大型无人机实训教具改造方法

吕松天 王超 王文博 张新革

随着无人机技术的发展，大型无人机除应用于军事领域外，在应急测绘、森林防火、国土资源勘探、海洋监测等民用领域也得到广泛应用，典型代表之一是国产“彩虹”大型无人机。随着无人机作业需求的增加，部分无人机研制单位及服务机构组建了大型无人机机队，旨在为行业提供专业化无人机作业服务，同时部分应用单位也自行采购无人机，建立了无人机作业队伍。但是，随着新型无人机的加入及作业时间的增加，各单位均保有一定数量由于技术原因不再使用、达到设计寿命以及无法修复的报废无人机，而且该类无人机的数量将随着时间的增长逐渐增加。

大型无人机主体结构由碳纤维、玻璃纤维等复合材料制成，不易于拆解且无法像金属材料那样可回收再利用。因此，报废的无人机通常处于闲置状态或被各单位废弃。随着未来报废无人机数量的增加，大量空间和场地将被占用，造成资产浪费。由于大部分报废无人机的主体结构基本完整，且部分航电设备在超过设计寿命报废后，却依然保持部分功能，因此报废的无人机及其部件具有一定的再利用及改造价值。报废无人机及其部件经改造和处理后，不仅可作为静态展示教具，还可作为机务实训教具使用。本文以一种大型无人机为例，分别介绍机体、起落架、航电设备和发动机等报废无人机部件改造为无人机教具的方法及案例。

机体改造

报废无人机若结构完整，在主要结构件组装完成后，可作為教具进行整机展示。同时，根据教具展示效果的需要，机体可集成起落架、螺旋桨、任务载荷、导弹发射架、武器等报废件或模拟件，丰富展示内容，教具展示效果如图1所示。

除整机展示之外，机身、机翼、尾翼等部件也可单独改造为展示教具。下面介绍改造方法及效果。

机身改造

无人机机身通常由复合材料蒙皮及金属框板组成，结构完整的机身可用作展示教具，如图2所示。

为了在教学过程中让学员能直接观察机身的内部结构，相关单位可采用拆除、切割、解刨等手段来改造部分机身蒙皮及结构件。典型机身切割方法如图3所示。机身蒙皮被拆解后，机身内部结构便清晰可见。

除了机身单独作为展示教具外，根据备件情况，机舱可加装油箱、设备等部件，丰富教学展示内容。

机翼、尾翼改造

无人机机翼、尾翼结构类似，由外部复合材料蒙皮，金属或碳纤维复合材制成的内部料梁、翼肋组成，部分无人机型号的机翼还挂装了油箱。由于机翼、尾翼的内部结构无法被直接观察，因此机翼、尾翼通常需要被解刨后才能获得直观的内部结构展示效果。典型解刨方法为工作人员沿机翼、尾翼前缘去除上层蒙皮。若工作人员采用切割方法去除蒙皮，则应注意沿着梁、肋边缘进行切割，避免对机翼、尾翼造成损伤而影响教学展示效果。

口盖及蒙皮改造

为了实现更全面的内部结构教学展示效果，在机身、机翼、尾翼改造过程中，工作人员往往会拆除机身上的口盖，并通过切割方法从机翼、尾翼上切除大量蒙皮。虽然口盖及蒙皮无法制成大型教具，但依然是难得的教学用具。

无人机不同部位的口盖和蒙皮对材料强度、密度、透波性等特性具有不同的需求，所选用的材料及结构也有所不同，通常包含碳纤维、玻璃纤维等复合材料蜂窝夹层、泡沫夹层等结构。虽然不同部位的口盖及蒙皮外观相似，但经过切割后，切割截面能直观显示口盖和蒙皮内部结构的特点。形状规则的口盖及蒙皮切割件可作为小型展示教具使用。

