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“AT200物流无人机研发”项目进展
发稿时间:2018-12-05         作者:沈思颖          来源:无人飞行器实验室(筹)     【字号:
一.项目概述

  互联网时代,客户对到货及时性的要求越来越高,物流速度也越来越快,从客观上刺激了物流行业的发展,因此用无人机完成航空运输成为未来物流公司的选择之一。围绕如何打造寓军于民,惠及全国的物流配送体系,中国科学院遵循新时代的办院方针,率先将目光聚焦到了大吨位固定翼物流无人机的研制上。通过对国内外通航飞机的调研,结合顺丰公司等潜在用户的需求,实验室确定选用新西兰太平洋航空航天公司的“空中力士”P-750XL有人驾驶飞机作为原型机,完成对其无人化的改造,面向国家建立物流中心的政策牵引,实现“点对点”的无人机货物运输。这种大型的“点对点”式干线物流无人机当时国内外尚未见相关报道,顺丰公司希望尽快研制出相关产品,提前占领市场。2015年陕西炼石有色集团联合顺丰公司等投资成立了朗星无人机系统有限公司,委托中国科学院工程热物理研究所为总体单位,联合航空工业618所、中电54所、航天773所、西工大等单位,开展P-750XL飞机的改装设计,研发一款大型物流无人机系统,包括飞行器、飞行控制与管理、无线电数据链、地面控制站(GCS)、综合保障等分系统。20166月,实验室正式开始研发工作,预算总经费7000万元,项目代号AT200

  P-750XL“空中力士”原型机是一款拥有10个座位、全金属、下单翼、单引擎涡轮螺旋桨驱动的轻型多用途飞机。由其改装后的AT200货运无人机,作为国内外领先的“点对点”式大型物流无人机,拥有成熟可靠的发动机、可靠的飞行品质和优秀的载荷能力,宽截面布局及低压轮胎,结构坚固,能够在未铺筑的简易跑道上正常起降运行,用途广泛,市场需求大,经济效益高,可满足当前及未来对经济型高运载能力无人机型的需求;飞机通过采用先进的飞控系统和指控系统,可实现一键自主起降,在陆运交通不发达及多山的西部地区和高海拔地区,可及时高效地完成点对点的货物运输,应用前景广阔。

二.项目年度进展情况

  项目自开展以来,运用中科院优势技术,突破了有人机改无人机总体设计、飞机气动参数辨识、全机质量特性测试、飞机-发动机-控制系统匹配等关键技术,仅用17个月完成了方案设计、样机研制、系统集成及综合测试、阶段评审并于20171026日成功首飞,获习总书记重要批示;今年在此基础上进一步开展关键技术攻关与系统优化,先后完成了本场驶入驶出试验、恢复飞行试验、高空综合性能飞行试验以及异地转场飞行试验等,取得一系列重大成果与进展:

  1. 针对无人机自动驶入驶出高精度转向的需求,对原机转向系统重新测量,优化初始构型,设计了新的转向系统。经过近2个月的安装调试,前轮转向角度与转向舵机输出位移曲线基本为直线;完成多组转向参数设置、不同地面航线的驶入驶出试验,试验数据显示飞机航线跟踪最大侧偏距不超过±2米,转弯速度稳定保持在23/秒,满足设计需求的飞机正常直角、锐角、钝角转弯功能、跑道掉头功能以及从停机坪自动驶出至跑道起飞、着陆后自动驶入至停机坪原点的功能。

  2. 针对2017年构型AT200无人机的C波段和UHF波段视距链路天线信号受遮挡和超过一定距离链路中断的问题,采用了北斗卫星通信系统作为第三通信余度以保证超视距飞行时飞机状态可控。经实验验证,当C波段及UHF波段通信链路静默时,北斗卫星通信系统可正常下传飞机状态及上传操作指令。

  3. 为满足适航审定需求,加装了四川九洲空管科技公司生产的JZ6831-c型一体式s模式应答机,除正常的A/C/S模式应答功能外,集成了ADS-B INADS-B OUT功能,可持续地向外界发出飞机的身份信息以及当前的经纬度、速度、高度等信息,若当前空域有其他飞机也安装了ADS-B系统,则可将当前一定范围内的飞机信息通过数据链路传至地面控制站并显示,其余飞机和航管中心也可以得知AT200当前飞行状态。当发生航线冲突,通过AT200飞行控制计算机调整飞行航线,避让其他飞机。

  将应答机进行了改造,通过422接口与飞行控制计算机进行通信,所有对应答机的控制指令由地面发出,通过数据链路及飞控计算机对应答机进行控制;所有飞机信息由飞控计算机发送给应答机并进行广播,实现ADS-B OUT功能;AT200周围的其他飞机所发送的信息经过应答机接收解算后,全部发送至飞控计算机,通过数据链路将信息传回地面站并显示,供操作手对飞机周围环境进行判断。

  4. 加装了成都航天通信设备公司生产的TKR123M-Ⅱ机载超短波电台,且增加了语音中转单元,可将电台接收的模拟信号转化为数字信号,通过数据链路将数字信号传送至地面站,地面站上的语音中转单元再将数字信号转换成模拟信号,并通过语音终端设备输出,供地面站操作人员与机场塔台、飞行指挥中心或者其他飞机进行语音通信。该方案通过无人机进行语音信号中转,利用数据链路实现互通,并且在电台自身通信范围上进行了扩大,使通信范围由电台自身范围变成了电台范围加上数据链路通信范围,优化了电台的使用方式。

  5. 完成了本场恢复飞行试验,对AT200无人机起降性能、基本气动性能进行检查,完成了对机载设备空中状态检查、各分系统功能及全系统集成性能检查以及机载数据采集、地面站遥测监控检查等;验证了飞行控制与管理系统由正常航线切换返航航线功能、自动与半自动模式切换控制功能,实现了飞机中断着陆功能与复飞功能。

  6. 完成了5000米高空综合性能飞行试验,验证了AT200无人机集成系统的高空环境性能、空管应答功能、ADS-B OUT功能、语音通信功能,在空中完成了地面站控制权交接和定位导航系统切换等工作,得到了AT200无人机1000米~5000米高度层的爬升、巡航、下降等性能参数。

  7. 克服了无人机跨越秦岭、山区起降、降落机场净空条件差等难题,完成了异地转场飞行试验与货物运输。通过转场飞行方式,在不同起降机场及飞行空域条件下,进行飞机起飞着陆性能、操稳特性检查,山区复杂地形飞行性能检查,完成指控站交接,进一步验证飞行过程中机载系统各项功能完整性与技术性能指标。

  迄今为止,项目共申请国家专利16项,其中发明专利8项,实用新型8项。

三.下一阶段工作及其他

  将围绕适航审定需求与客户需求进行深度优化,重点开展负载飞行试验和适航审定飞行试验等科目。

  本次AT200飞行的圆满成功为实验室提供了优良的技术与数据储备;工作中,科研人员长期在外场出差,条件艰苦,经历酷暑严寒,克服了人员不足的困难,一人多职,进行了上百次试验研究,解决了多项技术难题,顺利完成预定试验任务,发挥了支部战斗堡垒作用和党员先锋模范作用,锻炼了青年科研骨干,为实验室其他项目的完成和实现规划目标奠定了良好的基础;无人机方向作为研究所一三五规划的重点培育方向,成功交上了一份圆满的答卷。

 
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