通用航空器起落架可視化系統(tǒng)研究

茍江 周彬 童瑾

摘要： 通用航空器的起落架系統(tǒng)通常具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、冗余度低和指示系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在缺陷等情況。通過(guò)探究一種可視化系統(tǒng)，首先對(duì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路進(jìn)行介紹，其次對(duì)系統(tǒng)核心部件如攝像頭的選型、安裝和供電方案等進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，最后通過(guò)地面試驗(yàn)論證了該系統(tǒng)在座艙內(nèi)部視頻信號(hào)傳輸?shù)目煽啃砸约皵z像頭安裝位置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。該方案完成了對(duì)起落架的指示系統(tǒng)進(jìn)行的升級(jí)，使其具有更高的冗余度和安全性，為通用航空器可收放式起落架系統(tǒng)的功能改進(jìn)提供了一種可行方案。

關(guān)鍵詞： 起落架系統(tǒng) AW109SP 直升機(jī) 可視化 系統(tǒng)研究

中圖分類號(hào)： TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1672-3791（2023）24-0109-03

當(dāng)前的維修模式下，為保證航空器起落架系統(tǒng)的正常工作，通用航空器的維修方案規(guī)定了周期性檢查。這些檢驗(yàn)性工作只是在現(xiàn)有的飛機(jī)構(gòu)型前提下，通過(guò)頻繁的功能檢測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)已出現(xiàn)故障的系統(tǒng)，并在下次飛行前排除。由于起落架系統(tǒng)本身較為復(fù)雜，涉及液壓系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電子傳感及指示系統(tǒng)，其故障隨機(jī)性、偶發(fā)性更大，較難總結(jié)出故障發(fā)生的規(guī)律。現(xiàn)有的檢查手段并不能從本質(zhì)上提高起落架系統(tǒng)的可靠性及安全裕度，因此對(duì)機(jī)務(wù)維護(hù)工作帶來(lái)了諸多不利，給航空器的安全運(yùn)行帶來(lái)一定壓力。本文以中飛院運(yùn)行的AW109SP 直升機(jī)為研究對(duì)象，針對(duì)該型通用航空器的起落架可收放的特點(diǎn)，研究飛行員對(duì)其狀態(tài)的判斷方式，并進(jìn)一步探究對(duì)AW109SP 直升機(jī)起落架系統(tǒng)進(jìn)行可視化改造的可行性［1-2］。

1 起落架系統(tǒng)故障的隱患

近年來(lái)，隨著民航業(yè)的快速發(fā)展，中國(guó)民用航空飛行學(xué)院承擔(dān)了逐年增加的訓(xùn)練量。而相應(yīng)的機(jī)群卻呈現(xiàn)兩極分化的態(tài)勢(shì)：以PA-44-180 飛機(jī)為代表的部分機(jī)型逐步進(jìn)入老齡化階段，故障概率也呈上升趨勢(shì)。以AW109SP 和DA42NG 為代表的新機(jī)型又處于初始運(yùn)行階段，故障率同樣偏高。如何在依法維修、依規(guī)維修的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，這也對(duì)消除隱患提出了一個(gè)更高層次的要求。本文的關(guān)注點(diǎn)在可收放起落架的狀態(tài)監(jiān)控。通過(guò)多年的維護(hù)工作，研究人員發(fā)現(xiàn)起落架狀態(tài)指示存在設(shè)計(jì)功能上的一定缺陷，即飛行員僅僅能夠通過(guò)座艙內(nèi)指示燈判斷其當(dāng)前狀態(tài)。指示信息不具備冗余度，如果出現(xiàn)起落架未放到位的故障，飛行員就無(wú)法判斷起落架是確實(shí)未放下還是指示警告系統(tǒng)出了故障。現(xiàn)有的維護(hù)工作很難消除上述隱患問(wèn)題，因此需要從系統(tǒng)的功能方面做出改進(jìn)［3-4］。

2 可視化系統(tǒng)總體思路

基于對(duì)航空器外部可加裝部位的充分分析論證，本文選取合適的安裝位置，設(shè)計(jì)并制作安裝支架，待完成制作后，將其安裝在航空器機(jī)身外部。在航空器內(nèi)部，飛行員通過(guò)顯示設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)觀察起落架當(dāng)前的狀態(tài)。通過(guò)地面收放試驗(yàn)，驗(yàn)證該方案的可行性、信號(hào)傳輸穩(wěn)定性以及實(shí)際觀察效果?？傮w設(shè)計(jì)思路有以下方面：（1）選定適合型號(hào)的攝像頭；（2）根據(jù)航空器外觀構(gòu)型，設(shè)計(jì)制作攝像頭的安裝支架；（3）通過(guò)試驗(yàn)論證攝像頭與座艙內(nèi)顯示設(shè)備的信號(hào)交聯(lián)方式及穩(wěn)定性；（4）通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證攝像頭安裝位置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；（5）通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證可視化系統(tǒng)與航空器現(xiàn)有航電設(shè)備之間是否存在電磁干擾。

