在大小、速度相同的情况下,无人机与飞机相撞会产生比一只鸟的撞击更大的冲击损伤,美国联邦航空管理局进行的一项研究得出了这一结论。
和柔软的鸟儿相比,小型无人机(unmanned aircraft systems,UAS)的刚性结构和上半部分电池、摄像机等的集中质量会对飞机结构造成更大的损害,无人机系统安全联盟(the Alliance for System Safety of UAS through Research Excellence,ASSURE)的大学团队在研究中给出了这一结论。
在无人机系统安全联盟4月发表对地面撞击严重程度的同步研究结果后,一份关于无人机空中撞击危险严重程度评估的最终报告发布了。它指出,无人机对人类造成危害的风险比预想中要小,因为多轴无人机的坠落速度比其他物体更慢。

与鸟击测试不同,这项进行了14个月的空中撞击研究项目并没有让无人机撞击飞机来看看会产生什么损伤。全尺寸的物理测试需要耗时很久且花费巨大,无人机系统安全联盟说,而且很难精确地控制撞击条件。
相反,研究是建立在用飞机和无人机结构模型模拟撞击的基础上,并且已经被组件级的撞击测试验证过了。撞击模拟考虑到了撞击条件的快速变化,并为测试间的可重复性和不同撞击情境间的适当比较做了准备。
研究人员选择了时下流行的1.2千克的DJI幻影无人机和1.8千克的PrecisionHawk Lanchester固定翼小型无人机来做模型。目标飞机则是仿造波音737和里尔31A商务喷气机制作的。
这些基于物理学的有限元模型经过了材料取样级测试的验证,此类材料应用于无人机、发射电池、摄像机、压缩气枪中的电机、四轴飞行器的跌落测试以及完整的无人机负电池。
研究得出,一架商用客机与一架1.2千克的四轴飞行器或者一架1.8千克的固定翼无人机之间25万吨的空中撞击可能会导致对水平和垂直稳定器的中-高级破坏、对机翼前缘的中级破坏以及对挡风玻璃的中-低级破坏。
一架商务喷气机和任意类型无人机之间的撞击都可能导致对水平和垂直稳定器的中-高级破坏和对机翼前缘的中级破坏,而对于挡风玻璃,与四轴飞行器相撞会导致中-低级破坏,与固定翼无人机相撞则是高级破坏。
“和在组件级物理测试中所观察到的一致,这些模拟预测到大部分的损伤是无人机上相对密集、更为坚硬的部分(发动机、摄像机等)造成的。”研究中说道。
该研究结论认为,无人机撞击可能导致比鸟类在等效初动能下的撞击更大的破坏。“由于无人机坚硬的机械结构,”研究中说,“因此,一只1.8千克重的鸟和一架1.8千克重的无人机会给飞机带来不同级别的破坏。”
研究表明,在飞机着陆速度以上的冲击速度对于1.2千克甚至更重的无人机来说相当关键。报告中指出,测试显示,64克的发动机在25万吨的重量下足以穿透1.6毫米的铝。
“在小型无人机的设计中,质量和硬度分布对于能量转移至关重要,”研究人员总结道,“包含吸收能量组件(材料或结构特征)的设计可以减少对飞机的损害。”
“在分析的几个撞击情境中存在着飞机主要结构故障的风险,”报告中指出,“为了支撑空中撞击研究还需要进一步的考证。”无人机系统安全联盟提出,针对通用航空飞机和旋翼机的第二阶段研究“会在不久的将来进行”。
第一阶段研究还检验了无人机与涡轮风扇发电机的撞击并得出结论是,与四轴飞行器相比,固定翼无人机会对风扇和机舱造成更大的撞击损伤。在第二阶段中,无人机系统安全联盟计划与发动机制造商合作,确定一款有代表性的发动机模型以便进一步的测试。
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