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(wú)人機(jī)輔助航空維修，該技術(shù)屬于無(wú)人機(jī)在航空裝備維修領(lǐng)域的具體應(yīng)用，被國(guó)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(chǎng)景進(jìn)行了分析，重點(diǎn)論述了軍民領(lǐng)域中無(wú)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(zhǎng)。這不僅歸因于眾多新機(jī)型、新發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)都在延壽運(yùn)營(yíng)。面對(duì)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(gè)維修人員，并且對(duì)維修人員的技能需求還在不斷增加。鑒于上述矛盾和無(wú)人機(jī)在遠(yuǎn)程遙測(cè)、續(xù)航時(shí)間、飛行品質(zhì)上有了明顯的突破，從而可以為無(wú)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(wú)人機(jī)，通過(guò)遙感測(cè)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(dòng)化開(kāi)展。

技術(shù)應(yīng)用

航空維修涉及的業(yè)務(wù)非常廣泛?？赡馨粘＞S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(cè)量試和校驗(yàn)，改裝和較大的周期性工作等。結(jié)合無(wú)人機(jī)的機(jī)動(dòng)性、全方位探測(cè)和實(shí)時(shí)儲(chǔ)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(wú)人機(jī)檢查來(lái)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(kù)中無(wú)人機(jī)的最大用途是直接目視檢查雷擊損壞。國(guó)外部分供應(yīng)商正在試驗(yàn)無(wú)人機(jī)，以便在已知或可疑損壞后檢查機(jī)身。雷擊后手動(dòng)檢查需要4～6h，而無(wú)人機(jī)的使用可以在30min內(nèi)完成檢查。

（2）定期維修

無(wú)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(wú)人機(jī)可以掃描機(jī)身并進(jìn)行計(jì)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(guó)外已成功開(kāi)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(cè)，其無(wú)人機(jī)和板載傳感器可以進(jìn)行信息實(shí)時(shí)交互并查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，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(guò)程中，無(wú)人駕駛飛機(jī)可用于提供備件。這將減少機(jī)庫(kù)的地面復(fù)雜程度并提升維修速度和效率。

（4）自動(dòng)檢測(cè)缺陷

無(wú)人機(jī)可以根據(jù)航空公司提供的缺陷數(shù)字圖像庫(kù)，對(duì)無(wú)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(chǔ)在云端以進(jìn)行視頻識(shí)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(chē)公司使用無(wú)人機(jī)30min完成整機(jī)外觀檢查為例。空中客車(chē)正研究使用小型無(wú)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(shí)間。

空中客車(chē)使用的小型無(wú)人機(jī)攜帶一個(gè)高分辨率相機(jī)，由自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)操縱按照預(yù)定航跡在飛機(jī)上表面周?chē)w行，全程由一名駕駛員監(jiān)視。無(wú)人機(jī)拍攝的圖像自動(dòng)存儲(chǔ)并被編譯成一個(gè)三維的數(shù)字模型，用于和完好外觀比對(duì)分析外觀質(zhì)量瑕疵?？罩锌蛙?chē)表示，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(tái)花費(fèi)2h進(jìn)行飛機(jī)表面質(zhì)量檢查，而采用小型無(wú)人機(jī)僅需10-15min，同時(shí)還提高了安全性和舒適性。空中客車(chē)目前正在一架A320上進(jìn)行全尺寸的工業(yè)級(jí)測(cè)試，并將在其它項(xiàng)目上使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。

和空中客車(chē)類(lèi)似，國(guó)外的易捷航空也進(jìn)行了相關(guān)的技術(shù)研發(fā)和測(cè)試。易捷在其分布于歐洲的10個(gè)工程基地使用小型無(wú)人機(jī)檢查飛機(jī)損傷。數(shù)據(jù)顯示預(yù)編程無(wú)人機(jī)可以將飛機(jī)遭受雷擊或雹災(zāi)后所需的檢查時(shí)間從超過(guò)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(shí)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(cè)量和判定該區(qū)域是否為 關(guān)鍵區(qū)域，是否會(huì)對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生安全影響。過(guò)去，人工的繞機(jī)檢查機(jī)體損傷會(huì)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(shí)間和提升效率，易捷航空和英國(guó)藍(lán)熊系統(tǒng)公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的專用于檢查的Riser四旋翼無(wú)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(dòng)構(gòu)建三維圖畫(huà)，基于數(shù)據(jù)庫(kù)，其掃描技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)微米級(jí)別的損傷探測(cè)和識(shí)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(méi)有民航那么系統(tǒng)和嚴(yán)格。所以，使用更先進(jìn)的檢測(cè)手段，提高檢測(cè)效率，降低檢測(cè)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(cè)試聯(lián)隊(duì)使用新興技術(shù)，在Lewis-McCord基地使用了無(wú)人機(jī)（四軸飛行器）對(duì)C-17 運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行外部的維護(hù)檢查。測(cè)試組首次在飛行線上使用了一個(gè)小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，第二次應(yīng)用了大型四軸飛行器，測(cè)試結(jié)果良好。根據(jù)測(cè)試情況，該無(wú)人機(jī)配備了攝像機(jī)，通過(guò)程序和人員的控制，無(wú)人機(jī)錄制了相關(guān)實(shí)時(shí)視頻，并由包含專業(yè)維護(hù)人員的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行評(píng)估，以確定質(zhì)量問(wèn)題是否存在和是否需要進(jìn)行進(jìn)一步檢查。經(jīng)過(guò)測(cè)試，從無(wú)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(guò)綜合評(píng)估，該測(cè)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(guó)空軍的第一次嘗試。通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，可以節(jié)省維護(hù)者很多時(shí)間，通常需要45分鐘到一個(gè)小時(shí)的檢查只需幾分鐘就可以用無(wú)人機(jī)完成。特別是維護(hù)人員不需要使用電梯來(lái)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(wú)人機(jī)平臺(tái)的日益成熟和三維掃描和探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)在航空維修領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在這些應(yīng)用中，無(wú)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(kāi)展維修工作。無(wú)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(guó)內(nèi)的研究與應(yīng)用處于初級(jí)階段，如何利用國(guó)內(nèi)的無(wú)人機(jī)先進(jìn)平臺(tái)和技術(shù)，開(kāi)拓出一條適合國(guó)內(nèi)航空維修的創(chuàng)新之路是值得研究的新課題。