呂松天 王超 王文博 張新革

隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，大型無人機(jī)除應(yīng)用于軍事領(lǐng)域外，在應(yīng)急測(cè)繪、森林防火、國土資源勘探、海洋監(jiān)測(cè)等民用領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用，典型代表之一是國產(chǎn)“彩虹”大型無人機(jī)。隨著無人機(jī)作業(yè)需求的增加，部分無人機(jī)研制單位及服務(wù)機(jī)構(gòu)組建了大型無人機(jī)機(jī)隊(duì)，旨在為行業(yè)提供專業(yè)化無人機(jī)作業(yè)服務(wù)，同時(shí)部分應(yīng)用單位也自行采購無人機(jī)，建立了無人機(jī)作業(yè)隊(duì)伍。但是，隨著新型無人機(jī)的加入及作業(yè)時(shí)間的增加，各單位均保有一定數(shù)量由于技術(shù)原因不再使用、達(dá)到設(shè)計(jì)壽命以及無法修復(fù)的報(bào)廢無人機(jī)，而且該類無人機(jī)的數(shù)量將隨著時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸增加。

大型無人機(jī)主體結(jié)構(gòu)由碳纖維、玻璃纖維等復(fù)合材料制成，不易于拆解且無法像金屬材料那樣可回收再利用。因此，報(bào)廢的無人機(jī)通常處于閑置狀態(tài)或被各單位廢棄。隨著未來報(bào)廢無人機(jī)數(shù)量的增加，大量空間和場(chǎng)地將被占用，造成資產(chǎn)浪費(fèi)。由于大部分報(bào)廢無人機(jī)的主體結(jié)構(gòu)基本完整，且部分航電設(shè)備在超過設(shè)計(jì)壽命報(bào)廢后，卻依然保持部分功能，因此報(bào)廢的無人機(jī)及其部件具有一定的再利用及改造價(jià)值。報(bào)廢無人機(jī)及其部件經(jīng)改造和處理后，不僅可作為靜態(tài)展示教具，還可作為機(jī)務(wù)實(shí)訓(xùn)教具使用。本文以一種大型無人機(jī)為例，分別介紹機(jī)體、起落架、航電設(shè)備和發(fā)動(dòng)機(jī)等報(bào)廢無人機(jī)部件改造為無人機(jī)教具的方法及案例。

機(jī)體改造

報(bào)廢無人機(jī)若結(jié)構(gòu)完整，在主要結(jié)構(gòu)件組裝完成后，可作為教具進(jìn)行整機(jī)展示。同時(shí)，根據(jù)教具展示效果的需要，機(jī)體可集成起落架、螺旋槳、任務(wù)載荷、導(dǎo)彈發(fā)射架、武器等報(bào)廢件或模擬件，豐富展示內(nèi)容，教具展示效果如圖1所示。

除整機(jī)展示之外，機(jī)身、機(jī)翼、尾翼等部件也可單獨(dú)改造為展示教具。下面介紹改造方法及效果。

機(jī)身改造

無人機(jī)機(jī)身通常由復(fù)合材料蒙皮及金屬框板組成，結(jié)構(gòu)完整的機(jī)身可用作展示教具，如圖2所示。

為了在教學(xué)過程中讓學(xué)員能直接觀察機(jī)身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，相關(guān)單位可采用拆除、切割、解刨等手段來改造部分機(jī)身蒙皮及結(jié)構(gòu)件。典型機(jī)身切割方法如圖3所示。機(jī)身蒙皮被拆解后，機(jī)身內(nèi)部結(jié)構(gòu)便清晰可見。

除了機(jī)身單獨(dú)作為展示教具外，根據(jù)備件情況，機(jī)艙可加裝油箱、設(shè)備等部件，豐富教學(xué)展示內(nèi)容。

機(jī)翼、尾翼改造

無人機(jī)機(jī)翼、尾翼結(jié)構(gòu)類似，由外部復(fù)合材料蒙皮，金屬或碳纖維復(fù)合材制成的內(nèi)部料梁、翼肋組成，部分無人機(jī)型號(hào)的機(jī)翼還掛裝了油箱。由于機(jī)翼、尾翼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法被直接觀察，因此機(jī)翼、尾翼通常需要被解刨后才能獲得直觀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)展示效果。典型解刨方法為工作人員沿機(jī)翼、尾翼前緣去除上層蒙皮。若工作人員采用切割方法去除蒙皮，則應(yīng)注意沿著梁、肋邊緣進(jìn)行切割，避免對(duì)機(jī)翼、尾翼造成損傷而影響教學(xué)展示效果。

