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黑鹰直升机无人驾驶进入新阶段,西科斯基稳步推进,还有更大目标
2019-10-12           作者:旋翼飞行器

黑鹰直升机无人驾驶进入新阶段,西科斯基稳步推进,还有更大目标

 

西科斯基公司在一架试验性质的UH-60A型黑鹰直升机上调高了其自主飞行控制系统(AFCS;Autonomous Flight Control System)的自主化程度,现在,这架老款黑鹰直升机的飞行员已经能够实现“set it and forget it”(也就是说,只需要设置飞行任务,比如说何时何地起飞、何时何地悬停、何时何地前飞、何时何地降落,之后就完全不需要管他了,整个一套飞行操纵都将由计算机自主完成),尽管西科斯基已经对其开发的直升机的电传操纵飞控系统MATRIX进行过了一系列无人化飞行测试,但是像自主程度这么高的这类自主远程飞行测试,迄今仍属首次,可谓是将西科斯基无人飞行系统的测试往前推进了一大步。

黑鹰直升机无人驾驶进入新阶段,西科斯基稳步推进,还有更大目标

 

▲试飞员已经提高了UH-60A的自主化程度,并且将该机的飞行时速表的最大限位提高到了150节


强大的OPV系统诞生

在MATRIX无人电传操纵飞控系统基础上,西科斯基为黑鹰直升机专门开发了一套可选有人驾驶飞行器控制系统套件(OPV;Optionally Piloted Vehicle flight control system),这种套件最强大的地方就是能够代替现役所有的各种型号的黑鹰直升机的老式机械传动操纵系统。OPV套件除了近60个小时的空中飞行测试之外,还已经在最早的黑鹰型号——UH-60A上完成了30个小时的地面开车实验。

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▲UH-60A型黑鹰直升机量产型号诞生于1977年,距今已有42年,可谓直升机界老将

从目前西科斯基公司的测试情况来看,OPV套件至少包含三个层次的飞行控制模式:直接控制模式、速度控制(姿态保持)模式和全权限控制模式

在今年5月份,MATRIX系统第一次装备到黑鹰直升机上,刚开始测试的重点是所谓的“直接控制模式”测试,也就是说,操纵者仍然是飞行员,不过操纵系统从机械操纵变成了电传操纵,“直接控制模式”的评估要素是判断这种新的操纵系统对于飞行员的操纵指令的响应程度是否和传统的黑鹰直升机一样快速、高效且可靠。之所以首先测试这种飞控模式是因为该模式必须要作为一种“后备模式”或者说“紧急模式”存在于OPV套件中,以便在特殊情况下让飞行员直接接管黑鹰的操纵系统,不过就目前的测试工作来看,黑鹰直升机在所有的飞行速度下,“直接控制模式”的表现都非常出色。

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▲试飞中的西科斯基自主飞行研究直升机

西科斯基的目标

在完成这一阶段的测试之后,西科斯基暂停了一段时间的OPV测试计划,来对飞行员控制增强模式进行一些“微调”,西科斯基官方宣称进行这些调整的目的是希望在最终实现黑鹰直升机自主飞行的时候,“将会拥有一个真正的高成熟度系统”,这套自主驾驶系统既能够实现100%的“飞行员在环路”操纵,也能实现100%的“全自主硬件在环路”操纵,以及两种模式之间的任何一种混合操纵方式。这段话听起来可能有些拗口,其实也就是说,西科斯基想打造的黑鹰直升机无人驾驶系统将会是一种既可以有人、也可以无人,还可以人机相互协同作业的新型系统。

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▲一架黑鹰和一架西科斯基试验机在一起

在微调之后,试飞员开始上调OPV系统自主计算机的控制权限,并将接受测试的黑鹰直升机的飞行速度最大限制提升到了150节(约278千米/时),从而使该机能够在更大范围的飞行包线情况下接受无人飞行测试。

这一测试首先是在“速度控制姿态保持”模式下进行的,相比“直接控制模式”,这种模式下,电传操纵飞控系统接管了更多的对黑鹰直升机的控制,比如说OPV系统会按照飞行员预设的姿态自动调节黑鹰直升机的操纵输入,从而保持姿态稳定,飞行员要做的只是加速或者减速而已,简直和开小汽车一样简单。

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▲配备OPV系统之后,开直升机可能比开小汽车还要更简单

在完成了“速度控制姿态保持之后”,试飞员进一步放开了OPV系统的控制权限,使其达到了“全权限控制模式”(FACS;FUll Authority Control Scheme)的水平。在这种模式下,飞行员只要设定目标飞行参数(如空速、高度等),剩下的事情就全都交给OPV系统去处理了。除此之外,值得一提的是,飞行员只需要一个按键就能在各种模式之间进行切换,相当方便。

