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智能“黑科技”|中国最专业的“有人机改型无人技术”竟然这么全能?

2022-09-27 09:12:24来源:联合飞机 作者:深无协 点击次数:328次字号:|
护航神舟飞船的无人机技术揭秘。

       在我国神舟十三号载人飞船往返、神舟十四号发射任务中,来自联合飞机集团的一架特殊的无人直升机在保障工作中发挥了重大作用——这架无人机由传统有人直升机改型而来,也是该技术在航天搜救领域的首次应用。



       有人改无人技术(能力)是伴随先进的总体设计制造技术、飞控集成技术、余度管理技术、监控完整性设计、电气完整性(EI)设计等大幅度跃升后出现的一个全新阶段。有人机改型无人机全域解决方案将为众多接近最高使用年限的有人直升机延寿并满足大载重、长航时、覆盖广等特定场景的海量需求。联合飞机通过十年的研发技术投入,依托自身在人工智能、大数据、自主飞行控制等方面的产业实践和技术积淀,较早就成功实现了有人直升机的无人化改造,并具备多行业、多场景的应用实践经验。经过对有人改直升机功能和应用场景的多维度拓展,联合飞机已拥有了有人改无人全域全系统研制能力。联合飞机领先的飞控系统应用技术及面对多重复杂环境的改型解决方案,可根据用户需求来打造安全、易用和经济的一站式改型方案服务。

为何要钻研有人改无人技术?

       说到为何要钻研有人改无人技术,一方面,大型无人直升机在大载重、长航时、覆盖广(载荷≥100kg、续航≥1h、任务半径≥20km)等特定的应用场景依然无法替代;另一方面,受限于当前的技术水平瓶颈,正向直接研制大型无人直升机诸多不顺。一个成熟直升机型号的设计所要经历的过程复杂程度远非现在常见的多旋翼无人机所能比拟,那么不如另辟蹊径,基于有人直升机做无人化改造也是一个可行的方法。无人化改型的基本思路是沿用有人直升机的发动机、旋翼、传动等主体结构,通过对其进行结构改造和电气改造,加装飞控系统,实现无人自主飞行。

       有人驾驶飞机相对于无人机,具有装备产品类型更丰富、谱系更完善、平台更成熟的技术特点。有人机改型无人机适用于各类中型、大型直升机或固定翼飞机,形成稳定的无人化飞行平台,配备适应性任务载荷设备,快速形成行业应用能力。利用有人机改型成为无人机,能够发挥已有飞机平台成熟、稳定优势,有效降低中大型无人机研制成本,快速形成大载荷、谱系化、多用途无人机(固定翼/直升机)装备产品,降低高风险战场环境中人员伤亡风险。同时,也能够解决大量老型飞机“到寿”后,持续使用问题,提升装备全寿命周期作战使用效能。



       有人改无人,看似市场小众,其实前景广阔。据中国航空工业发展研究中心预测,预计到2025年,中国机队规模将大幅增加,民用直升机机队规模将达到1874架。从整体趋势来看,不管是一直持续旺盛的军事应用、不断探索的大范围勘测,还是日益重要的物流运输,有人直升机无人化改造是一个被实际需求不断推动发展的越滚越大的雪球,未来前途必定是星辰大海。

       直升机寿命即机体结构的寿命,包括飞行小时、起落次数、日历寿命三个指标。前二者反映了使用载荷、交变载荷、冲击载荷对直升机造成的疲劳损伤,也称疲劳寿命;日历寿命则反映飞机在服役环境(如温度、振动、湿度)和服役条件(如停放时间、储存条件、维修条件)下能完成使用功能的持续时间。在我国,直升机日历寿命到值时,疲劳寿命仅消耗六成甚至一成,若报废这些日历寿命到期的飞机,会造成巨大的经济损失。以往仅作为战备库存保存着的这些“到寿”飞机,其实还具有完整的飞行能力。

