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消霧領(lǐng)域中柔翼無人機的運用及可行性分析的論文
1 概述
霧給交通帶來的損失是巨大的。有霧飛機無法起飛和降落。海上濃霧會使船只觸礁失事；高速公路上汽車追尾事件的罪魁災(zāi)首常常就是霧�，F(xiàn)有消霧手段主要采用飛機播撒系統(tǒng)和地面作業(yè)系統(tǒng)，消霧費用成本高。飛機播撒消霧很難達(dá)到近地面；地面消霧系統(tǒng)建設(shè)成本極高，消霧高度低、機動靈活性差。兩種方式效果都不太理想。采用柔翼無人機作為消霧飛行平臺進(jìn)行低空近地面消霧是解決這一問題一條好的思路。
1.1 政策背景。國務(wù)院2012年8月印發(fā)了關(guān)于《進(jìn)一步加強人工消霧工作的意見》，到2020年，建立較為完善的人工消霧作業(yè)體系，基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)研發(fā)取得重要成果，基礎(chǔ)保障能力顯著提升，協(xié)調(diào)指揮和安全監(jiān)管水平得到增強，人工增雨作業(yè)年增加降水600億t以上，人工防雹面積由2011年的47萬km2增加到54萬km2以上，服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展的效益明顯提高。
1.2 研制狀態(tài)。目前，襄陽宏偉航空器有限責(zé)任公司成功研制了柔翼無人機，該柔翼無人機突破了地面牽引發(fā)射、遙控技術(shù)及動力翼傘飛行控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，可以實現(xiàn)柔翼無人機應(yīng)用于人工消霧飛行作業(yè)的功能。2012年6月，襄陽科技局組織了“柔翼無人機”科技成果鑒定會，鑒定專家包括中國工程院張勇傳院士、無人機專家張玉琢教授在內(nèi)的7位教授以上的專家。成果鑒定結(jié)論為該項目總體技術(shù)具有國內(nèi)領(lǐng)先水平。同時建議：進(jìn)一步提高“柔翼無人機”的應(yīng)用領(lǐng)域。
2 柔翼無人機用于人工消霧的技術(shù)方案
2.1 工作原理。柔翼無人機是指帶動力的精確導(dǎo)航翼傘系統(tǒng)，由動力裝置與柔性翼相結(jié)合，借助螺旋槳發(fā)動機的推力和柔性翼的升力升空，可自主飛行，或在目標(biāo)區(qū)安置超高頻無線電信標(biāo)，通過獲取無線電信號實施自主尋跡飛行，可隨時切換為手動控制模式，通過電子伺服系統(tǒng)操縱降落傘繩來控制其飛行方向，實現(xiàn)精確著陸。采用柔翼無人機作為飛行平臺，按照預(yù)定航線飛行至任務(wù)目標(biāo)點，到達(dá)預(yù)定地點后根據(jù)霧的含水量及溫度等指標(biāo)，在適合高度的云層中根據(jù)預(yù)先設(shè)定的航線飛行并同時進(jìn)行播撒催化劑來消霧。
2.2 設(shè)備組成。柔翼無人機消霧系統(tǒng)主要由飛行體、放飛裝置、導(dǎo)航控制及通訊設(shè)備和消霧設(shè)備組成，如圖1所示。飛行體由沖壓翼傘、艙體和動力系統(tǒng)組成。
沖壓翼傘用于為飛行體提供升力；艙體用于安裝各種設(shè)備并與沖壓翼傘連接；動力系統(tǒng)用于提供飛行所需的動力。放飛裝置用于地面牽引起飛時與牽引車的安裝、固定、防護和脫離。導(dǎo)航控制及通信設(shè)備由導(dǎo)航單元、控制單元、通信單元及控制站組成。用于提供飛行任務(wù)航線、給控制單元發(fā)送操縱指令；執(zhí)行導(dǎo)航單元發(fā)送的操縱指令，驅(qū)動操縱執(zhí)行機構(gòu)，改變飛行姿態(tài)及航線；完成對飛行路線的設(shè)定、狀態(tài)數(shù)據(jù)的輸入、飛行指令的發(fā)出和飛行軌跡的監(jiān)控和對飛行體反饋數(shù)據(jù)的接收處理。
