基于有人駕駛客機(jī)改無人運(yùn)輸機(jī)的若手思考

林一平

在國內(nèi)引入無人機(jī)技術(shù)，研究客改貨型飛機(jī)進(jìn)行的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的相應(yīng)變更與改進(jìn)，構(gòu)建無人機(jī)運(yùn)行管控系統(tǒng)，利用衛(wèi)星定位、導(dǎo)航技術(shù)搭建天空地協(xié)同的指揮管理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)中近程無人運(yùn)輸機(jī)常態(tài)化運(yùn)營具有軍民融合、快捷空運(yùn)的實(shí)用價(jià)值和廣闊市場。

上海交通大學(xué)

當(dāng)前全球無人機(jī)技術(shù)已進(jìn)入一個(gè)智能化、信息化、大數(shù)據(jù)、云平臺的新時(shí)代，有條件將有人駕駛客機(jī)改為無人運(yùn)輸機(jī)。然而即便已經(jīng)具備技術(shù)，目前的客機(jī)改貨機(jī)工程仍需要研發(fā)人員明確設(shè)計(jì)任務(wù)，解決主要矛盾，體現(xiàn)創(chuàng)新思維，周全解決難題。

明確設(shè)計(jì)任務(wù)

隨著航空貨運(yùn)市場的快速發(fā)展，國內(nèi)外航空公司在購人大量新機(jī)的同時(shí)也面臨著飛行員大量短缺的難題，如何能在短時(shí)間內(nèi)解決這一難題，正考驗(yàn)著航空公司管理層的智慧。作為解決方案的創(chuàng)新舉措之一，就是將現(xiàn)役飛機(jī)平臺改裝為無人運(yùn)輸機(jī)，組成專業(yè)的運(yùn)輸無人機(jī)機(jī)隊(duì)去完成空運(yùn)任務(wù)。

國內(nèi)外航空界都有根據(jù)實(shí)際需要而將現(xiàn)有客機(jī)改為貨機(jī)的實(shí)例，其中既有臨時(shí)改用的，也有永久改型的。除了有在原型機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)就明確有客機(jī)型號和貨機(jī)型號外，近年來又出現(xiàn)將有人駕駛客機(jī)改為無人運(yùn)輸機(jī)。但是不管用途如何變更，其技術(shù)的基本性質(zhì)不會(huì)改變。即干線噴氣客機(jī)改為貨機(jī)后還是干線噴氣貨機(jī);改為無人運(yùn)輸機(jī)后仍然是干線噴氣無人運(yùn)輸機(jī)，不可能變成遠(yuǎn)程噴氣無人運(yùn)輸機(jī)。這與戰(zhàn)術(shù)運(yùn)輸機(jī)不可能突變?yōu)閼?zhàn)略運(yùn)輸機(jī)是同樣的道理。

例如某型客機(jī)在設(shè)計(jì)任務(wù)中已經(jīng)規(guī)定是支線噴氣客機(jī)，這就意味著它在商載不變的情況下不飛中遠(yuǎn)程航線。即便是在客改貨后也同樣飛支線航線，或客改貨型無人機(jī)照樣是支線噴氣無人運(yùn)輸機(jī)，不會(huì)變成遠(yuǎn)程噴氣無人運(yùn)輸機(jī)。因?yàn)殡m然用途發(fā)生變化，該飛行平臺的基本設(shè)計(jì)任務(wù)未變，支線運(yùn)輸?shù)男再|(zhì)未變。

因此，有的學(xué)術(shù)論文中多處提及支線噴氣客機(jī)改貨機(jī)后，滿載狀況下可執(zhí)行遠(yuǎn)程飛行任務(wù)，這種提法有違商載航程圖結(jié)論，顯然并不正確。

解決主要矛盾

客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)主要解決機(jī)上無人駕駛和完成貨運(yùn)兩大問題。具體途徑可以通過對原客機(jī)機(jī)身、飛行操縱系統(tǒng)等進(jìn)行改進(jìn)、改裝、更新來實(shí)現(xiàn)。

其中，對客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)的改裝可以是一部分改裝，或大部分改裝;一部分更新，或大部分更新，乃至全部更新。部分改裝包括操縱系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)等。

重點(diǎn)是將有人駕駛方式改為機(jī)上無人駕駛方式。需要明確是保留原來機(jī)械軟式操縱系統(tǒng)，還是改為電傳操縱系統(tǒng);明確是否采用多余度電傳操縱系統(tǒng)，以及相配套的飛控系統(tǒng)。

針對客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)提出的運(yùn)營管理要求，應(yīng)采用針對性的近、中、遠(yuǎn)程操控，對機(jī)載系統(tǒng)中的飛行管理系統(tǒng)與自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行具體的更改，以適應(yīng)全程飛行的操控。