        “把一架有人直升机改造为无人机,能为直升机延长3至5年的使用寿命,假如每年能够将1000架不同级别的有人直升机改为无人直升机,按照每架直升机配置2-3名驾驶员的比例,每个直升机飞行员综合培训费用80万元,仅从培训费用角度,就可为国家节省费用大约20亿元。”



       有人机改型无人机的核心在于采用多余度飞行控制与管理系统进行飞行控制以及机载设备的统一协调,完成全机系统的无人化控制;同时,进行无人机系统安全性分析与评估,确保改型无人机系统满足任务可靠性与安全性的关键指标要求。

       除此之外,还有哪些关键技术呢?

01.飞机本体结构改造

       第一步进行传动机构的电传改造工作:摸清楚传动操纵的基本结构布局 ;确定操纵执行舵机的安装位置,拆除部分不需要的有人驾驶操纵机构;设计舵机的安装方式、与操纵连杆的配合方式。第二步是舵机类型和舵机参数的选择。有时还需要结合仿真分析和实验测试,对飞机脚架、飞机总体外形气动布局进行调整。

02.飞行控制系统集成

       主要有发动机转速控制、飞机航向稳定控制、机体状态监控。达到手动操纵辅助控制算是刚入门,达成悬停控制算及格,倘若具备了航线飞行、自动起降、故障诊断与容错就算是满分了。要谨记住的是:传感器是基础、飞行控制律是核心。行之有效的是在全系统联通的基础上,完成长时间拷机测试。

03.指挥控制保障车设计

       工作包括在车体上加装方舱、液压升降台,以实现将无人直升机搬运至方舱内部,将方舱内部空间用于储藏运输无人直升机、载荷及其他设备。车中也集成了地面指挥控制系统和测控系统。

04.飞行测试

       首先是要确保按照系统设计要求,各个模块能够正常工作,达到全系统联通状态;其次是调整输出舵机行程范围、标定传感器范围、测试系统功耗、长时间拷机评估系统稳定性。集成的内容包括飞行控制系统、电气系统、电源管理系统、舵机控制器、飞机改造结构、飞机本体等多个环节。通常是按照航电安装集成静态联试、地面固定系留飞行测试、首飞测试、速度测试、极限测试、调整测试、验收测试等多个环节循序渐进的原则,依次逐步验证,降低飞行试验的风险。

       联合飞机有人改无人为什么能成功?总结联飞成熟的经验,可归纳出一套必胜宝典。

       第一点是选取成熟稳定的优势平台:选取成熟稳定、技术成熟度高、改型成本低、经济性好的飞机平台。尤其大多数通航飞机已完成适航取证,安全性较高。

       第二点是高可靠飞控系统设计:设计开发的飞行控制与管理系统采用余度容错技术,关键部件均按两余度/三余度/四余度配置(飞行控制与管理计算机、伺服控制器、舵机和主传感器),能够确保飞机安全关键系统具备较高的安全等级,在发生关键故障情况下,通过容错重构依然具备安全飞行工作的能力。

       第三点是高效的维护保障:高于原有人机的成熟保障体系和零配件供应,实现了保障团队的复用。新研飞控系统采用二级维修体制,基层级维修平均修复时间(MTTR)1小时。系统的外场可更换单元(LRU)和内场可更换单元(SRU)的安装、连接和性能具有互换性。

       第四点是广泛的载荷搭载:有人机改型无人机驾驶舱实现了再利用,可携带、运输各类设备或物资,具有较大载荷能力。通过设计通用机械、数据接口,发挥大载荷的优势,灵活配置搭载多类任务设备(例如光电吊舱、红外热像仪、视频跟踪器等),实现广泛的工业应用需求,充分发挥无人机优势。



       技术发展与探索的道路没有尽头。联合飞机未来正着眼全量级、全行业应用直升机的有人改型服务方案,以支撑和赋能各行业、全环境直升机的无人化转型,成为中国第一、世界先进的有人机改型专家单位。






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