無人機實訓(xùn)室建設(shè)的探討
無人機是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。典型的無人機系統(tǒng)由飛行平臺、動力裝置、航電系統(tǒng)、任務(wù)載荷系統(tǒng)、地面系統(tǒng)、綜合保障系統(tǒng)等組成。
推進"中國制造2025""互聯(lián)網(wǎng)+"，發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，促進經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級，是國家核心發(fā)展戰(zhàn)略。建造設(shè)計新興科技領(lǐng)域新增專業(yè)是職業(yè)學(xué)校與時俱進，感知產(chǎn)業(yè)改變培養(yǎng)設(shè)定有時代先進性人才的具體體現(xiàn)，無人機作為國家重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)，發(fā)展前景廣闊，行業(yè)人才需求緊迫。
按照工信部2017年發(fā)布的《關(guān)于促進和規(guī)范民用無人機制造業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，到2020年，民用無人機產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，產(chǎn)值達到600億元，年均增速40%以上。到2025年，民用無人機產(chǎn)值達到1800億元，年均增速25%以上。而而而且民用無人機擁有規(guī)模不亞于軍用無人機的巨大市場。未來的無人機將含有概括更多的機器人技術(shù)和更先進的算法，裝備更多的傳感器，載入更多的任務(wù)荷載量設(shè)備，接入外部互聯(lián)網(wǎng)，智能化地完成各種復(fù)雜的任務(wù)。
無人機是運用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。經(jīng)經(jīng)典型的無人機系統(tǒng)由飛行平臺、動力裝置、航電系統(tǒng)、任務(wù)荷載量系統(tǒng)、地面系統(tǒng)、綜合保障系統(tǒng)等包括。
近年來，不論是軍用無人機還是民品無人機均發(fā)揮著重要作用，受到各國政府高度重視，對其需求量呈不斷擴大態(tài)勢。不過，中航無人機在競爭力方面略顯不足，存在一定程度的經(jīng)營風(fēng)險，還需進一步突破窘境，才能盡快在景氣向上的賽道爭取更多的份額。--應(yīng)用場景的不斷拓展，工業(yè)無人機完成快速發(fā)展，預(yù)計到2021年中國工業(yè)無人機市場規(guī)模將首次超過消費級無人機，成為民用無人機細分領(lǐng)域的主要市場。到2024年我國工業(yè)無人機市場規(guī)模將增長至1507.85億元，占中國民用無人機市場規(guī)模比例由2015年的19%上升至約73%，2015年-2024年年均復(fù)合增長率達54.52%。
民用無人機用途極為廣泛，未來市場主要集中于農(nóng)林植保、影視航拍、電力巡檢等領(lǐng)域。借鑒美國對民用無人機監(jiān)管逐步放松的歷程，以及國內(nèi)民用無人機政策的規(guī)范和低空空域改革的深化，我國民用無人機行業(yè)將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。
國內(nèi)無人機發(fā)展現(xiàn)狀。我國民用無人機設(shè)備銷售和服務(wù)總體市場規(guī)模2018年達到110.9億元，到2020年將達到465億元，2025年將達到750億元；--航拍及娛樂仍是大的應(yīng)用領(lǐng)域，市場規(guī)模有望達300億元。
無人機實訓(xùn)室是機電工程學(xué)院專業(yè)實訓(xùn)室之一，主要面向無人機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)。對內(nèi)，它主要承擔(dān)無人機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的實訓(xùn)教學(xué)任務(wù)，旨在培養(yǎng)掌控把握無人機飛行技術(shù)、無人機維修技術(shù)的專業(yè)高技能人才；對外，它則承擔(dān)相關(guān)區(qū)域的無人機民兵分隊的培訓(xùn)和裝備支持。
