通用航空器起落架可視化系統研究

茍江 周彬 童瑾

摘要： 通用航空器的起落架系統通常具有結構復雜、冗余度低和指示系統設計存在缺陷等情況。通過探究一種可視化系統，首先對系統總體設計思路進行介紹，其次對系統核心部件如攝像頭的選型、安裝和供電方案等進行了詳細說明，最后通過地面試驗論證了該系統在座艙內部視頻信號傳輸的可靠性以及攝像頭安裝位置的結構強度。該方案完成了對起落架的指示系統進行的升級，使其具有更高的冗余度和安全性，為通用航空器可收放式起落架系統的功能改進提供了一種可行方案。

關鍵詞： 起落架系統 AW109SP 直升機 可視化 系統研究

中圖分類號： TP393 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）24-0109-03

當前的維修模式下，為保證航空器起落架系統的正常工作，通用航空器的維修方案規定了周期性檢查。這些檢驗性工作只是在現有的飛機構型前提下，通過頻繁的功能檢測及時發現已出現故障的系統，并在下次飛行前排除。由于起落架系統本身較為復雜，涉及液壓系統、機械傳動機構、電子傳感及指示系統，其故障隨機性、偶發性更大，較難總結出故障發生的規律?，F有的檢查手段并不能從本質上提高起落架系統的可靠性及安全裕度，因此對機務維護工作帶來了諸多不利，給航空器的安全運行帶來一定壓力。本文以中飛院運行的AW109SP 直升機為研究對象，針對該型通用航空器的起落架可收放的特點，研究飛行員對其狀態的判斷方式，并進一步探究對AW109SP 直升機起落架系統進行可視化改造的可行性［1-2］。

1 起落架系統故障的隱患

近年來，隨著民航業的快速發展，中國民用航空飛行學院承擔了逐年增加的訓練量。而相應的機群卻呈現兩極分化的態勢：以PA-44-180 飛機為代表的部分機型逐步進入老齡化階段，故障概率也呈上升趨勢。以AW109SP 和DA42NG 為代表的新機型又處于初始運行階段，故障率同樣偏高。如何在依法維修、依規維修的基礎上發現問題，這也對消除隱患提出了一個更高層次的要求。本文的關注點在可收放起落架的狀態監控。通過多年的維護工作，研究人員發現起落架狀態指示存在設計功能上的一定缺陷，即飛行員僅僅能夠通過座艙內指示燈判斷其當前狀態。指示信息不具備冗余度，如果出現起落架未放到位的故障，飛行員就無法判斷起落架是確實未放下還是指示警告系統出了故障。現有的維護工作很難消除上述隱患問題，因此需要從系統的功能方面做出改進［3-4］。

2 可視化系統總體思路

基于對航空器外部可加裝部位的充分分析論證，本文選取合適的安裝位置，設計并制作安裝支架，待完成制作后，將其安裝在航空器機身外部。在航空器內部，飛行員通過顯示設備能夠實時觀察起落架當前的狀態。通過地面收放試驗，驗證該方案的可行性、信號傳輸穩定性以及實際觀察效果?？傮w設計思路有以下方面：（1）選定適合型號的攝像頭；（2）根據航空器外觀構型，設計制作攝像頭的安裝支架；（3）通過試驗論證攝像頭與座艙內顯示設備的信號交聯方式及穩定性；（4）通過試驗驗證攝像頭安裝位置的結構強度；（5）通過試驗驗證可視化系統與航空器現有航電設備之間是否存在電磁干擾。

3 起落架可視化系統設計

3.1 攝像頭選型

項目組綜合考慮，并測試多款攝像頭后，選定了型號為M300 的攝像頭，如圖1 所示。

該攝像頭具有以下特點：（1）該攝像頭具備可調節轉軸，在底座固定于機身后，可進行角度調節，用以適配地面測試時不同安裝位置所需的攝像頭角度；（2）該攝像頭為1296P 的超高清攝像頭，機組人員在座艙內可觀察起落架系統的實際狀態；（3）該攝像頭使用傳統USB 供電，僅需提供5 V 電源即可工作，功率小，工作電流小于1.5 A。如使用機載電源，對整機電源負載影響較小；（4）攝像頭工作溫度為-10～60 ℃。

3.2 攝像頭安裝

AW109SP 直升機在機腹底部預留了外掛設備的吊架位。使用自制的框形支架，將攝像頭安裝于機腹底部，使用螺栓進行連接固定，如圖2 所示。

3.3 攝像頭供電

由于攝像頭本身采用5 V 的USB 供電，所以需將機載的28 V 電源轉換為5 V 后，重新鋪設供電線路至攝像頭安裝位置。電源轉換器采用DC-DC 模塊，進行外觀封裝后，安裝于電氣設備艙內，便于日常檢查維護及故障更換。

3.4 視頻信號傳輸

使用任何安卓系統的智能設備，安裝相應的應用程序后，即可通過Wi-Fi 連接攝像頭，在座艙內查看實時畫面，具體見圖3。

4 結構強度地面試驗

攝像頭的安裝采用了自制的框架底座，通過螺栓與機體進行連接。為保證安裝結構能夠對加裝的部件提供足夠的約束，需要對飛機的原有結構和加裝部件強度進行驗證。參考中飛院已完成的多項加裝工作，采用靜力實驗的方式對加裝位置的強度進行驗證［5-6］。靜力試驗載荷系數如表1 所示。

使用彈簧秤，在相應方向施加對應的載荷，保持3 s以上，檢查結構有沒有出現變形及損傷，如圖4所示。

5 電氣負載分析

攝像頭工作電壓為5 V，工作電流小于1.5 A，總功率小于7.5W。該負載相對于航空器的發電機系統而言，影響很小，可以忽略不計［7-8］。

6 結論

從當前裝機測試的效果來看，整個可視化系統的概念是可行的，在信號采集和傳輸方面均安全可靠：（1）沒有與任何現有的機載設備發生沖突或干擾；（2）可視化系統能夠幫助飛行員準確迅速地判斷起落架狀態；（3）功能實現簡便，飛行員可通過安卓智能設備查看攝像頭傳輸的信號；（4）對原有起落架指示功能沒有干擾，僅增加了飛行員接收起落架指示狀態信息的冗余度。

本文初步論證了對通用航空器的起落架系統進行可視化改裝的可行性。從概念上證明了：該系統能夠為飛行員提供直觀、冗余的起落架狀態信息。同時，這幾個系統操作簡便、功能清晰、運行可靠。在AW109SP直升機上進行地面測試，得到了很好的使用效果。在試裝實驗中，可視化系統的攝像頭能夠及時有效地采集起落架關鍵部位的視頻信號，并通過無線連接的方式將其發送至飛行員的安卓智能設備中，從而實現起落架狀態信息的視頻化和冗余化。航空器起落架系統對于保障通用航空器的運行安全具有一定意義。

參考文獻

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