Met de voortdurende vooruitgang van wetenschap en technologie worden onbemande luchtsystemen (UAS) steeds vaker op veel gebieden gebruikt, maar hoe bestaande bemande luchtvoertuigen snel en effectief kunnen worden omgezet in onbemande luchtsystemen is altijd een hot spot geweest op het gebied van de luchtvaart. Onlangs publiceerde het team van professor Li Daochun en academicus Xiang Jinwu van de Beijing University of Aeronautics and Astronautics een artikel met de titel "Robot Pilot: A New Autonomous System Toward Flying Manned Aerial Vehicles" in het tijdschrift Engineering, waarin de nieuwe helikopteraandrijvende robot werd geïntroduceerd die ze hadden ontwikkeld. . Deze prestatie biedt een nieuwe oplossing voor het onbemande bemande vliegtuig.
De kern van het onderzoek is een nieuw type robotsysteem dat in staat is om zelfstandig een bemande helikopter te besturen, waardoor een nieuw type onbemand luchtsysteem ontstaat. Dergelijke systemen maken optimaal gebruik van de volwassenheid van het platform, het laadvermogen en de luchtwaardigheid van bestaande bemande luchtvaartuigen, terwijl de operationele en toepassingsgebieden van onbemande luchtvaartuigen aanzienlijk worden uitgebreid. Het onderzoeksteam besprak in detail het concept van een vliegtuigpilootrobot en de voordelen ervan, en stelde een helikopterpilootrobot voor bemande helikopters voor. Volgens de besturingskarakteristieken van het helikopterbesturingsmechanisme werd de robot ontworpen om het robotservomechanisme aan te drijven, en op basis van de kinematische analyse van het robotservomechanisme werd een robotvluchtcontroller met directe aandrijfmethode opgezet om de tijdvertraging te verminderen en besturingsfout in het servoproces van de robot.
Het onderzoeksteam heeft ook een grondstationsysteem gebouwd dat de integratie van verschillende vliegmodi en -functies ondersteunt. Uiteindelijk ontwierpen en bouwden ze een prototype van een helikopterpilootrobot en installeerden deze op een helikopter voor vliegtesten. De testresultaten laten zien dat de robot zelfstandig vooruit, achteruit, zijwaarts en draaien kan vliegen, wat de effectiviteit ervan bevestigt.
Fig.1 Toepassing van een vliegtuigaandrijvende robot en zijn vliegmodus.
Het vernieuwende van dit onderzoek is dat het gebruik maakt van een niet-invasieve conversiemethode waarmee bemande vliegtuigen snel en omkeerbaar kunnen worden omgebouwd tot onbemande luchtsystemen. Deze aanpak behoudt niet alleen het laadvermogen en het veiligheidsniveau van het originele vliegtuig, maar vermijdt ook de noodzaak van complexe aanpassingen aan het originele vliegtuig. Bovendien kan de pilootrobot ook worden gebruikt als co-pilootpiloot om het automatiseringsniveau van bestaande vliegtuigen te verbeteren, waardoor een onderzoeksplatform wordt geboden voor opkomende technologieën zoals pilootassistenten en intelligente cockpits.
Wat experimentele verificatie betreft, installeerde het onderzoeksteam een prototype van de pilootrobot op de SVH-4 lichte trainerhelikopter en voerde grond- en vliegtests uit. Uit de testresultaten blijkt dat de rijdende robot het besturingsmechanisme van de helikopter snel en nauwkeurig kan besturen en goed presteert bij vliegtaken zoals zweven, voorwaarts vliegen, achterwaarts vliegen, zijwaarts vliegen en draaien.
Fig.2 Grondobservatie en vlieghouding van de helikopteraandrijvende robot die verschillende vliegtaken uitvoert. (a) Voorwaartse vlucht; (b) achterwaartse vlucht; (c) zijwaarts; (d) Draaiende vlucht.
Ondanks de opmerkelijke resultaten wees het onderzoeksteam erop dat er een aanzienlijk houdingsoscillatieprobleem is tijdens de besturing van de rijdende robot. In hun toekomstige werk zijn ze van plan de manoeuvreerbaarheid en het aanpassingsvermogen van de rijdende robot verder te verbeteren, waarbij ze de inzet van moderne modelgebaseerde besturingsmethoden of intelligente besturingsmethoden overwegen om de vliegprestaties te optimaliseren.
Dit onderzoek toont niet alleen de leidende positie van Beihang University op het gebied van UAV-technologie aan, maar levert ook nieuwe ideeën en technische ondersteuning op voor de ontwikkeling van het luchtvaartveld. Met de voortdurende volwassenheid en verbetering van de technologie hebben we reden om te geloven dat het toekomstige luchtvaartveld intelligenter en geautomatiseerder zal zijn.