3 起落架可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 攝像頭選型

項(xiàng)目組綜合考慮，并測(cè)試多款攝像頭后，選定了型號(hào)為M300 的攝像頭，如圖1 所示。

該攝像頭具有以下特點(diǎn)：（1）該攝像頭具備可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸，在底座固定于機(jī)身后，可進(jìn)行角度調(diào)節(jié)，用以適配地面測(cè)試時(shí)不同安裝位置所需的攝像頭角度；（2）該攝像頭為1296P 的超高清攝像頭，機(jī)組人員在座艙內(nèi)可觀察起落架系統(tǒng)的實(shí)際狀態(tài)；（3）該攝像頭使用傳統(tǒng)USB 供電，僅需提供5 V 電源即可工作，功率小，工作電流小于1.5 A。如使用機(jī)載電源，對(duì)整機(jī)電源負(fù)載影響較??；（4）攝像頭工作溫度為-10～60 ℃。

3.2 攝像頭安裝

AW109SP 直升機(jī)在機(jī)腹底部預(yù)留了外掛設(shè)備的吊架位。使用自制的框形支架，將攝像頭安裝于機(jī)腹底部，使用螺栓進(jìn)行連接固定，如圖2 所示。

3.3 攝像頭供電

由于攝像頭本身采用5 V 的USB 供電，所以需將機(jī)載的28 V 電源轉(zhuǎn)換為5 V 后，重新鋪設(shè)供電線路至攝像頭安裝位置。電源轉(zhuǎn)換器采用DC-DC 模塊，進(jìn)行外觀封裝后，安裝于電氣設(shè)備艙內(nèi)，便于日常檢查維護(hù)及故障更換。

3.4 視頻信號(hào)傳輸

使用任何安卓系統(tǒng)的智能設(shè)備，安裝相應(yīng)的應(yīng)用程序后，即可通過(guò)Wi-Fi 連接攝像頭，在座艙內(nèi)查看實(shí)時(shí)畫(huà)面，具體見(jiàn)圖3。

4 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度地面試驗(yàn)

攝像頭的安裝采用了自制的框架底座，通過(guò)螺栓與機(jī)體進(jìn)行連接。為保證安裝結(jié)構(gòu)能夠?qū)友b的部件提供足夠的約束，需要對(duì)飛機(jī)的原有結(jié)構(gòu)和加裝部件強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證。參考中飛院已完成的多項(xiàng)加裝工作，采用靜力實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)加裝位置的強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證［5-6］。靜力試驗(yàn)載荷系數(shù)如表1 所示。

使用彈簧秤，在相應(yīng)方向施加對(duì)應(yīng)的載荷，保持3 s以上，檢查結(jié)構(gòu)有沒(méi)有出現(xiàn)變形及損傷，如圖4所示。

5 電氣負(fù)載分析

攝像頭工作電壓為5 V，工作電流小于1.5 A，總功率小于7.5W。該負(fù)載相對(duì)于航空器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)而言，影響很小，可以忽略不計(jì)［7-8］。

6 結(jié)論

從當(dāng)前裝機(jī)測(cè)試的效果來(lái)看，整個(gè)可視化系統(tǒng)的概念是可行的，在信號(hào)采集和傳輸方面均安全可靠：（1）沒(méi)有與任何現(xiàn)有的機(jī)載設(shè)備發(fā)生沖突或干擾；（2）可視化系統(tǒng)能夠幫助飛行員準(zhǔn)確迅速地判斷起落架狀態(tài)；（3）功能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，飛行員可通過(guò)安卓智能設(shè)備查看攝像頭傳輸?shù)男盘?hào)；（4）對(duì)原有起落架指示功能沒(méi)有干擾，僅增加了飛行員接收起落架指示狀態(tài)信息的冗余度。

本文初步論證了對(duì)通用航空器的起落架系統(tǒng)進(jìn)行可視化改裝的可行性。從概念上證明了：該系統(tǒng)能夠?yàn)轱w行員提供直觀、冗余的起落架狀態(tài)信息。同時(shí)，這幾個(gè)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便、功能清晰、運(yùn)行可靠。在AW109SP直升機(jī)上進(jìn)行地面測(cè)試，得到了很好的使用效果。在試裝實(shí)驗(yàn)中，可視化系統(tǒng)的攝像頭能夠及時(shí)有效地采集起落架關(guān)鍵部位的視頻信號(hào)，并通過(guò)無(wú)線連接的方式將其發(fā)送至飛行員的安卓智能設(shè)備中，從而實(shí)現(xiàn)起落架狀態(tài)信息的視頻化和冗余化。航空器起落架系統(tǒng)對(duì)于保障通用航空器的運(yùn)行安全具有一定意義。

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