大型無人機實訓教具改造方法

呂松天 王超 王文博 張新革

隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，大型無人機除應用于軍事領(lǐng)域外，在應急測繪、森林防火、國土資源勘探、海洋監(jiān)測等民用領(lǐng)域也得到廣泛應用，典型代表之一是國產(chǎn)“彩虹”大型無人機。隨著無人機作業(yè)需求的增加，部分無人機研制單位及服務機構(gòu)組建了大型無人機機隊，旨在為行業(yè)提供專業(yè)化無人機作業(yè)服務，同時部分應用單位也自行采購無人機，建立了無人機作業(yè)隊伍。但是，隨著新型無人機的加入及作業(yè)時間的增加，各單位均保有一定數(shù)量由于技術(shù)原因不再使用、達到設(shè)計壽命以及無法修復的報廢無人機，而且該類無人機的數(shù)量將隨著時間的增長逐漸增加。

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

機體改造

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

除整機展示之外，機身、機翼、尾翼等部件也可單獨改造為展示教具。下面介紹改造方法及效果。

機身改造

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

為了在教學過程中讓學員能直接觀察機身的內(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身蒙皮及結(jié)構(gòu)件。典型機身切割方法如圖3所示。機身蒙皮被拆解后，機身內(nèi)部結(jié)構(gòu)便清晰可見。

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

機翼、尾翼改造

無人機機翼、尾翼結(jié)構(gòu)類似，由外部復合材料蒙皮，金屬或碳纖維復合材制成的內(nèi)部料梁、翼肋組成，部分無人機型號的機翼還掛裝了油箱。由于機翼、尾翼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法被直接觀察，因此機翼、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，則應注意沿著梁、肋邊緣進行切割，避免對機翼、尾翼造成損傷而影響教學展示效果。

口蓋及蒙皮改造

為了實現(xiàn)更全面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)教學展示效果，在機身、機翼、尾翼改造過程中，工作人員往往會拆除機身上的口蓋，并通過切割方法從機翼、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用具。

無人機不同部位的口蓋和蒙皮對材料強度、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。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訓器材使用。無人機機務人員通常需要培訓，以提高復合材料維修能力。但是，培訓機構(gòu)缺少專用維修類教輔器材，學員往往無法得到充分的訓練。同時，由于大型無人機復合材料的強度、密度及材料特性與普通材料不同，如果學員利用普通材料訓練，無法達到預期效果。針對這一問題，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，作為實訓教具，供學員訓練復合材料打孔、锪窩、鉚接等基礎(chǔ)操作技能，以及訓練復合材料常見的分層、開膠、破損、穿孔等現(xiàn)象的黏接、注膠、補布、補板等操作技能。

起落架改造

大型無人機起落架系統(tǒng)通常包含收放、緩沖、轉(zhuǎn)向、剎車等機構(gòu)。針對不同機構(gòu)的特點，超過設(shè)計壽命的報廢起落架部件可制成展示教具及實訓教具。

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

如果所選用的報廢起落架中的電機及傳動機構(gòu)未出現(xiàn)變形、損壞，那么起落架可安裝于展示支架上。當演示人員為電機供電時，起落架可恢復收放功能，從而實現(xiàn)功能動態(tài)展示效果。

起落架除了用于展示教具外，起落架的機輪等部件可用于輪胎測壓、輪胎充氣、輪胎更換、剎車片更換、機輪更換等操作訓練，不僅適用于無人機培訓機構(gòu)，也可用于無人機機隊機務人員的日常訓練，避免實裝訓練可能導致的設(shè)備磨損。

航電設(shè)備改造

達到設(shè)計壽命而報廢的機載設(shè)備的響應靈敏度及精度已經(jīng)無法滿足裝機使用要求，但這些報廢的機載設(shè)備仍可根據(jù)信號或指令做出相應的動作及反饋。例如，機翼舵機控制裝置可安裝于機翼展示教具上，并利用連桿與舵面相聯(lián)，通電后，舵機控制器向舵機發(fā)送相應指令，舵面即可按照指令完成相應動作，實現(xiàn)舵面控制動態(tài)演示。

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

發(fā)動機改造

作為無人機的關(guān)鍵部件，發(fā)動機不僅結(jié)構(gòu)復雜且在使用過程中需要專業(yè)維修保養(yǎng)。因此，動力系統(tǒng)崗位的機務人員不僅應熟悉發(fā)動機工作原理及構(gòu)造，而且還要熟練掌握維修保養(yǎng)方法。針對這一需求，工作人員可將結(jié)構(gòu)完整的報廢發(fā)動機通過外殼拆解、解刨等方法，讓減速器、活塞、傳動機構(gòu)等部件外露。在理論教學過程中，發(fā)動機教具可直觀展示傳動關(guān)系及運動過程。同時，機務人員還可利用發(fā)動機教具進行發(fā)動機備件、耗材更換等維修保養(yǎng)基礎(chǔ)操作訓練，真實還原實際操作過程。

推廣前景

隨著專業(yè)無人機服務行業(yè)的蓬勃發(fā)展及無人機服務機隊的日益壯大，無人機機務人員專業(yè)培養(yǎng)及訓練需求隨之增長。與此同時，無人機培訓機構(gòu)或院校雖然開設(shè)了大型無人機培訓課程，但受經(jīng)費及采購渠道的限制，往往難以具備與無人機實裝實訓相當?shù)慕虒W條件，僅開展理論教學或采用某種無人機的同類設(shè)備進行演示教學。學員進入工作崗位后，無法快速適應崗位要求，教學效果欠佳。同樣，無人機服務單位的機務人員需進行日常訓練，以維持操作技能水平，雖然這些服務單位均擁有無人機實際裝備，但利用實裝進行機務訓練不僅會造成裝備損耗，還可能影響無人機正常作業(yè)。

本文提出的報廢無人機改造為實訓教具的方法，可利用各單位報廢的無人機資產(chǎn)，緩解培訓中實訓教具不足的問題。改造后的實訓教具既可用于機務人員日常教學培訓，還可作為教具產(chǎn)品出售，供有需求的培訓機構(gòu)及院校使用，形成一定的經(jīng)濟效益。同時，培訓機構(gòu)及院校無需投入大量經(jīng)費，便能實現(xiàn)基于實裝的實訓教學條件建設(shè)，提高教學水平，為相關(guān)無人機服務單位及應用單位提供高素質(zhì)專業(yè)人員，促進無人機行業(yè)發(fā)展。