Mit dem kontinuierlichen Fortschritt von Wissenschaft und Technologie werden unbemannte Flugsysteme (UAS) in vielen Bereichen immer häufiger eingesetzt, aber die Frage, wie sich bestehende bemannte Fluggeräte schnell und effektiv in unbemannte Flugsysteme umwandeln lassen, war schon immer ein Brennpunkt im Bereich der Luftfahrt. Kürzlich veröffentlichte das Team von Professor Li Daochun und Akademiker Xiang Jinwu von der Beijing University of Aeronautics and Astronautics einen Artikel mit dem Titel „Robot Pilot: A New Autonomous System Toward Flying Manned Aerial Vehicles“ in der Fachzeitschrift Engineering, in dem der von ihnen entwickelte neue Hubschrauber-Fahrroboter vorgestellt wurde . Diese Errungenschaft bietet eine neue Lösung für unbemannte bemannte Flugzeuge.
Im Mittelpunkt der Forschung steht ein neuartiges Robotersystem, das in der Lage ist, einen bemannten Hubschrauber selbstständig zu steuern und so einen neuen Typ eines unbemannten Flugsystems zu bilden. Solche Systeme nutzen die Plattformreife, Nutzlastkapazität und Flugtüchtigkeit bestehender bemannter Luftfahrzeuge voll aus und erweitern gleichzeitig die Einsatz- und Anwendungsbereiche unbemannter Luftfahrzeuge erheblich. Das Forschungsteam diskutierte ausführlich das Konzept eines Flugzeugsteuerungsroboters und seine Vorteile und schlug einen Hubschraubersteuerungsroboter für bemannte Hubschrauber vor. Entsprechend den Steuereigenschaften des Hubschraubersteuermechanismus wurde der Roboter so konzipiert, dass er den Roboterservomechanismus antreibt, und basierend auf der kinematischen Analyse des Roboterservomechanismus wurde eine Roboterflugsteuerung mit Direktantriebsmethode entwickelt, um die Zeitverzögerung zu reduzieren und Steuerungsfehler im Roboterservoprozess.
Das Forschungsteam baute außerdem ein Bodenstationssystem auf, das die Integration verschiedener Flugmodi und -funktionen unterstützt. Schließlich entwarfen und bauten sie einen Prototyp eines Helikopter-Pilotroboters und installierten ihn für Flugtests in einem Helikopter. Die Testergebnisse zeigen, dass der Roboter in der Lage ist, selbstständig vorwärts, rückwärts, seitwärts zu fliegen und sich zu drehen, was seine Wirksamkeit bestätigt.
Abb.1 Anwendung eines Flugzeugfahrroboters und seines Flugmodus.
Die Innovation dieser Forschung besteht darin, dass sie eine nicht-invasive Konvertierungsmethode verwendet, die es ermöglicht, bemannte Flugzeuge schnell und reversibel in unbemannte Flugsysteme umzuwandeln. Dieser Ansatz bewahrt nicht nur die Ladekapazität und das Sicherheitsniveau des Originalflugzeugs, sondern vermeidet auch die Notwendigkeit komplexer Modifikationen am Originalflugzeug. Darüber hinaus kann der Pilotroboter auch als Co-Pilot eingesetzt werden, um den Automatisierungsgrad bestehender Flugzeuge zu verbessern und eine Forschungsplattform für neue Technologien wie Pilotenassistenten und intelligente Cockpits bereitzustellen.
Zur experimentellen Verifizierung installierte das Forschungsteam einen Prototyp des Pilotroboters auf dem leichten Trainerhubschrauber SVH-4 und führte Boden- und Flugtests durch. Die Testergebnisse zeigen, dass der Fahrroboter den Steuermechanismus des Hubschraubers schnell und genau steuern kann und bei Flugaufgaben wie Schweben, Vorwärtsflug, Rückwärtsflug, Seitenflug und Wenden gute Leistungen erbringt.
Abb.2 Bodenbeobachtung und Fluglage des Helikopter-Fahrroboters bei der Ausführung verschiedener Flugaufgaben. (a) Vorwärtsflug; (b) Rückwärtsflug; (c) seitwärts; (d) Wendeflug.
Trotz der bemerkenswerten Ergebnisse wies das Forschungsteam darauf hin, dass es bei der Steuerung des Fahrroboters ein erhebliches Problem der Lageoszillation gibt. In ihrer zukünftigen Arbeit wollen sie die Manövrierfähigkeit und Anpassungsfähigkeit des Fahrroboters weiter verbessern und erwägen dabei den Einsatz moderner modellbasierter Steuerungsmethoden oder intelligenter Steuerungsmethoden zur Optimierung der Flugleistung.
Diese Forschung zeigt nicht nur die führende Position der Beihang-Universität im Bereich der UAV-Technologie, sondern liefert auch neue Ideen und technische Unterstützung für die Entwicklung des Luftfahrtbereichs. Angesichts der kontinuierlichen Reife und Verbesserung der Technologie haben wir Grund zu der Annahme, dass der Luftfahrtbereich der Zukunft intelligenter und automatisierter sein wird.