检验检测技术在提升飞行器安全性、促进技术创新、优化运营效率、拓展应用领域、推动产业升级以及加强国际合作等方面发挥着至关重要的作用。通过全面检测飞行器的材料、结构、系统等,确保飞行器符合安全标准和适航要求,大大降低了飞行事故的风险,为低空经济的健康发展提供了坚实的基础。

随着科技的飞速发展,低空经济作为新兴产业之一,正在逐渐成为全球关注的焦点。根据中国政府网数据,截止2023年底,仅中国的低空经济规模就达到了5000亿元,到2030年,这一数字将有望达到2万亿元。

从政策指引看,2023年12月的中央经济工作会议以及2024年3月的《政府工作报告》中,“低空经济”均被明确提出并强调了在新兴产业中的重要地位,其不仅涵盖了通用航空产业链的各个环节,更以有人驾驶和无人驾驶航空飞行器的低空飞行活动为牵引,带动了相关领域的融合发展。

蓬勃发展市场的背后,离不开众多高新技术的加持与贡献。在2024中国国际航空电子(低空经济)产业创新发展大会同期举办的“航空电子系统高效开发、测试与验证”论坛上,多位与会专家强调指出:“检验检测技术在提升飞行器安全性、促进技术创新、优化运营效率、拓展应用领域、推动产业升级以及加强国际合作等方面发挥着至关重要的作用。”

检验检测技术赋能低空经济发展

“低空经济的发展,离不开检验检测技术的支撑。”海检检测有限公司副总经理吴尚德表示,通过全面检测飞行器的材料、结构、系统等,确保飞行器符合安全标准和适航要求,大大降低了飞行事故的风险,为低空经济的健康发展提供了坚实的基础。

海检检测有限公司副总经理吴尚德

而在具体的应用场景中,检验检测技术的应用包括飞行器安全认证、飞行环境评估、飞行任务监控、故障诊断与维护、标准制定与符合性验证以及风险管理等。这些应用不仅保障了低空飞行的安全,也为低空经济的多元化发展提供了技术支持。

国家标准的制定对于低空经济的发展同样至关重要。例如,GB42590-2023《民用无人机驾驶航空器系统安全要求》作为我国民用无人机领域的首项强制性国家标准,提出了包括电子围栏、远程识别、应急处置等在内的17个方面的强制性技术要求及相应的试验方法。这些标准为无人机的安全运行提供了明确的指导,也为无人机产业的规范化发展奠定了基础。

为了更好地把握低空经济发展的机遇,2024年3月,工信部、科学技术部、财政部、中国民用航空局四部门联合印发了《通用航空装备创新应用实施方案(2024—2030年)》。该方案明确了检验检测在低空飞行领域中的重要性,并强调了建立安全验证体系的任务方向。通过充分利用现有航空工业基础,加快试验验证资源共建共享,鼓励推动建立通用航空适航技术服务与符合性验证,无人机第三方检测、试验等能力,支持飞行测试、应用测试等基地建设。

低空经济的发展不仅需要技术创新和政策支持,更需要行业标准的引领。当前,低空经济检测业务仍处于“萌芽”状态,拥有多种发展可能性。通过科学配置外部测试资源,开展市场化第三方无人机检验检测,可以进一步探索能够支撑民航局进行无人机行业管理的新手段,促进产业标准化、规范化发展。

吴尚德在演讲中进一步指出,今后,要促进低空经济发展,应该牢牢把握以下五个着力点: 

  1. 锚定发展目标,要建立机制、统筹全局。在国家层面,要加快建立低空经济数据统计机制、评价评估机制、战略储备机制,服务国家发展大局和长远发展。
  2. 制定发展规划,要基于需求、突出特色。地方政府要结合各地基础条件和资源禀赋,着眼现阶段客观需求和长远发展需要,以规划引领产业发展,发展各具特色的低空经济。
  3. 出台地方政策,要针对性强、务实性强。地方要把制定政策的重心放在激发市场潜力、提供条件支持、培育龙头企业和做大产业规模上;要加强各部门协调配合与军地民沟通机制,协调解决发展中的矛盾问题;要充分发挥地方性财政资金支点作用,有效引导社会资本积极参与低空经济建设。
  4. 开拓应用场景,要深度挖掘、有前瞻性。地方政府发展低空经济要基于生产作业类、公共服务类、航空消费类场景进行深度挖掘;要高度重视政府主导和政府专用类应用场景的拓展;要紧跟技术发展趋势,探索未来场景的应用。
  5. 建设基础设施,要因地制宜、分步推进。低空基础设施主要指与低空飞行密切相关的空域管控系统和各类地面基础设施建设。在空域管控系统建设上,要加快研究建立全国统一的系统底座。地方性系统要在此基础上,结合实际进行合理规划、分步推进。