體現(xiàn)創(chuàng)新思維

客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行可以是傳統(tǒng)的地面站逐段引導(dǎo)模式，也可以是現(xiàn)代的衛(wèi)星加地面站引導(dǎo)模式，還可以是自主飛行模式見圖1。這體現(xiàn)了一個(gè)由初級到中級，由中級到高級的階梯式模式。著手系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要從本國的國情出發(fā)選擇決定最適合的飛行模式，以可靠、安全、有效、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)作為評價(jià)指標(biāo)。整體技術(shù)上既不保守，也不會(huì)太超前，更不能落伍，要體現(xiàn)創(chuàng)新思維，有一定的技術(shù)先進(jìn)性，同時(shí)留有后續(xù)可供多次技術(shù)升級的空間，從而擁有強(qiáng)勁的市場競爭力。

倘若客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)技術(shù)上仍然僅依賴于地面站的引導(dǎo)與協(xié)同，這已經(jīng)不是新技術(shù)，這意味著無人運(yùn)輸機(jī)僅能在固定航線飛行，那么用于執(zhí)行非固定航線的應(yīng)急救援等任務(wù)就會(huì)存在問題，受到?jīng)]有地面站引導(dǎo)或地面站受損、失效等因素的制約。

國內(nèi)倘若先期采納北斗衛(wèi)星導(dǎo)航加地面站引導(dǎo)的模式，開發(fā)客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)，現(xiàn)階段已經(jīng)具備技術(shù)條件和技術(shù)基礎(chǔ)，一旦體系成熟就可實(shí)現(xiàn)高速發(fā)展，并體現(xiàn)出整體的先進(jìn)性見圖2。

倘若軍民融合執(zhí)行得好，中期可開發(fā)客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)，采用基于Al技術(shù)的自主飛行模式，由此可比肩或趕超歐美發(fā)達(dá)國家，搶占國際航空運(yùn)輸?shù)男赂叩兀〉眠m航話語權(quán)，搶先獲得客機(jī)無人化改裝市場的占有率。

周全解決難題

在構(gòu)建客改貨型運(yùn)輸無人機(jī)的頂層決策時(shí)，就要考慮好是否一步到位，還是分階段實(shí)施遞進(jìn)。前者風(fēng)險(xiǎn)大，必須有十分的把握，要具備成功技術(shù)的支撐和經(jīng)驗(yàn)的積累;而后者風(fēng)險(xiǎn)小，需要階段目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)與過渡，然后遞進(jìn)。即可以先保留單人監(jiān)控?zé)o人駕駛，成功后再采用機(jī)上全部無人駕駛。至于究竟該采取哪種方式盡可能滿足改裝周期短、見效快、成本低、風(fēng)險(xiǎn)小的需求，則需要進(jìn)行全面考量、綜合權(quán)衡及科學(xué)決策。

著手客改貨型運(yùn)輸無人機(jī)項(xiàng)目應(yīng)遵循“減一改一融”的原則，即需要去除有人駕駛的一些設(shè)施和系統(tǒng)，保留一些共性的設(shè)施和系統(tǒng)，變更、改裝和完善部分設(shè)施和系統(tǒng)，考慮管線的對接和系統(tǒng)的融合，達(dá)到功能一致及性能不下降，完成有人駕駛向機(jī)上無人駕駛的轉(zhuǎn)型升級見圖3。并且，盡量保持客貨運(yùn)這兩種機(jī)型的共同性，為使用和維修提供便利。

（1）客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)首先需要改客艙為貨艙，拆除客艙內(nèi)的全部航空座椅和旅客行李架、氧氣面罩、多媒體設(shè)備等;

（2）拆除客艙內(nèi)的環(huán)境保障系統(tǒng)及其裝置;

（3）拆除駕駛艙內(nèi)的正面、中央、左右兩側(cè)、艙頂?shù)膬x表板及附屬線路，拆除左右座椅、人工操縱機(jī)構(gòu)、操縱手柄等;

（4）拆除駕駛艙內(nèi)的通信設(shè)備、多媒體設(shè)備和電子、電器線路;

（5）保留客機(jī)總體布局和氣動(dòng)布局，保留機(jī)翼、機(jī)身、水平尾翼、垂直尾翼等部件，確保無人機(jī)與原客機(jī)氣動(dòng)性能的一致性;

（6）保留動(dòng)力裝置，確保“客改貨”型無人運(yùn)輸機(jī)與原客機(jī)動(dòng)力性能的一致性;

（7）保留輔助動(dòng)力裝置，確保“客改貨”型無人運(yùn)輸機(jī)供氣、供電等的實(shí)際需要;

（8）保留燃油系統(tǒng)，確保“客改貨”型無人運(yùn)輸機(jī)動(dòng)力裝置的燃油供應(yīng)及正常使用;

（9）保留液壓系統(tǒng)，確保客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)保持輕便、良好的操縱性;

（10）保留除冰、防雨系統(tǒng)，確保客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)在復(fù)雜、惡劣氣象條件下依然能夠可靠使用;

（11）保留防火系統(tǒng)，采取周全的自動(dòng)噴淋、二氧化碳、干粉滅火系統(tǒng)，確保客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)在發(fā)生火情時(shí)能迅速撲滅火點(diǎn)，控制火情擴(kuò)大和蔓延;

