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金泽

2017-12-14 | 聚焦

FAA和ASSURE发布无人机空中碰撞研究结果

据ASSURE网站2017年11月28日刊文,上月,加拿大的一份报告指出,一架无人机与一架在魁北克市国际机场进近的喷气飞机可能发生碰撞。该事件重新引发了公众对小型无人机系统(sUAS)与商用飞机之间发生空中碰撞的担忧,以及该风险对航空旅行安全的含义。

尽管联邦航空局(FAA)尚未能决定性地解决这些问题,但在“通过卓越研究实现UAS系统安全的联盟”(ASSURE)框架下由一流大学联盟进行的研究,已使得对小型无人机与商用飞机和公务机空中相撞相关的物理损伤开始有了更好的理解。

ASSURE研究小组于2016财年开始研究,使用密西西比州立大学,蒙大纳州立大学,俄亥俄州立大学和威奇托州立大学的独特资源。这个研究小组着手回答当sUAS和飞机之间发生碰撞时会出现什么情况这一问题。

ASSURE主任,密西西比州立大学的Marty Rogers表示:“虽然鸟类对飞机的碰撞已有详细记录,但更硬且重量更大的sUAS对飞机结构和推进系统的碰撞却知之甚少。这项工作的成果对于美国和全球商业航空旅行的安全至关重要。”

美国东部时间今天中午12点15分,在FAA位于华盛顿特区的联邦总部,FAA和ASSURE成员宣布了他们在《sUAS空中碰撞严重程度评估最终报告》中的发现。

研究人员首先确定最可能出现的碰撞情景。这是通过审视sUAS和载人飞机双方的使用环境来完成的。研究小组随后根据这些碰撞情景以及它们在对方面前暴露的可能性选择了商用飞机、公务机和sUAS。

商用窄体运输机(的模型)按照波音737和空客A320的特性进行选择,这两种飞机代表了70%的商用飞机机队。公务机的模型代表了一架利尔喷气30/40/50。类似地,研究小组选择了一款小型四旋翼和一款固定翼无人机,作为载人飞机最有可能出现的代表。

研究人员确定了最有可能发生碰撞的载人飞机的部位是机翼前缘,垂直和水平安定面以及前风挡。

ASSURE的研究人员还对FAA此前用于风扇叶片飞出测试的现有喷气公务机尺寸的涡扇发动机模型的风扇部分进行了发动机碰撞仿真。FAA / ASSURE团队进行的此项研究,是为了更好地了解下一阶段研究的范围,以及对其后续研究和发动机吸入测试必不可少的关键变量。

威奇托州立大学碰撞动力学和计算机械实验室主任Gerardo Olivares博士说:“在材料和部件级别测试的支持下,进行了计算机仿真,以确定sUAS与载人飞机碰撞的影响。由于这项任务非常复杂,从成本和时间的角度来看,通过全尺寸物理测试来进行这项研究是不可行的。另一方面,仿真使我们在12个月的时间内得以研究超过180个碰撞情景。为了确保结果准确地预测碰撞的实际物理行为,我们花费了大量的时间开发、检验和验证载人飞机和无人机的详细模型。一旦模型得到验证,我们可以在将来使用它们来研究其他碰撞场景。”

研究人员在所有sUAS碰撞仿真中观察到不同程度的机体和发动机损伤。他们确定,能量(抛射物质量和速度)和sUAS的刚度是碰撞损伤的主要驱动因素。这项研究表明,碰撞的严重程度也取决于sUAS的设计特性和碰撞的动力学特性。

商用飞机制造商设计飞机结构部件的要求是,尾翼可抵御重量达8磅的鸟的撞击,挡风玻璃可抵御重量为4磅的鸟的撞击。ASSURE仿真显示,sUAS碰撞比同等尺寸和速度的鸟撞造成了更大的损伤。sUAS组件比鸟坚硬得多,后者的肌体大多由水组成。因此,鸟撞认证规则对无人机来说是不适用的。此外,监管当局不要求制造商设计出足以抵御与其他飞机碰撞的商用飞机和公务机。

ASSURE研究小组还对sUAS的锂电池同时进行了物理测试和仿真。典型的高速撞击导致电池完全损坏,因此在这种情况下,不会由于电池短路而增加火灾风险。然而,在一些着陆和起飞过程中的低速碰撞时,电池并未被彻底破坏。在其中的一些仿真中,电池仍留在飞机机体内,并可能增加由电池引发火灾的风险。

上述研究结果显示了适当的研究和监管对于在拥挤的国家空域系统中使用sUAS的重要性。虽然设计特性的调整可以降低无人机空中碰撞的严重程度,但是sUAS飞行员和公众必须了解并遵守安全sUAS操作的监管规则。通过安全分离所有飞机(载人和无人的)以防止这些碰撞的发生是至关重要的。FAA将依靠sUAS业界以帮助开发适当的检测和规避技术,以使这些飞机不会在飞行中相遇。

这是为了理解和量化空中碰撞的潜在严重性而进行的一系列研究项目中的第一个。后续研究将在今天发布的针对航线飞机机队研究成果基础上,考察与典型通用航空(GA)飞机、旋翼机和高涵道比涡扇发动机碰撞的严重程度。由于研究的范围和规模,以及对工业界和国家空域安全的影响;后续研究将被分为多个阶段,并从今年开始,并延续至21财年。

 

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原文链接:ASSURE网站
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