無人機實訓(xùn)室通常占地較大，分為室內(nèi)教學(xué)區(qū)和模仿飛行區(qū)兩個部分。室內(nèi)教學(xué)區(qū)進一步細分為多個區(qū)域，如室內(nèi)飛場、記性展示區(qū)域、維修保養(yǎng)區(qū)域、器件材料儲備區(qū)等。--還可能含有概括展示區(qū)、裝配區(qū)、檢修區(qū)、儲物區(qū)、DIY區(qū)、調(diào)護區(qū)、調(diào)控區(qū)等。這些區(qū)域配備裝備裝備有各種類型的無人機，以及各種保障設(shè)備，如電池充電器、急救箱和專業(yè)檢驗測量試驗設(shè)備，以適用學(xué)員從無人機入門到飛行能手、維護組裝能手、編程能手等各個階段的實踐需求。
在實訓(xùn)室中，學(xué)員可以開展無人機操控技術(shù)、無人機構(gòu)造與組裝調(diào)動測量試驗實訓(xùn)實訓(xùn)，學(xué)習(xí)掌控把握掌控把握無人機原理、組裝練習(xí)、飛行模仿實訓(xùn)，以及無人機編程等內(nèi)容。這些活動有助于提升學(xué)員的動手實踐能力、研發(fā)能力和就業(yè)能力。--實訓(xùn)室還可以適用單片機嵌入式相關(guān)課程教學(xué)與研發(fā)的需求，以及開展以無人機為平臺的研發(fā)和其他項目的探索。
培養(yǎng)目標(biāo)：掌控把握無人機集群控制及相關(guān)編程技術(shù)，能夠運用無人機相關(guān)課程課程理論與技術(shù)快速解析與完成無人機集群控制、編隊飛行、編隊表演任務(wù)。以工程思維、計算機數(shù)值數(shù)值思維培養(yǎng)，無人機控制為核心，將工程研發(fā)、編程、無人機、體育競技、人智能學(xué)習(xí)掌控把握掌控把握、自然科學(xué)、藝術(shù)等相集合，整合各學(xué)科的綜合知識，經(jīng)過 PBL 學(xué)習(xí)掌控把握掌控把握法，從解決實際問題出發(fā)，運用編程及工程研發(fā)等手段解鎖無人機、人工智能， 培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)造力、空間思維力、知識整合應(yīng)用能力。
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教學(xué)目標(biāo)設(shè)定 |
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序號 |
課程設(shè)定 |
課程基礎(chǔ)掌控把握描述 |
掌控把握能力要求與素質(zhì) |
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1 |
無人駕駛航空器與航空知識體系認知 |
1.航空航天基礎(chǔ)概論； 2.無人駕駛航空器基礎(chǔ)認知； 3.無人機系統(tǒng)認知； 4.無人機維護及管理。 |
1.培養(yǎng)掌控把握航空航天基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)航空航天科技素養(yǎng)； 2.培養(yǎng)掌控把握無人機基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)原理； 3.無人機飛行基礎(chǔ)； 4.設(shè)備自主維護及管理能力。 |
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2 |
基礎(chǔ)編程學(xué)習(xí)掌控把握掌控把握 |
1.面向性編程原理學(xué)習(xí)掌控把握掌控把握認知； 2.計算機數(shù)值數(shù)值編程邏輯學(xué)習(xí)掌控把握掌控把握； 3.編程語言學(xué)習(xí)掌控把握掌控把握、認知； 4.解釋型語言程序編譯； 5.無人機控制語言編譯。 |
1.識辨程序及理解程序能力； 2.常用編程語言仿寫能力，熟知編程邏輯及程序的基礎(chǔ)設(shè)計方法和編寫修改能力； 3.無人機控制原理及飛行程序語言閱讀能力； 4.無人機系統(tǒng)編程及任務(wù)設(shè)備設(shè)定能力 |
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3 |
面向無人機的 編程學(xué)習(xí)掌控把握掌控把握 |