（12）需要對原來的客艙地板等進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，提高其承載能力，同時(shí)在貨艙內(nèi)安裝地板滾輪和系留裝置，安裝艙內(nèi)使用的電動(dòng)起重機(jī)等。做到嚴(yán)格控制任務(wù)載荷重量，但又不能超重。另外，還需根據(jù)實(shí)際需要對貨機(jī)起落架進(jìn)行加強(qiáng)，以滿足承載重載荷的要求;

（13）需要保證客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)在起降過程中的安全可靠，尤其確保在高原、復(fù)雜氣象條件下在機(jī)場起降的安全;

（14）需要確保客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)在低空支線航線上的安全，有一套應(yīng)對風(fēng)切變、山區(qū)復(fù)雜地形的對策等;

（15）客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)不是進(jìn)行簡單的腹艙運(yùn)輸，而是實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)的貨艙模式，需要在機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面具體落實(shí)貨艙門的開口位置和開口數(shù)量。例如開設(shè)機(jī)頭艙門和兩側(cè)艙門，保障裝卸貨物的速度和效率最大化;明確貨艙門開口的具體結(jié)構(gòu)及補(bǔ)強(qiáng)措施;對貨艙門開口地板等位置進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，使其結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固耐用;

（16）提高機(jī)載系統(tǒng)的信息化、智能化水平。經(jīng)過技術(shù)升級使客改貨無人運(yùn)輸機(jī)的信息化程度縮短代差，達(dá)到與整個(gè)通信行業(yè)同步發(fā)展的水準(zhǔn);增進(jìn)客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)與外界的商業(yè)聯(lián)系和溝通;5G也將解決客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)操控信號傳輸延時(shí)問題;大數(shù)據(jù)、云計(jì)算及圖像識別等技術(shù)的應(yīng)用將極大提升全程自主飛行品質(zhì)，使每一環(huán)節(jié)精準(zhǔn)有效，確保飛行安全;區(qū)塊連能提供更好的營商環(huán)境，有利于客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)不斷提高營運(yùn)效率，增加收益并盈利。

應(yīng)該明確客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)，并與客改貨型有人駕駛貨機(jī)進(jìn)行一番比較，論證其必要性。客改貨型無人運(yùn)輸機(jī)的更改還必須符合國際民航的適航條例，適應(yīng)航空貨運(yùn)的系列要求，在取得民航局方驗(yàn)收并頒發(fā)補(bǔ)充型號證書后才可作為貨機(jī)投入運(yùn)營。

對于客改貨機(jī)型，現(xiàn)在有多種性能優(yōu)良的平臺可根據(jù)任務(wù)需求進(jìn)行改裝，不僅機(jī)源充裕，而且機(jī)齡也較為合適;不僅擁有眾多國內(nèi)外用戶，而且改裝市場也遍及全球多地，尤其是亞太地區(qū)和中國航空運(yùn)輸市場呈現(xiàn)上升趨勢。據(jù)波音公司預(yù)測，未來20年，全球客戶將需要超過1000架窄體客機(jī)改裝的貨機(jī)，其中1/3的需求來自中國市場。

目前已知國外可供客改貨的寬體機(jī)型共有5款，分別為波音747-400、767-200、767-300和空客A330-200/300、A300-600。國外可供客改貨的成熟窄體機(jī)型共有5款，分別為波音757-200、737-400、737-300、MD-80和CRJ200.這些機(jī)型絕大多數(shù)是雙人制駕駛組。倘若前期由雙人制駕駛組改為單人制駕駛作為過渡，另外一半交由機(jī)上無人駕駛系統(tǒng)執(zhí)行，便可省去一半飛行員，有利于航空公司的減人增效，或繼續(xù)擴(kuò)大貨機(jī)隊(duì)伍。

倘若隨著無人機(jī)技術(shù)的日益成熟，后期全部改為機(jī)上無人駕駛。那么在確保飛行安全、可靠的同等條件下，航空公司在理論上不僅可省去全部飛行員，而且機(jī)隊(duì)的智能化程度也將大為提高，由人為因素導(dǎo)致的事故率將明顯下降，執(zhí)行力會(huì)大為增強(qiáng)，更有利于航空公司的經(jīng)營效益大幅提高。屆時(shí)，航空公司的飛行員大量短缺的矛盾將得以緩解，而且其組織架構(gòu)、經(jīng)營業(yè)務(wù)、服務(wù)品質(zhì)、整體面貌也都將煥然一新。

綜括上述，客改貨無人運(yùn)輸機(jī)項(xiàng)目能以較小代價(jià)構(gòu)建起無人機(jī)運(yùn)行管控系統(tǒng)，精簡人力資源，節(jié)省航空公司運(yùn)營成本，提升空運(yùn)效率。客改貨無人運(yùn)輸機(jī)項(xiàng)目緊密貼合我國在研型號的工作，推動(dòng)國產(chǎn)貨機(jī)的新發(fā)展，符合國家中長期發(fā)展戰(zhàn)略及航空運(yùn)輸市場需求，可更好服務(wù)國內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，服務(wù)“一帶一路”沿線國家的空運(yùn)。