在这一背景下,海检检测有限公司作为国家级质检中心,承担着政府检验检测资源整合改革的载体和发展检验检测服务业的龙头角色。吴尚德表示,今后,海检检测有限公司将紧随低空经济行业的发展,贡献其专业力量,通过建立“多方联动协作”共建机制、积极争取民航局审查项目落地示范、凝聚专业人才梯队以及重视标准化成果推广应用等措施,推动低空经济的健康发展。

LVDT/RVDT与旋转变压器仿真:高精度测试技术的新篇章

在当今快速发展的工业自动化和精密制造领域,对传感器的精度和可靠性要求越来越高。品英仪器(北京)有限公司的产品与市场开发经理王琦在演讲中,详细介绍了LVDT(线位移传感器)、RVDT(角位移传感器)和旋转变压器的高精度多路仿真技术,这些技术在测试和标定被测件(UUT)方面发挥着至关重要的作用。

品英仪器(北京)有限公司的产品与市场开发经理王琦

作为历史悠久的传感器类型,LVDT、RVDT和旋转变压器广泛应用于航天航空、机械、建筑等领域。其中,LVDT用于测量直线位移,RVDT用于测量角位移,而旋转变压器则用于测量圆周运动,在对这些传感器进行仿真时,需要考虑动态特性、准确度、多通道需求和故障仿真。

而信号/传感器仿真技术能够输出符合真实传感器信号特征的高精度、高复现度的物理信号。这项技术要求具备快速调节能力、软件兼容性、低成本、小尺寸和易维护性,仿真类型则包括电阻式、电流式、电压式和交变式等。

在王琦看来,一台理想的仿真仪器应具备全程控能力,能够快速设定各种仿真参数,并支持常用的操作系统与开发环境。此外,输入输出特性应与真实传感器一致,且具有小尺寸、低成本和易扩展的特点。

目前,通过综合不同用户的需求,Pickering开发了基于PXI的LVDT、RVDT、旋转变压器三合一仿真仪器。该产品功能可选择xVDT、旋转变压器或双模式,每个模块可以仿真多个完全独立的传感器,支持多种输入电压和输出电压范围,具有功能全面的软件面板、高度兼容的驱动程序和完善的实例程序。

之所以坚定支持PXI/PXIe规范,王琦指出,这是因为PXI/PXIe特别适合多通道仿真系统、多种传感器混合仿真、HILS系统等。基于PXI/PXIe的平台具有高兼容性、软件优化、集成度高,并支持多种实时环境。例如,单个PXI机箱可以仿真数十个6线传感器,还可以混装数百个温度仿真通道和其它类型传感器。

在演讲中,王琦还展示了一个24通道旋转变压器仿真系统的工程实例,包括如何配置功能模块、混合机箱、控制器和电缆等。此外,还列出了型号、数量、单价和总价,为客户提供了一个清晰的成本效益分析。

目前,Pickering能够提供多种产品系列,可仿真不同设备品类,包括电阻式、电流式、电压式仿真等。此外,还支持多种操作系统(包括Windows和Linux,以及通用开发环境如C/C++, Python, Visual Basic, Matlab),以及专用开发环境,如National Instruments的LabVIEW, Keysight的VEE, Marvin的ATEasy等。

创新测试方案确保无人机和eVTOL的性能与安全

低空经济是以垂直高度1000米以下、根据实际需要延伸至不超过3000米的低空空域为主要活动场域,以垂直起降型飞机和无人驾驶航空器为载体,以载人、载货及其他作业等多场景低空飞行活动为牵引,带动相关领域融合发展的综合性经济业态。

ITECH技术支持工程师王杰分享的数据显示,预计到2030年,全球商业运营的eVTOL将达到5000架,2024年激增到4.5万架,而到2035年,产业规模预计将达到6万亿元。

ITECH技术支持工程师王杰

从应用前景来看,在低空经济的助力下,未来社会可能会出现如下变革:

  • 通勤方式:从传统的地面交通转变为“打飞的”,大幅缩短出行时间。
  • 快递物流:快递配送效率将从“天”变为“小时”,极大提升物流效率。
  • 公共服务:医院顶楼直升机转移患者、消防无人机灭火、山林火情监测等,都将因低空经济而变得更加高效。
  • 农业发展:通过无人机、遥感技术等实现智能水肥一体化管理,提高农业生产效率。

而从技术角度来看,无人机和eVTOL正朝着续航时间更长、载荷量更大、抗风更强、抗干扰更强等方向进步。同时,锂电池、燃料电池、太阳能电池等新能源技术的应用,为无人机提供了更多样化的动力选择。