除了作为小型展示教具外，口盖及蒙皮还可作为实训器材使用。无人机机务人员通常需要培训，以提高复合材料维修能力。但是，培训机构缺少专用维修类教辅器材，学员往往无法得到充分的训练。同时，由于大型无人机复合材料的强度、密度及材料特性与普通材料不同，如果学员利用普通材料训练，无法达到预期效果。针对这一问题，相关单位可将拆解下来的不同材料及结构的口盖和蒙皮切割分块，作为实训教具，供学员训练复合材料打孔、锪窝、铆接等基础操作技能，以及训练复合材料常见的分层、开胶、破损、穿孔等现象的黏接、注胶、补布、补板等操作技能。

起落架改造

大型无人机起落架系统通常包含收放、缓冲、转向、刹车等机构。针对不同机构的特点，超过设计寿命的报废起落架部件可制成展示教具及实训教具。

起落架作动机构主要为机械结构，但其中的齿轮、滚珠丝杠等传动机构均位于起落架壳体内部，学员从外部无法观察起落架作动机构的作动原理。因此，起落架壳体需要解刨，让作动机构外露，便于学员直接观察。

如果所选用的报废起落架中的电机及传动机构未出现变形、损坏，那么起落架可安装于展示支架上。当演示人员为电机供电时，起落架可恢复收放功能，从而实现功能动态展示效果。

起落架除了用于展示教具外，起落架的机轮等部件可用于轮胎测压、轮胎充气、轮胎更换、刹车片更换、机轮更换等操作训练，不仅适用于无人机培训机构，也可用于无人机机队机务人员的日常训练，避免实装训练可能导致的设备磨损。

航电设备改造

达到设计寿命而报废的机载设备的响应灵敏度及精度已经无法满足装机使用要求，但这些报废的机载设备仍可根据信号或指令做出相应的动作及反馈。例如，机翼舵机控制装置可安装于机翼展示教具上，并利用连杆与舵面相联，通电后，舵机控制器向舵机发送相应指令，舵面即可按照指令完成相应动作，实现舵面控制动态演示。

除此之外，陀螺仪等内部带有作动机构的航电设备，其外壳被拆除或切割后并通电，可进行功能动态展示。

发动机改造

作为无人机的关键部件，发动机不仅结构复杂且在使用过程中需要专业维修保养。因此，动力系统岗位的机务人员不仅应熟悉发动机工作原理及构造，而且还要熟练掌握维修保养方法。针对这一需求，工作人员可将结构完整的报废发动机通过外壳拆解、解刨等方法，让减速器、活塞、传动机构等部件外露。在理论教学过程中，发动机教具可直观展示传动关系及运动过程。同时，机务人员还可利用发动机教具进行发动机备件、耗材更换等维修保养基础操作训练，真实还原实际操作过程。

推广前景

随着专业无人机服务行业的蓬勃发展及无人机服务机队的日益壮大，无人机机务人员专业培养及训练需求随之增长。与此同时，无人机培训机构或院校虽然开设了大型无人机培训课程，但受经费及采购渠道的限制，往往难以具备与无人机实装实训相当的教学条件，仅开展理论教学或采用某种无人机的同类设备进行演示教学。学员进入工作岗位后，无法快速适应岗位要求，教学效果欠佳。同样，无人机服务单位的机务人员需进行日常训练，以维持操作技能水平，虽然这些服务单位均拥有无人机实际装备，但利用实装进行机务训练不仅会造成装备损耗，还可能影响无人机正常作业。

本文提出的报废无人机改造为实训教具的方法，可利用各单位报废的无人机资产，缓解培训中实训教具不足的问题。改造后的实训教具既可用于机务人员日常教学培训，还可作为教具产品出售，供有需求的培训机构及院校使用，形成一定的经济效益。同时，培训机构及院校无需投入大量经费，便能实现基于实装的实训教学条件建设，提高教学水平，为相关无人机服务单位及应用单位提供高素质专业人员，促进无人机行业发展。