口蓋及蒙皮改造

為了實(shí)現(xiàn)更全面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)教學(xué)展示效果，在機(jī)身、機(jī)翼、尾翼改造過程中，工作人員往往會(huì)拆除機(jī)身上的口蓋，并通過切割方法從機(jī)翼、尾翼上切除大量蒙皮。雖然口蓋及蒙皮無法制成大型教具，但依然是難得的教學(xué)用具。

無人機(jī)不同部位的口蓋和蒙皮對(duì)材料強(qiáng)度、密度、透波性等特性具有不同的需求，所選用的材料及結(jié)構(gòu)也有所不同，通常包含碳纖維、玻璃纖維等復(fù)合材料蜂窩夾層、泡沫夾層等結(jié)構(gòu)。雖然不同部位的口蓋及蒙皮外觀相似，但經(jīng)過切割后，切割截面能直觀顯示口蓋和蒙皮內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。形狀規(guī)則的口蓋及蒙皮切割件可作為小型展示教具使用。

除了作為小型展示教具外，口蓋及蒙皮還可作為實(shí)訓(xùn)器材使用。無人機(jī)機(jī)務(wù)人員通常需要培訓(xùn)，以提高復(fù)合材料維修能力。但是，培訓(xùn)機(jī)構(gòu)缺少專用維修類教輔器材，學(xué)員往往無法得到充分的訓(xùn)練。同時(shí)，由于大型無人機(jī)復(fù)合材料的強(qiáng)度、密度及材料特性與普通材料不同，如果學(xué)員利用普通材料訓(xùn)練，無法達(dá)到預(yù)期效果。針對(duì)這一問題，相關(guān)單位可將拆解下來的不同材料及結(jié)構(gòu)的口蓋和蒙皮切割分塊，作為實(shí)訓(xùn)教具，供學(xué)員訓(xùn)練復(fù)合材料打孔、锪窩、鉚接等基礎(chǔ)操作技能，以及訓(xùn)練復(fù)合材料常見的分層、開膠、破損、穿孔等現(xiàn)象的黏接、注膠、補(bǔ)布、補(bǔ)板等操作技能。

起落架改造

大型無人機(jī)起落架系統(tǒng)通常包含收放、緩沖、轉(zhuǎn)向、剎車等機(jī)構(gòu)。針對(duì)不同機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，超過設(shè)計(jì)壽命的報(bào)廢起落架部件可制成展示教具及實(shí)訓(xùn)教具。

起落架作動(dòng)機(jī)構(gòu)主要為機(jī)械結(jié)構(gòu)，但其中的齒輪、滾珠絲杠等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均位于起落架殼體內(nèi)部，學(xué)員從外部無法觀察起落架作動(dòng)機(jī)構(gòu)的作動(dòng)原理。因此，起落架殼體需要解刨，讓作動(dòng)機(jī)構(gòu)外露，便于學(xué)員直接觀察。

如果所選用的報(bào)廢起落架中的電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)未出現(xiàn)變形、損壞，那么起落架可安裝于展示支架上。當(dāng)演示人員為電機(jī)供電時(shí)，起落架可恢復(fù)收放功能，從而實(shí)現(xiàn)功能動(dòng)態(tài)展示效果。

起落架除了用于展示教具外，起落架的機(jī)輪等部件可用于輪胎測(cè)壓、輪胎充氣、輪胎更換、剎車片更換、機(jī)輪更換等操作訓(xùn)練，不僅適用于無人機(jī)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，也可用于無人機(jī)機(jī)隊(duì)機(jī)務(wù)人員的日常訓(xùn)練，避免實(shí)裝訓(xùn)練可能導(dǎo)致的設(shè)備磨損。

