無人機(jī)在航空維修領(lǐng)域的應(yīng)用

張金濤

目前，航空裝備維修領(lǐng)域中出現(xiàn)了一種新的支持技術(shù)和手段-利用無人機(jī)輔助航空維修，該技術(shù)屬于無人機(jī)在航空裝備維修領(lǐng)域的具體應(yīng)用，被國內(nèi)外航空裝備供應(yīng)商和使用商廣泛關(guān)注。本文就該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用場景進(jìn)行了分析，重點(diǎn)論述了軍民領(lǐng)域中無人機(jī)在航空維修領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。

隨著軍、民用航空裝備規(guī)模的增加，全球航空維修產(chǎn)業(yè)維持持續(xù)增長。這不僅歸因于眾多新機(jī)型、新發(fā)動機(jī)和新部件的研制與生產(chǎn)，也得益于許多老舊飛機(jī)和發(fā)動機(jī)都在延壽運(yùn)營。面對上述的巨大維修需求，軍民用飛機(jī)平均每架要配備二三十個維修人員，并且對維修人員的技能需求還在不斷增加。鑒于上述矛盾和無人機(jī)在遠(yuǎn)程遙測、續(xù)航時間、飛行品質(zhì)上有了明顯的突破，從而可以為無人機(jī)在航空維修領(lǐng)域的應(yīng)用提供良好的發(fā)展前景。借助無人機(jī)，通過遙感測量等技術(shù)，采用多傳感器集成的方法，可實(shí)現(xiàn)部分航空維修檢查工作的全自動化開展。

技術(shù)應(yīng)用

航空維修涉及的業(yè)務(wù)非常廣泛。可能包含日常維護(hù)保養(yǎng)和一般保障勤務(wù)，檢查和排除故障，調(diào)整和校正，機(jī)件的更換，小修，周期性工作，飛機(jī)及其設(shè)備、機(jī)件的中修、大修，部分零件的修配和制作，系統(tǒng)、設(shè)備的測量試和校驗(yàn)，改裝和較大的周期性工作等。結(jié)合無人機(jī)的機(jī)動性、全方位探測和實(shí)時儲存分析的特點(diǎn)，航空維修中的人工檢查等業(yè)務(wù)比較適用于無人機(jī)檢查來替代人員巡檢。該項(xiàng)新技術(shù)通常在以下方面具有應(yīng)用前景：

（1）雷擊損壞檢查

目前飛機(jī)庫中無人機(jī)的最大用途是直接目視檢查雷擊損壞。國外部分供應(yīng)商正在試驗(yàn)無人機(jī)，以便在已知或可疑損壞后檢查機(jī)身。雷擊后手動檢查需要4～6h，而無人機(jī)的使用可以在30min內(nèi)完成檢查。

（2）定期維修

無人機(jī)可用于飛機(jī)的定期維護(hù)工作。在大量維護(hù)工作之間，無人機(jī)可以掃描機(jī)身并進(jìn)行計劃維修，或在租賃檢查之前掃描機(jī)身，以確保零件處于正常狀態(tài)。國外已成功開發(fā)了相關(guān)完整的系統(tǒng)，以幫助工程師進(jìn)行機(jī)身檢測，其無人機(jī)和板載傳感器可以進(jìn)行信息實(shí)時交互并查詢數(shù)據(jù)庫，因此工程師可以快速得到檢查結(jié)果并據(jù)此進(jìn)行深度維修決策。

（3）交付備件

在飛機(jī)維修部過程中，無人駕駛飛機(jī)可用于提供備件。這將減少機(jī)庫的地面復(fù)雜程度并提升維修速度和效率。

（4）自動檢測缺陷

無人機(jī)可以根據(jù)航空公司提供的缺陷數(shù)字圖像庫，對無人機(jī)收集的圖像結(jié)果進(jìn)行編目和比較，這些圖像也可以存儲在云端以進(jìn)行視頻識別，使工程師能夠查明潛在的損壞情況，以便選擇深度檢查。

民航領(lǐng)域應(yīng)用

目前，民用航空領(lǐng)域在技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用上處于領(lǐng)先地位。以空中客車公司使用無人機(jī)30min完成整機(jī)外觀檢查為例?？罩锌蛙囌芯渴褂眯⌒蜔o人機(jī)進(jìn)行航班飛機(jī)的外觀質(zhì)量檢查。此舉主要是為了減少利用人工目視檢查飛機(jī)外觀劃痕、凹陷或者噴漆瑕疵等所需的時間。