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▲OPV系统是一种开放接入式的系统,这意味着它将不仅仅能操纵飞行,还可以做更多的事情

从这个层面上来说,OPV系统更像是一种飞行辅助系统——非常符合它最后的定位——“可选有人驾驶飞行器系统”。在这个名字之前,西科斯基还曾考虑过把OPV解释为“最佳有人驾驶飞行器系统”(Optimally Piloted Vehicle),很显然,现在西科斯基已经想明白,机器人并不需要本身做到最佳,它只需要能够帮助飞行员做到最佳就行了。

OPV套件的核心与后续发展

OPV系统套件可以说是为了UH-60系列黑鹰直升机量身定做的,但显然它能够很方便一直到美国海军的MH-60系列海鹰直升机和美国空军的HH-60系列铺路鹰直升机上去,除此之外,西科斯基公司还表示过OPV系统套件不仅将能在黑鹰直升机上发光发热,还能用在新型共轴刚性复合式直升机S-97以及商用直升机S-92上。按照西科斯基之前的说法,在明年的某个时间,他们就会在更多的直升机上展示该系统的强大能力,包括机内/机外遥控操纵方式。

作为OPV系统套件的核心,西科斯基也一直在推进MATRIX系统的测试和改进工作。MATRIX的早期开发虽然只是一种电传操纵飞控系统,但是随着西科斯基不断将其对“新技术的展望”添加到该系统中,MATRXI如今已经成为了一种软件和硬件组合的技术,该技术的应用将能够使得配备了该系统的直升机在低空、障碍物较多(如城市内部)等环境或者视觉退化(沙尘天气)、不确定因素较多(如战场)的条件下执行复杂的任务;并通过多级应急系统的冗余设计提供了系统的可靠性;除此之外,这一系统显著降低了飞行员的压力,将能确保直升机的战备率、出勤率并降低每小时飞行成本。

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广西11选5▲有了新系统的加持,直升机飞行员也能完全“放手操纵”

目前,西科斯基正在一架改进型S-76B(被称为西科斯基自主飞行研究飞行器/SARA/Sikorsky Autonomy Research Aircraft)上对MATRIX持续进行着测试和演示。从2013年开始,这架直升机就一直处于测试状态,至今已经达到了300小时的自主飞行时间。今年3月份的时候,西科斯基还宣布在S-92商用直升机上引入第一阶段的MATRIX技术,这使得S-92直升机具备了自主选址着陆的能力。

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广西11选5▲西科斯基在自主飞行研究飞行器SARA上对MATRIX系统进行了大量的飞行测试,积累了相当体量的试验数据

西科斯基还和美国国防部先进研究项目局(DARPA;Defense Advanced Research Projects Agency)合作开展了机组成员座舱内自动化系统(ALIAS;Aircrew Labor In-Cockpit Automation System)项目,该项目的目标就是利用先进的自主飞行控制系统来减少飞行员的工作量,提高任务系统,并保证飞行器的安全性和可靠性,这些方面也正是MATRIX的用武之地。通过与DARPA的合作,西科斯基得以从更多的方面拓展和丰富OPV系统套件的功能和性能(毕竟DARPA的项目不那么要求实用,而是更要求先进和创新!),这些创新如果能获得成功,必将能进一步增加黑鹰直升机或者其接任者的自主飞行和作战能力。

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▲DARPA的ALIAS项目要打造一种面向多种飞行器的座舱自动化系统

美国陆军一直都计划为最新的黑鹰直升机型号UH-60M配备OPV系统,但是他们的计划速度比西科斯基公司更晚一些,大约落后了六个月。


总而言之,西科斯基推出OPV系统的目的绝对不是为了用一种机器人系统来“替换飞行员”,他们真正要做的是“增加”一位“虚拟”飞行员,这位飞行员更冷静、更可靠(某些情况下)并且永远不会疲劳,所以OPV系统的推进将进一步减轻黑鹰直升机飞行员的作业负担,使其能够更加专注于实际的飞行任务,并且在恶劣的气候条件(如低可视化环境)下,也不再会手忙脚乱。

黑鹰直升机无人驾驶进入新阶段,西科斯基稳步推进,还有更大目标

 

​▲如果西科斯基的OPV系统真能让S-97实现无人作战的话,那其实力必将再上一个台阶

这对于“老将”黑鹰直升机而言,确实是不小的进步,但对我们而言却不再显得遥远。

责任编辑:Geoffrey 来源:
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