航電設(shè)備改造

達(dá)到設(shè)計(jì)壽命而報(bào)廢的機(jī)載設(shè)備的響應(yīng)靈敏度及精度已經(jīng)無法滿足裝機(jī)使用要求，但這些報(bào)廢的機(jī)載設(shè)備仍可根據(jù)信號(hào)或指令做出相應(yīng)的動(dòng)作及反饋。例如，機(jī)翼舵機(jī)控制裝置可安裝于機(jī)翼展示教具上，并利用連桿與舵面相聯(lián)，通電后，舵機(jī)控制器向舵機(jī)發(fā)送相應(yīng)指令，舵面即可按照指令完成相應(yīng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)舵面控制動(dòng)態(tài)演示。

除此之外，陀螺儀等內(nèi)部帶有作動(dòng)機(jī)構(gòu)的航電設(shè)備，其外殼被拆除或切割后并通電，可進(jìn)行功能動(dòng)態(tài)展示。

發(fā)動(dòng)機(jī)改造

作為無人機(jī)的關(guān)鍵部件，發(fā)動(dòng)機(jī)不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜且在使用過程中需要專業(yè)維修保養(yǎng)。因此，動(dòng)力系統(tǒng)崗位的機(jī)務(wù)人員不僅應(yīng)熟悉發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理及構(gòu)造，而且還要熟練掌握維修保養(yǎng)方法。針對(duì)這一需求，工作人員可將結(jié)構(gòu)完整的報(bào)廢發(fā)動(dòng)機(jī)通過外殼拆解、解刨等方法，讓減速器、活塞、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部件外露。在理論教學(xué)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)教具可直觀展示傳動(dòng)關(guān)系及運(yùn)動(dòng)過程。同時(shí)，機(jī)務(wù)人員還可利用發(fā)動(dòng)機(jī)教具進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)備件、耗材更換等維修保養(yǎng)基礎(chǔ)操作訓(xùn)練，真實(shí)還原實(shí)際操作過程。

推廣前景

隨著專業(yè)無人機(jī)服務(wù)行業(yè)的蓬勃發(fā)展及無人機(jī)服務(wù)機(jī)隊(duì)的日益壯大，無人機(jī)機(jī)務(wù)人員專業(yè)培養(yǎng)及訓(xùn)練需求隨之增長(zhǎng)。與此同時(shí)，無人機(jī)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)或院校雖然開設(shè)了大型無人機(jī)培訓(xùn)課程，但受經(jīng)費(fèi)及采購渠道的限制，往往難以具備與無人機(jī)實(shí)裝實(shí)訓(xùn)相當(dāng)?shù)慕虒W(xué)條件，僅開展理論教學(xué)或采用某種無人機(jī)的同類設(shè)備進(jìn)行演示教學(xué)。學(xué)員進(jìn)入工作崗位后，無法快速適應(yīng)崗位要求，教學(xué)效果欠佳。同樣，無人機(jī)服務(wù)單位的機(jī)務(wù)人員需進(jìn)行日常訓(xùn)練，以維持操作技能水平，雖然這些服務(wù)單位均擁有無人機(jī)實(shí)際裝備，但利用實(shí)裝進(jìn)行機(jī)務(wù)訓(xùn)練不僅會(huì)造成裝備損耗，還可能影響無人機(jī)正常作業(yè)。

本文提出的報(bào)廢無人機(jī)改造為實(shí)訓(xùn)教具的方法，可利用各單位報(bào)廢的無人機(jī)資產(chǎn)，緩解培訓(xùn)中實(shí)訓(xùn)教具不足的問題。改造后的實(shí)訓(xùn)教具既可用于機(jī)務(wù)人員日常教學(xué)培訓(xùn)，還可作為教具產(chǎn)品出售，供有需求的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)及院校使用，形成一定的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，培訓(xùn)機(jī)構(gòu)及院校無需投入大量經(jīng)費(fèi)，便能實(shí)現(xiàn)基于實(shí)裝的實(shí)訓(xùn)教學(xué)條件建設(shè)，提高教學(xué)水平，為相關(guān)無人機(jī)服務(wù)單位及應(yīng)用單位提供高素質(zhì)專業(yè)人員，促進(jìn)無人機(jī)行業(yè)發(fā)展。