空中客車使用的小型無人機(jī)攜帶一個高分辨率相機(jī)，由自動飛行控制系統(tǒng)操縱按照預(yù)定航跡在飛機(jī)上表面周圍飛行，全程由一名駕駛員監(jiān)視。無人機(jī)拍攝的圖像自動存儲并被編譯成一個三維的數(shù)字模型，用于和完好外觀比對分析外觀質(zhì)量瑕疵?？罩锌蛙嚤硎?，這種方法有助于改善質(zhì)量可追溯性，阻止和減少飛機(jī)損壞。

通常情況下，飛機(jī)質(zhì)量檢驗(yàn)員需要利用升降平臺花費(fèi)2h進(jìn)行飛機(jī)表面質(zhì)量檢查，而采用小型無人機(jī)僅需10-15min，同時還提高了安全性和舒適性?？罩锌蛙嚹壳罢谝患蹵320上進(jìn)行全尺寸的工業(yè)級測試，并將在其它項(xiàng)目上使用無人機(jī)進(jìn)行檢測。

和空中客車類似，國外的易捷航空也進(jìn)行了相關(guān)的技術(shù)研發(fā)和測試。易捷在其分布于歐洲的10個工程基地使用小型無人機(jī)檢查飛機(jī)損傷。數(shù)據(jù)顯示預(yù)編程無人機(jī)可以將飛機(jī)遭受雷擊或雹災(zāi)后所需的檢查時間從超過24h減少到2h，并幫助后續(xù)的詳細(xì)人工檢查精確定位，減少停飛時間。

當(dāng)前，如果飛機(jī)遭受了雷擊或冰雹，工程師必須首先找到受損位置，然后測量和判定該區(qū)域是否為 關(guān)鍵區(qū)域，是否會對飛機(jī)產(chǎn)生安全影響。過去，人工的繞機(jī)檢查機(jī)體損傷會持續(xù)6至8h，而且還需要穿插其他工作環(huán)節(jié)。為了縮短時間和提升效率，易捷航空和英國藍(lán)熊系統(tǒng)公司聯(lián)合開發(fā)的專用于檢查的Riser四旋翼無人機(jī)。Riser能在室內(nèi)操作，避免與人員和飛機(jī)的碰撞，自動構(gòu)建三維圖畫，基于數(shù)據(jù)庫，其掃描技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)微米級別的損傷探測和識別。

軍用領(lǐng)域應(yīng)用

為了強(qiáng)調(diào)任務(wù)成功概率，考慮到維修任務(wù)工作量巨大，軍用領(lǐng)域的維修要求并沒有民航那么系統(tǒng)和嚴(yán)格。所以，使用更先進(jìn)的檢測手段，提高檢測效率，降低檢測人員的數(shù)量和技能要求，也是軍方始終在探索的重點(diǎn)。

以美軍為例，其412測試聯(lián)隊(duì)使用新興技術(shù)，在Lewis-McCord基地使用了無人機(jī)（四軸飛行器）對C-17 運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行外部的維護(hù)檢查。測試組首次在飛行線上使用了一個小型無人機(jī)系統(tǒng)，第二次應(yīng)用了大型四軸飛行器，測試結(jié)果良好。根據(jù)測試情況，該無人機(jī)配備了攝像機(jī)，通過程序和人員的控制，無人機(jī)錄制了相關(guān)實(shí)時視頻，并由包含專業(yè)維護(hù)人員的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行評估，以確定質(zhì)量問題是否存在和是否需要進(jìn)行進(jìn)一步檢查。經(jīng)過測試，從無人機(jī)的攝像機(jī)錄制的視頻足夠清晰，可以看到貨機(jī)外部的較小細(xì)節(jié)，如結(jié)構(gòu)異常、裂縫等。

經(jīng)過綜合評估，該測試非常成功，維護(hù)人員使用這些數(shù)據(jù)簽派了飛行，這是美國空軍的第一次嘗試。通過該技術(shù)的應(yīng)用，可以節(jié)省維護(hù)者很多時間，通常需要45分鐘到一個小時的檢查只需幾分鐘就可以用無人機(jī)完成。特別是維護(hù)人員不需要使用電梯來檢查C-17的尾部，也不需要在飛機(jī)頂部行走。

總結(jié)

隨著無人機(jī)平臺的日益成熟和三維掃描和探測技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)在航空維修領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。在這些應(yīng)用中，無人機(jī)系統(tǒng)并不是要完全取代工程師，而是作為另外一種檢查工具和手段，更為高效的輔助工程師開展維修工作。無人機(jī)在航空維修領(lǐng)域中的應(yīng)用具備寬廣的前景，但國內(nèi)的研究與應(yīng)用處于初級階段，如何利用國內(nèi)的無人機(jī)先進(jìn)平臺和技術(shù)，開拓出一條適合國內(nèi)航空維修的創(chuàng)新之路是值得研究的新課題。