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FAA资助的无人机碰撞研究可能拓宽
2017-12-06

【据美国航空周刊与空间技术网站2017年12月1日报道】航线飞机与无人机碰撞不太可能导致坠毁,但可能导致比与无人机尺寸和速度相当的鸟撞更大的破坏。
FAA的无人机安全研究联盟(Assure)的研究得出了结论:无人机的刚性结构及重量集中的部分,例如电池、摄像头、电机等对飞机结构的损坏比柔性的鸟要严重。
由原件试验验证过的计算机建模揭示了典型的2.7磅重的四旋翼无人机和4磅重的固定翼无人机在某型情景下能刺穿飞机的水平尾翼前缘,同时可能带来电池引起的起火风险。
今年四月的地面试验表明多旋翼无人机对人的危害比预想的低,因为多旋翼无人机坠落的速度比其他物体慢。这次的研究是地面试验的后续,是Assrue开展的FAA资助的项目。
不像鸟撞试验,该持续14个月的飞机碰撞试验没有向飞机发射无人机以观察破坏。全尺寸的物理试验耗时过长,成本太高,准确控制冲击条件太难。

相反,该研究使用经组件级碰撞试验验证过的飞机和无人机结构模型进行仿真。威奇托州立大学碰撞动力学和计算力学主任,首席研究员杰拉德•奥利瓦拉斯说仿真模拟了最坏情况下的碰撞来建立最坏情况下的破坏程度。
研究人员模拟了流行的2.7磅重的大疆精灵3四旋翼无人机和4磅的PrecisionHawk公司的小型固定翼无人机Lancaster。目标飞机使用波音737和庞巴迪的里尔31A商务机来建模。碰撞条件为目标飞机航速200节,无人机航速50节,相对航速为250节。
基于物理参数的有限元模型由对无人机使用材料进行试样级别的测试、用压缩空气枪对电池、摄像头、电机进行的起火试验和对四旋翼无人机机体以及去除电池的整机进行的跌落试验来验证。
奥利瓦拉斯说出人意料的是仅重2.27盎司的电机在250节的相对速度下击穿了0.063英尺厚的铝板。与此同时,在更低的速度下,电池更可能变形而不是解体,加大了碰撞后起火的风险。
研究结论表明当商用大型飞机和2.7磅重四旋翼无人机或4磅重固定翼无人机在250节的相对速度下可能在垂直和水平尾翼上导致中等-高程度破坏,穿透铝制前缘,但不会穿透翼梁,在机翼前缘造成中等程度破坏,在飞机驾驶舱挡风玻璃造成中等-低程度破坏,可使无人机偏转过去。
研究结果与组件级的物理测试相对应,模拟结果表明大部分破坏由无人机相对较刚性和致密的部分造成,例如电机、摄像头等。
研究结果表明,初始动能相近的情况下,无人机可造成的破坏比鸟撞更大。由于无人机机体更硬,4磅重的鸟和4磅重的无人机将给飞机带来不同等级的破坏。
研究发现对于超过2.6磅的无人机,碰撞速度是至关重要的。奥利瓦拉斯说下一步的研究将使Assure建立无人机重量阈值,低于该重量的无人机与飞机碰撞不会造成破坏。
制造商称由于大疆的无人机比其他无人机都要轻,政府部门应对大疆的无人机区别对待。
研究者还称,对于小型无人机,重量和刚性的分布对能力转移至关重要。在无人机设计中考虑了吸能组件(材料或结构部件)的设计可降低飞机的损失。
Assure正针对通用飞机和直升机计划开展2018年的第二阶段工作。第一阶段工作同样针对涡扇发动机的碰撞进行了研究,结果表明固定翼无人机将对风扇和发动机舱造成的损失超过四旋翼无人机。第二阶段工作中,Assure计划于制造商确定进行物理测试和碰撞建模的代表型发动机模型。(中国航空工业发展研究中心 蔡琰)

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