消霧設(shè)備由催化劑和拋撒裝置組成。用于裝載催化劑并由拋撒裝置按照任務(wù)計劃進(jìn)行播撒，適時將催化劑播灑在霧中從而達(dá)到消霧作業(yè)目的。
2.3 主要技術(shù)指標(biāo)。最大有效載荷50kg;最大續(xù)航時間3h;最大飛行航程100km;最大飛行速度50km/h;最大飛行高度海拔3000m;2.4 其他特點說明。具有快速裝載、拆卸功能；自主導(dǎo)航控制系統(tǒng)，可根據(jù)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)并自動返回；地面手控功能，并與自動控制可隨意切換；用輪式車輛或拖車放飛；人員配備：“1+3”模式，專業(yè)1人，輔助3人。
3 可行性分析
3.1 柔翼無人機的飛行特點。柔翼無人機具有超低空飛行的特性，飛行高度可低至10m,且飛行速度低（40km/h~50km/h），適合播撒催化劑等播撒物。事先設(shè)置好飛行區(qū)域航線，放飛后只要在地面進(jìn)行監(jiān)控，必要時進(jìn)行人工操縱干預(yù)，整個播撒過程簡單可行，安全可控。
3.2 柔翼無人機低空消霧的安全性。
（1）無人化作業(yè)：由于是無人駕駛，可以不考慮對人的安全，使用風(fēng)險低。
（2）系統(tǒng)本身安全可靠：翼傘系統(tǒng)本身具有滑翔緩降功能，即使在動力發(fā)生故障，發(fā)動機停機無動力的情況下，也可緩緩滑翔降落，對設(shè)備和人員均不會造成損傷。
�。�3）系統(tǒng)具有應(yīng)急備份傘：柔翼無人機系統(tǒng)配備有應(yīng)急備份傘，在異常情況下可強制降落，不會發(fā)生由于失去控制而飛走，系統(tǒng)具有自動判別是否受控，如果失控，則自動打開應(yīng)急備份傘，就地降落。
3.3 柔翼無人機低空消霧的成本分析。
�。�1）專業(yè)消霧設(shè)備成本昂貴，國外研制的專業(yè)消霧設(shè)備造價過百萬美元，每小時費用成本幾萬美元；
�。�2）柔翼無人機消霧系統(tǒng)采購及維護成本低。柔翼無人機采購成本是其它小型運輸機的1/10,每小時使用成本（包括采購成本和機場及跑道建設(shè)成本）是其它類型運輸機的1/50,平時也不需要進(jìn)行專業(yè)性強的保養(yǎng)工作；
�。�3）柔翼無人機消霧系統(tǒng)消霧成本低。機場跑道如果按照四五公里來算，每做一次傳統(tǒng)的地面人工消霧約投入幾萬元甚至數(shù)萬元，而采用柔翼無人機僅需幾千元。
�。�4）應(yīng)用前景。柔翼無人機在人工消霧領(lǐng)域的應(yīng)用意義重大，進(jìn)一步推動我國人工消霧技術(shù)的發(fā)展。另外，柔翼無人機對比其他類型的無人機具有有效載荷量大、飛行平穩(wěn)、飛行時間長、安全可靠、起飛降落方便等特點，是對低空、超低空飛行作業(yè)的補充，其應(yīng)用前景廣泛：在民用領(lǐng)域，可作為增雨防雹火箭彈空中發(fā)射平臺和空中氣象監(jiān)測平臺；可作為無人化播撒農(nóng)藥、飛播造林的平臺；可實施復(fù)雜環(huán)境條件下的拍攝或災(zāi)后現(xiàn)場勘測；在軍事領(lǐng)域可攜帶傳單、擴音等設(shè)備在敵方進(jìn)行心理戰(zhàn)；可利用其較大的載荷能力，對人員和其他裝備不易到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行遠(yuǎn)程物資精確往復(fù)投送；可利用其飛行平穩(wěn)、飛行時間長、載荷量大的特點，攜帶相應(yīng)的任務(wù)設(shè)備實現(xiàn)空中通訊中繼、遙測、預(yù)警等功能。
參考文獻(xiàn)
[1] 夷邱唯 . 柔翼無人機--消霧市場新寵[J]. 大飛機，2014（02）。
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