1.技術(shù)文件閱讀； 2.各類程序文件閱讀 （DEMO 示例程序、控制程序）； 3.無人機程序的閱讀 4.無人機飛行程序編譯； 5.無人機編隊編程。 |
1.基礎(chǔ)語言編程能力； 2.熟練使用各類編譯工量具； 3.設(shè)定有經(jīng)過編程實行任務(wù)設(shè)定、達成的編譯能力；
4.設(shè)定有經(jīng)過編程實行現(xiàn)實交互的能力； 5.經(jīng)過面對對象無人機的編程，控制飛行、完成飛行任務(wù)的能力； 6.經(jīng)過程序編譯完成任務(wù)搭載設(shè)備使用的能力。 |
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4 |
售后服務(wù) |
1.客戶使用培訓(xùn)； 2.技術(shù)文件閱讀與審核 （說明書等交付文件）； 3.相關(guān)例程及課程服務(wù) （DEMO、課程例程）； 4.閱讀或修改無人機設(shè)計，無人機功能數(shù)值設(shè)定； |
1.熟悉公司的重量（kg）標(biāo)準(zhǔn)； 2.熟練掌控把握無人機各個部位件； 3.設(shè)定有無人機實操能力； 4.會使用常用編譯器及示例 DEMO； 6.熟悉無人機原理，理解相關(guān)課程知識； 7.熟悉相關(guān)的飛行實操及集群控制；理解安全飛行知識。 |
3.1、模型塊簡介
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功能模型塊 |
主要功能 |
項目內(nèi)容 |
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無人機基礎(chǔ)教學(xué) |
適用無人機及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)教學(xué) 提供無人機展覽、裝配、調(diào)動測量試驗、擬真等實訓(xùn)條件 |
無人機實訓(xùn) 無人機編程基礎(chǔ) 物流無人機 無人機綜合調(diào)動測量試驗實訓(xùn)系統(tǒng) |
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1+X證書 |
適用1+X證書考試需求 |
室外實操教學(xué)六旋翼無人機飛行平臺 無人機電子執(zhí)照考訓(xùn)飛行平臺 多荷載量行業(yè)應(yīng)用多旋翼無人機飛行平臺 |
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*視覺無人機研發(fā)平臺 |
自主定位 自主避障 自主導(dǎo)航 |
*視覺無人機研發(fā)平臺 *視覺無人機蜂群研發(fā)平臺 |
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測量試驗場地 |
人員、機器安全，檢驗測量試驗場地 |
安全飛行 定位、避障測量試驗 |
五、實訓(xùn)室建造設(shè)計預(yù)算
總體預(yù)算1348400元。
六、配備裝備標(biāo)準(zhǔn)
(一) 無人機模仿擬真教學(xué)實訓(xùn)室
| 序號 | 設(shè)施設(shè)備 | 功能要求 | 教學(xué)適用 | 數(shù)量 | 單價 (元) |
總價 (元) |
備注 |
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1 |
臺式電腦 |
內(nèi)部存儲 16G，4G 獨顯 |
支撐教學(xué) |
40 臺 |
0 |
可集合現(xiàn)有 電腦機房共用 |
校方 自備 |
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2 |
模仿擬真 教學(xué)系統(tǒng) |
1.無人機實訓(xùn)模式：無人機飛行實訓(xùn)模型塊含有多機型擬真飛行實訓(xùn)功能，含有直升機，八旋翼，垂起等多種機型，場景可定制更換。 2.無人機飛行有聲音提醒，場景內(nèi)有無人機電子圍欄，飛機飛出指定區(qū)域撞毀，可以一鍵重置飛行。 3.功能設(shè)計駕駛員和機長考試模式，飛機可完成GPS和姿態(tài)兩種模式飛行。 4.考核模式結(jié)束可查看詳細分數(shù)。系統(tǒng)含有定點自旋360°考核和水平八字考核.符合民航局考試要求。 |