为了确保无人机和eVTOL的性能与安全,ITECH提供了一系列的测试解决方案。包括无人机电机、电调、螺旋桨的测试,燃料电池UAV的电调ESC/电机测试,太阳能无人机动力系统测试,以及eVTOL电动垂直起降机的分布式推进系统测试等。这些测试方案不仅提高了产品的性能和安全性,也为低空经济的健康发展提供了有力支撑。

以eVTOL电动垂直起降机分布式推进系统测试解决方案为例,典型的Joby S4使用四块电池和六个螺旋桨,采用“分布式电动推进”系统。每个推进电机均由双冗余逆变器驱动提高任务可靠性,每个电机对应的双余度中每个逆变器又由两个独立的电池供电从而防止电池故障蔓延。在任何一个推进电机、逆变器或电池包失效情况下,飞机仍然可以安全飞行。也就是说,整个eVTOL不存在单点故障。

通过采用IT6600系列双向电池模拟器,用户不但可以获得超高功率密度设计3U 42kW,轻松实现百千瓦至10MW级大功率电池仿真测试,还可以进行双通道设计,一机多用,降低测试成本。搭配BSS2000 Pro电池仿真软件,可模拟高达8种电池特性曲线。此外,全系列标配USB/LAN/CAN/数字IO通信端口,并提供EtherCAT/GPIB/模拟量选配接口。

再来看一下飞控系统高精度MEMS惯性测量单元测试案例。通常而言,一个高精度MEMS惯性测量单元内置高性能三轴MEMS陀螺和三轴MEMS加速度计,支持角速度、加速度、姿态角等信息的输出,功耗仅0.3W左右。而IT6400系列超高电流分辨率可以对陀螺仪的角速度量测精度进行标定测试,电流设定值分辨率最高可达到10uA,回读值精度可以达到1uA,不但能够高精度测量飞行传感器器件的超低功耗,还能够提供电池模拟器功能。

复杂航空电磁环境下的频谱监测

随着5G商业落地进程的不断加快以及更多无线设备的接入,无线频谱正变得空前拥挤,信号干扰问题越来越突出,这对干扰信号的分析表征查找和对抗提出了挑战。

众所周知,与低空空域飞行器相关的无线电频谱是介于100K和约300GHz之间的电磁波,常见的无线信号发射网络包括:无线通信网络,例如我们熟知的3G/4G/5G信号;雷达信号、卫星信号、微波回传信号(包括公共安全无线系统、对讲机信号、列车控制信号、广播信号、智能电网信号以及工科医频段WIFI网络信号)。对低空空域飞行器来说,主要应用于遥控,图像回传和卫星导航,而对于无人机探测反制领域,则主要用于无人机探测和无人机反制。 

是德科技资深应用工程师李兴萨指出,在无线系统中,无线信道中的干扰,无论是有意、无意或者偶然的发射设备,还是发生在许可或者未许可频谱中,都会影响到接收机对所需信号的接收。同时,干扰产生的类型来源也很多,包括系统内部、系统之间、同信道、邻信道、互调干扰等。

是德科技资深应用工程师李兴萨

于是,用来查找瞬时信号、突发信号、以及共信道干扰的实时频谱分析仪,成为了行业排查干扰的新方法。 

实时频谱分析仪是基于FFT的频谱分析仪,是测量短时信号,突发信号的唯一手段,适用于雷达,脉冲等信号的表征,主要特点在于可以在100% POI时间内无丢失的捕获任何瞬态信号,动态信号以及脉冲等,并结合固态硬盘进行流盘记录。但限制在于实时频谱分析的带宽有限,动态范围通常小于扫频式频谱仪,不适合很宽的频谱监测。

从应用角度来看,实时频谱分析仪特别适用于外场测量,解决复杂的电磁环境中的信号干扰,适用于雷达信号的验证,信号监测以及干扰定位。实时频谱分析仪可以用于捕获并记录信号,查看定位干扰,上下行链路以及相邻信道等信号,尤其适用于查看共信道干扰,以及隐藏在大信号下的小信号干扰。此外,如果系统出现问题,可以使用实时频谱分析功能对各部件进行现场测试并修复问题。可以说,与过去的扫频式频谱仪相比,实时频谱分析仪将外场测量保障提升到了新的高度。

2008年,是德科技推出了Fieldfox手持表系列,是当时业界首款集成功能最多,集成度最高的适合外场测量的手持表。2012年,Fieldfox系列推出业界首款工作频率高达26.5GHz的手持表,是查找卫星KU,KA频段干扰非常好用的工具;2015年,Fieldfox推出业界首款工作频率高达50GHz的手持表;2019年6月,系列推出了配备100 MHz实时分析带宽的手持表。值得一提的是,在Fieldfox手持表经历多次系统升级之后,其体积、重量几乎没有增加,电池依然可以维持4个小时左右的使用时间。

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