在無(wú)人機(jī)與商用飛機(jī)碰撞安全性研究第一階段工作中，F(xiàn)AA無(wú)人機(jī)安全研究聯(lián)盟(Assure)得出結(jié)論：航線飛機(jī)與無(wú)人機(jī)碰撞不太可能導(dǎo)致墜毀，但可能導(dǎo)致比與無(wú)人機(jī)尺寸和速度相當(dāng)?shù)镍B(niǎo)撞更大的破壞。
FAA的無(wú)人機(jī)安全研究聯(lián)盟(Assure)的研究認(rèn)為：無(wú)人機(jī)的剛性結(jié)構(gòu)及重量集中的部分，例如電池、攝像頭、電機(jī)等對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的損壞比柔性的鳥(niǎo)要嚴(yán)重。
一、利用建模仿真研究多旋翼和固定翼無(wú)人機(jī)碰撞安全性
Assure的研究人員利用計(jì)算機(jī)建模研究了典型的2.7磅重的四旋翼無(wú)人機(jī)和4磅重的固定翼無(wú)人機(jī)在某型情景下對(duì)飛機(jī)部件的碰撞，并經(jīng)過(guò)了原件試驗(yàn)的驗(yàn)證。
今年四月的地面試驗(yàn)表明多旋翼無(wú)人機(jī)對(duì)地面上的人的危害比預(yù)想的低，因?yàn)槎嘈頍o(wú)人機(jī)墜落的速度比其他物體慢。這次的研究是地面試驗(yàn)的后續(xù)，是Assrue開(kāi)展的FAA資助的項(xiàng)目。
不像鳥(niǎo)撞試驗(yàn)，該持續(xù)14個(gè)月的飛機(jī)碰撞試驗(yàn)沒(méi)有向飛機(jī)發(fā)射無(wú)人機(jī)以觀察破壞。這是因?yàn)槿叽绲奈锢碓囼?yàn)耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，成本太高，準(zhǔn)確控制沖擊條件太難。相反，該研究使用經(jīng)組件級(jí)碰撞試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)的飛機(jī)和無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行仿真。威奇托州立大學(xué)碰撞動(dòng)力學(xué)和計(jì)算力學(xué)主任，首席研究員杰拉德•奧利瓦拉斯說(shuō)仿真模擬了最壞情況下的碰撞來(lái)建立最壞情況下的破壞程度。
研究人員模擬了流行的2.7磅重的大疆精靈3四旋翼無(wú)人機(jī)和4磅的PrecisionHawk公司的小型固定翼無(wú)人機(jī)Lancaster。目標(biāo)飛機(jī)使用波音737和龐巴迪的里爾31A商務(wù)機(jī)來(lái)建模。碰撞條件為目標(biāo)飛機(jī)航速200節(jié)，無(wú)人機(jī)航速50節(jié)，相對(duì)航速為250節(jié)。
基于物理參數(shù)的有限元模型由對(duì)無(wú)人機(jī)材料進(jìn)行試樣級(jí)別的測(cè)試，用壓縮空氣槍對(duì)電池、攝像頭、電機(jī)進(jìn)行的起火試驗(yàn)，以及對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)體和去除電池的整機(jī)進(jìn)行的跌落試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。
二、初步結(jié)論和下一步研究計(jì)劃
研究結(jié)論表明當(dāng)商用大型飛機(jī)和2.7磅重四旋翼無(wú)人機(jī)或4磅重固定翼無(wú)人機(jī)在250節(jié)的相對(duì)速度下可能在垂直和水平尾翼上導(dǎo)致中等-高程度破壞，穿透鋁制前緣，但不會(huì)穿透翼梁;在機(jī)翼前緣造成中等程度破壞;在飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃造成中等-低程度破壞，可使無(wú)人機(jī)偏轉(zhuǎn)過(guò)去。
奧利瓦拉斯說(shuō)出人意料的是僅重2.27盎司的電機(jī)在250節(jié)的相對(duì)速度下?lián)舸┝?.063英尺厚的鋁板。與此同時(shí)，在更低的速度下，電池更可能變形而不是解體，加大了碰撞后起火的風(fēng)險(xiǎn)。
研究結(jié)果與組件級(jí)的物理測(cè)試相對(duì)應(yīng)，模擬結(jié)果表明大部分破壞由無(wú)人機(jī)相對(duì)較剛性和致密的部分造成，例如電機(jī)、攝像頭等。初始動(dòng)能相近的情況下，無(wú)人機(jī)可造成的破壞比鳥(niǎo)撞更大。由于無(wú)人機(jī)機(jī)體更硬，4磅重的鳥(niǎo)和4磅重的無(wú)人機(jī)將給飛機(jī)帶來(lái)不同等級(jí)的破壞。
碰撞仿真結(jié)果顯示，無(wú)人機(jī)穿透了結(jié)構(gòu)，而同等尺寸的鳥(niǎo)沒(méi)有。
研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于超過(guò)2.6磅的無(wú)人機(jī)，碰撞速度是至關(guān)重要的。奧利瓦拉斯說(shuō)下一步的研究將使Assure建立無(wú)人機(jī)重量閾值，低于該重量的無(wú)人機(jī)與飛機(jī)碰撞不會(huì)造成破壞。制造商稱由于大疆的無(wú)人機(jī)比其他無(wú)人機(jī)都要輕，政府部門(mén)應(yīng)對(duì)大疆的無(wú)人機(jī)區(qū)別對(duì)待。
研究者還稱，對(duì)于小型無(wú)人機(jī)，重量和剛性的分布對(duì)能量轉(zhuǎn)移至關(guān)重要。在無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)中考慮了吸能組件(材料或結(jié)構(gòu)部件)的設(shè)計(jì)可降低飛機(jī)的損失。
Assure正針對(duì)通用飛機(jī)和直升機(jī)計(jì)劃開(kāi)展2018年的第二階段工作。第一階段工作同樣針對(duì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的碰撞進(jìn)行了研究，結(jié)果表明固定翼無(wú)人機(jī)將對(duì)風(fēng)扇和發(fā)動(dòng)機(jī)艙造成的損失超過(guò)四旋翼無(wú)人機(jī)。第二階段工作中，Assure計(jì)劃與制造商共同商討進(jìn)行物理測(cè)試和碰撞建模的代表型發(fā)動(dòng)機(jī)模型。
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