study on Drone Propeller Thrust and Efficiency", Unmanned Systems Technology, "Measurement of Static and Dynamic Performance"।
• লো রেনল্ডস নম্বরে প্রপেলার পারফরম্যান্স ডেটা মেথডোলজি: Brandt & Selig, AIAA 2011-1255; APC propeller test series, AIAA 2022-4020।
• থ্রাস্ট এবং পারফরম্যান্স কো-এফিশিয়েন্টের সংজ্ঞা: Tyto Robotics, propeller performance coefficients।
• ফ্যাসিলিটি গাইডেন্স (ডিস্ক ডায়ামিটারের বিপরীতে সেকশন সাইজিং, মাউন্টের দৃঢ়তা, সিনক্রোনাইজড অ্যাকুইজিশন) হলো TunnelTech ইঞ্জিনিয়ারিং প্র্যাকটিস।