Nytt Flymåleutstyr (NFU) - Evaluation of the MXU-648A A Cargo Travel Pod internal environment as installed on the F-16A aircraft

Abstract

There have been performed tests to evaluate the internal environment and to determine the effects of increasing the moment of inertia of a MXU-648A/A Travel Pod as installed on the F-16A aircraft for the Norwegian Captive Carry (NFU) program. Three flight events with typical research flight profiles totaling 3.6 hours were conducted under daylight visual meteorological conditions. All test objectives were met. The test aircraft and instrumented MXU-648A/A were representative of production models. The external configuration was selected to mimic future research missions and to maximize the aeroelastic stability (flutter) margins. External fuel tanks were incorporated on stations 4 and 6 and captive air-to-air training missiles (CATM-120) were mounted on each wing tip. The instrumented MXU-648A/A was installed on station 3 and all other stations were empty. The MXU-648A/A yawing moment of inertia (Izz) varied from 27.1 kg⋅m2 (20.0 slug⋅ft2 ) during the first flight, to 40.4 kg⋅m2 (29.8 slug⋅ft2 ) on the second flight, and finally to 66.4 kg⋅m2 (49.0 slug⋅ft2 ) on the third flight. Substantial data was gathered to describe the behavior of the MXU-648A/A internal thermal environment during typical low altitude, high speed flight conditions. Six temperature sensors were continuously recorded to provide local skin temperature at three locations, internal air temperature in the cargo bay and in the nose cavity, and external air temperature. The maximum skin temperature recorded was 26.2 °C at the aft section of the pod. The data at this specific location appears to correlate with the preliminary results from the computational fluid dynamics (CFD) wall temperature contour models which indicate that warmer skin temperatures can be present at the aft section of the pod when compared to the forward section of the pod. Additional data was gathered at high altitude conditions to document typical ferry conditions. The coldest temperature recorded was -37.6 °C at the forward skin location. Nine accelerometers were installed to characterize the MXU-648A/A vibration environment while varying the pod moment of inertia over three flights. While the vibration magnitude appeared to grow by as much as 63.5% with an increase in moment of inertia during certain events (low altitudes, > 500 KCAS), this trend did not occur during most other test points. In fact, the change in grms vibration level from the first flight to third flight was less than 10% during 68% of the test events. The data indicates that the most significant vibration occurred in the lateral axis (y-axis) over a frequency range of 60-85 Hz. While these observed vibration levels exceed the guidance specified in MIL-STD-810F, DOD Test Method Standards for Environmental Engineering Considerations and Laboratory Tests, they are being described as “frequencies of interest” since the final NFU designs will differ in terms of aerodynamic shape and mass properties. It is recommended that this data be reviewed by the NFU design teams. Consideration should be given to incorporating this information into the development and design process.

Det er gjennomført tester for å evaluere internt miljø og for å undersøke virkningen av å øke treghetsmoment i en MXU-648A/A Cargo/Travel Pod montert på et F-16A jagerfly for prosjekt Nytt Flymåleutstyr (NFU). Tre flyvninger med typiske baneprofiler på til sammen 3,6 timer ble gjennomført, og alle testmål ble møtt. Luftforsvarets standardutgaver av F-16 jagerfly og MXU-648A/A Cargo/Travel Pod ble benyttet. Under testene ble F-16 konfigurert for å etterligne forventet last under framtidige flyvninger med NFU. Eksterne drivstofftanker ble montert på stasjon 4 og 6 og luft-til-luft treningsmissiler (CATM-120) ble montert på hver vingespiss (stasjon 1 og 9). Instrumentert MXU-648A/A ble installert på stasjon 3, mens resten av stasjonene var uten last. Treghetsmomentet om vertikal akse til instrumentert MXU-648A/A varierte fra 27,1 kg⋅m2 (20.0 slug⋅ft2 ) under første flyvning, 40,4 kg⋅m2 (29.8 slug⋅ft2 ) under andre flyvning, og 66,4 kg⋅m2 (49.0 slug⋅ft2 ) under tredje flyvning. Data ble innsamlet for å beskrive termisk miljø i MXU-648A/A under lav høyde/høy hastighet flyforhold – typisk for hvordan NFU vil operere. Seks temperatursensorer ble fortløpende avlest for å måle hudtemperatur på tre steder, intern lufttemperatur i lasterom og i nesen, og utvendig lufttemperatur. Maksimal registrert hudtemperatur var 26,2 °C, målt på siden av haleseksjonen. Data ser ut til å korrelere med foreløpige resultater fra strømningsanalyser, som indikerer varmere hudtemperaturer ved haleseksjonen i forhold til neseseksjonen og senterseksjonen. Temperaturdata ble også innsamlet i stor høyde for å dokumentere forhold under transitt. Kaldeste temperatur målt under transitt var -37,6 °C på siden av neseseksjonen. Ni akselerometre ble montert for å karakterisere vibrasjonsmiljøet i MXU-648A/A. Mens vibrasjonene så ut til å øke med hele 63,5 % ved en økning i treghetsmoment under visse tester (lav høyde, høy hastighet), var økningen liten for de fleste andre testene. Faktisk endring i grms vibrasjonsnivå fra første flyvning til tredje flyvning var mindre enn 10 % i 68 % av testene. Dataene indikerer at mest signifikante vibrasjoner skjedde om vertikal akse over frekvensområdet 60-85 Hz. Selv om observerte vibrasjonsnivåer overstiger anbefalingene spesifisert i MIL-STD810F, blir de beskrevet som ”frekvenser av interesse” siden endelig aerodynamisk form og massefordeling for NFU vil variere i forhold til MXU-648A/A med benyttet nyttelast. Det anbefales at resultater og erfaringer fra disse målingene benyttes under design av NFU, og for å gi føringer til underleverandører og til produsent av modifisert MXU-648A/A.