阿帕奇直升机的“数字孪生”如何帮助这些老家伙继续飞行

下次你扫描文件时，如果觉得扫描过程繁琐乏味，不妨想想堪萨斯州那些需要扫描整架阿帕奇直升机的人。威奇托州立大学下属的国家航空研究所 (NIAR) 的一个小组正在创建阿帕奇攻击直升机的三维数字渲染图，这个过程包括扫描每个部件。该项目预计耗时三年，是陆军合同的结果。

负责这项大规模扫描工作的梅琳达·劳巴赫-霍克 (Melinda Laubach-Hock) 估计，阿帕奇直升机可能有大约 5,000 到 6,000 个部件。她的估计是基于她的团队正在完成的一个类似项目得出的，该项目涉及扫描黑鹰直升机的大约 5,000 个部件。

“我们将机身拆解成各个部件，然后进行清洁、扫描，然后进行逆向工程，”她在描述阿帕奇飞机的流程时说道。“我们为每个部件建立了制造质量级别的详细模型，然后基本上以数字方式重新组装机身。”

NIAR 称这项为期三年的工作“冗长乏味”，不禁让人想问：为什么要这样做？又该怎么做？

那么，为什么呢？

劳巴克-霍克表示，其目的有两个。首先是帮助维修，或者说“改善我们对传统阿帕奇直升机机队的维护方式”。他们正在研究的阿帕奇直升机变种是 AH-64D，即德尔塔型，她估计美国陆军有 800 架这种直升机在服役。在维修或更换直升机部件时，拥有高保真度的数字化部件表示可以帮助制造过程。她还认为，数字化设计的部件维修解决方案可能比一个人一次性修复更持久。它可能不会是 Dropbox 文件夹中直升机的数字版本，但你明白我的意思。

第二项任务涉及更广泛地探索拥有飞机的详细数字版本（通常称为数字孪生）在未来可能发挥的作用。下一代直升机和倾转旋翼机诞生于数字时代（西科斯基和贝尔都在两个不同的陆军项目中竞争），与旧机器相比，它们在某些方面有所不同。

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对于阿帕奇项目来说，除了扫描零件之外，其目标还包括将它们数字化组装起来，使它们成为真实飞机的虚拟版本，可以用来模拟载荷或应力如何影响真实飞机。她将他们将要创建的数字模型称为“高保真工程结构模型”。

“基本上，这是一个工程模型，它说，‘如果我推这个结构，负载就会这样在结构中传播，’”她补充道。然后，为了确保这个数字模型是真实的，她说，他们将采购第二架阿帕奇直升机，并对其进行物理应力测试。“我们将推拉，测量响应，我们将使用这些测量值来校准我们的工程模型，”她指出。

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她还认为，一般来说，拥有数字化版本的直升机可以帮助以更具预测性、主动性的方式进行维护。

那么为什么不直接从制造直升机的公司那里获得设计图呢？对于阿帕奇直升机来说，这家公司就是波音公司。“我不知道波音公司是否有这些设计图，”劳巴克-霍克说。（波音公司今天生产的阿帕奇直升机版本是 AH-64E，而堪萨斯州正在扫描的版本是 AH-64D。波音公司的一位发言人通过电子邮件表示：“波音公司以多种格式保存着 D 型和 E 型阿帕奇直升机的详细记录。”他们还指出，关于 NIAR 项目，“波音公司已经提供了帮助。”）

但更普遍的是，飞机制造商过去制定飞行器计划的方式与今天的标准不同。“我的经验是，我们收到了其他传统平台上的模型，我们一直在为其构建 [数字] 孪生，”劳巴克-霍克说，“要将它们升级到今天的标准，还需要做大量的工作。”

如何在直升机上进行扫描？

该团队正在使用他们在堪萨斯州现场的一架阿帕奇直升机，尽管它不是完整的飞机。“有一架机身卷入了事故，无法修复，”她说。“我们从那里开始，然后陆军正在寻找方法让我们获得我们目前没有的零件。”

现在所有损坏的部件都已修复，所以剩下的大约是直升机的 80%。但她说，对于像扫描整架直升机这么大的项目，从现有的东西开始是合理的。为了扫描零件，他们使用一种名为六角臂的设备，它可以捕捉 3D 组件。“你只需用激光多次在表面上绘画，就会产生一个非常密集、几何正确的点云，可以代表物品的外部形状，”她说。

阿帕奇直升机并不是第一架接受这种数字化扫描的飞机。她说，黑鹰项目已完成约 95%。他们还在扫描一架 B-1 轰炸机和一架 F-16 战斗机，后者已完成约 15% 至 20%。劳巴赫-霍克指出，该领域还有其他尚未公开披露的项目。

学生也会帮忙。劳巴克-霍克说，最终将有大约 65 人参与 Apache 项目，其中 30 人是学生。一名学生告诉 ksn.com，该项目“在我的简历上看起来非常棒”。

该帖子已更新，包括波音公司的评论。