Wraz z ciągłym postępem nauki i technologii bezzałogowe systemy powietrzne (UAS) są coraz szerzej stosowane w wielu dziedzinach, ale to, jak szybko i skutecznie przekształcić istniejące załogowe statki powietrzne w bezzałogowe systemy powietrzne, zawsze było gorącym tematem w dziedzinie lotnictwa. Niedawno zespół profesora Li Daochuna i akademika Xianga Jinwu z Pekińskiego Uniwersytetu Aeronautyki i Astronautyki opublikował w czasopiśmie Engineering artykuł zatytułowany „Robot Pilot: A New Autonomous System Toward Flying Manned Aerial Vehicles”, przedstawiając opracowany przez siebie nowy robot kierujący helikopterem . Osiągnięcie to stanowi nowe rozwiązanie dla bezzałogowego statku powietrznego.
Sercem badań jest nowy typ systemu robotycznego zdolnego do samodzielnego pilotowania załogowego helikoptera, tworząc w ten sposób nowy typ bezzałogowego systemu powietrznego. Systemy takie w pełni wykorzystują dojrzałość platformy, ładowność i zdatność do lotu istniejących załogowych statków powietrznych, jednocześnie znacznie rozszerzając obszary operacyjne i zastosowania bezzałogowych statków powietrznych. Zespół badawczy szczegółowo omówił koncepcję robota pilotującego samolot i jego zalety oraz zaproponował robota pilotującego helikopter do śmigłowców załogowych. Zgodnie z charakterystyką sterowania mechanizmu sterującego helikoptera, robot został zaprojektowany do napędzania serwomechanizmu robota, a na podstawie analizy kinematycznej serwomechanizmu robota opracowano sterownik lotu robota z napędem bezpośrednim w celu zmniejszenia opóźnienia czasowego i błąd sterowania w procesie serwomechanizmu robota.
Zespół badawczy zbudował także system stacji naziemnej, który umożliwia integrację różnych trybów i funkcji lotu. Ostatecznie zaprojektowali i zbudowali prototyp robota pilotującego helikopter, a następnie zainstalowali go na helikopterze w celu przeprowadzenia testów w locie. Wyniki testów pokazują, że robot potrafi samodzielnie latać do przodu, do tyłu, na boki oraz skręcać, co potwierdza jego skuteczność.
Rys.1 Zastosowanie robota sterującego samolotem i jego tryb lotu.
Innowacyjność tych badań polega na tym, że wykorzystuje się w nich nieinwazyjną metodę konwersji, która umożliwia szybką i odwracalną konwersję załogowych statków powietrznych w bezzałogowe systemy powietrzne. Takie podejście nie tylko pozwala zachować ładowność i poziom bezpieczeństwa oryginalnego statku powietrznego, ale także pozwala uniknąć konieczności wprowadzania skomplikowanych modyfikacji oryginalnego samolotu. Ponadto robota pilotażowego można również używać jako pilota drugiego pilota, aby poprawić poziom automatyzacji istniejących statków powietrznych, zapewniając platformę badawczą dla nowych technologii, takich jak asystenci pilotów i inteligentne kokpity.
Jeśli chodzi o weryfikację eksperymentalną, zespół badawczy zainstalował prototyp robota pilotażowego na lekkim helikopterze szkolno-treningowym SVH-4 oraz przeprowadził testy naziemne i w locie. Wyniki testów pokazują, że robot napędowy może szybko i dokładnie sterować mechanizmem sterującym helikoptera oraz dobrze radzi sobie w zadaniach lotniczych, takich jak zawis, lot do przodu, lot do tyłu, lot w bok i zawracanie.
Rys.2 Obserwacja naziemna i położenie w locie robota sterującego helikopterem wykonującego różne zadania lotnicze. (a) Lot do przodu; b) lot wstecz; (c) w bok; (d) Lot w zakręcie.
Pomimo niezwykłych wyników zespół badawczy wskazał, że podczas sterowania robotem prowadzącym występuje znaczny problem z oscylacją położenia geograficznego. W przyszłych pracach planują dalszą poprawę zwrotności i możliwości adaptacyjnych robota sterującego, rozważając zastosowanie nowoczesnych metod sterowania opartych na modelach lub inteligentnych metod sterowania w celu optymalizacji wydajności lotu.
Badania te nie tylko pokazują wiodącą pozycję Uniwersytetu Beihang w dziedzinie technologii UAV, ale także dostarczają nowych pomysłów i wsparcia technicznego dla rozwoju dziedziny lotnictwa. Dzięki ciągłemu rozwojowi i doskonaleniu technologii mamy powody sądzić, że przyszłe lotnictwo będzie bardziej inteligentne i zautomatyzowane.