可適用直升機，八旋翼，垂起等多種機型的日常基礎(chǔ)實操飛行實訓(xùn)，適用民航局無人機執(zhí)照考試實訓(xùn)。 |
40 套 |
4500 |
180000 元 |
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3 |
桌椅 |
L×W×H (mm) 1200×600×800 |
支撐學(xué)習(xí)掌控把握掌控把握實訓(xùn) | 40 套 |
0 |
可集合現(xiàn)有 電腦機房共用 |
校方 自備 |
| 合 計 | 小寫：180000元。 | ||||||
文化氛圍布置:
(1)《無人機模仿擬真教學(xué)實訓(xùn)室管理規(guī)定》張掛；
(2)《飛行器安全實操管理規(guī)定》張掛；
(3)《飛行操控步驟圖》張掛；
(4)《飛行應(yīng)急處置圖》張掛；
(5)《編隊飛行實景圖》張掛；
(6)《無人機簡介》張掛。
無人機模仿擬真實訓(xùn)室
(二) 無人機組裝調(diào)動測量試驗實訓(xùn)室
| 序號 |
設(shè)施 設(shè)備 |
教學(xué)適用和功能數(shù)值 | 數(shù)量 |
單價 (元) |
金額 (元) |
| 1 | 裝調(diào)教學(xué)多 旋 翼無 人 機 |
一、功能數(shù)值 機架軸距：550mm 折疊方法：傘折設(shè)計 材料：3k碳纖維+7075鋁 大載重：1kg 控制距離（遙控器）：1800米 大上升速度：6米/秒 大下降速度：4.5米/秒 大水平速度：20米/秒 支持的電子調(diào)動速度器輸出：400Hz 刷新頻率 抗風(fēng)能力：5級風(fēng) 大傾斜角度：35度 懸停精確度：水平方向±2.5米，垂直方向±0.8米。 大偏航速度：200度/秒 續(xù)航時間：20分鐘 電池電壓（V）（V）：4S（14.8V）5300mah 電池插頭：XT60 應(yīng)用模型塊化裝箱，配備裝備有工量具包，含有組裝調(diào)動測量試驗教程； 內(nèi)置功能：三模式自駕系統(tǒng)；增強型失控保護；低壓保護；支持 S-BUS 接收機； 二、功用 1.支持課程課程理論教學(xué) 2.支持裝調(diào)教學(xué) 3.支持維修教學(xué) 4.支持實操教學(xué) |
10 | 38400 | 384000 |
| 2 | 裝調(diào)教學(xué)垂直起降無 人 機 |
一、功能數(shù)值 翼展：2160mm 機長：1310mm 材料：EPO，碳纖維復(fù)合材料 控制距離（遙控器）：2000米 控制距離（電臺）：10公里 巡航速度：18m/s 大續(xù)航時間：150min 大起飛重量（kg）（kg）：8.5kg 抗風(fēng)能力：6級風(fēng) 電池電壓（V）（V）：6S（22.2V）30000mah 電池插頭：XT90 應(yīng)用模型塊化裝箱，配備裝備有工量具包 二、功用 1.主要適用學(xué)員初步認知垂起無人機、理解垂起無人機的構(gòu)造、系統(tǒng)功能，可參與無人機組裝、檢修、調(diào)動測量試驗、飛行等實訓(xùn)課程； 2.在裝調(diào)的基礎(chǔ)上，本設(shè)備可用來學(xué)員實操教學(xué)，支持地面站實操教學(xué)。 |
1 | 147000 | 147000 |
| 3 | 維修維護工量具包 |
含有工量具： M5.5、M6、M10、M12 (MM) 拆卸裝配專用內(nèi)六角 套筒； 無人機專用焊接套裝 (含有合金電烙鐵、電 烙鐵底座、 電烙鐵支撐架、錫鉛合金焊錫絲、 樹脂助焊膏) ； 雙色鎳鐵合金斜口鉗；硬度：HRC60°~70°； 低碳鋼剝線鉗硬度：HR30N 55°~65°； 尖嘴鉗： 鉻釩合金鋼材料 L 型扳手一套； M2.5 內(nèi)六角螺絲刀； 多功能工量具刀； 精密儀表器具專用鑷子； 高強度十字螺絲刀； T6 螺絲刀； |
10 | 800 | 8000 |
| 合計 | 小寫：539000元 | ||||
文化氛圍布置：
(1)《無人機裝調(diào)與飛行教學(xué)實訓(xùn)室管理規(guī)定》張掛；
(2)《無人機飛行原理圖》張掛；
(3)《飛行器安全實操管理規(guī)定》張掛；
(4)《飛行操控步驟圖》張掛；
(5)《無人機裝調(diào)安全實操規(guī)定》張掛；
(6)《無人機系統(tǒng)架構(gòu)圖》張掛；
無人機組裝調(diào)動測量試驗實訓(xùn)室效果圖
(三) 無人機外場飛行實訓(xùn)基地
| 序號 |
設(shè)施 設(shè)備 |
教學(xué)適用和功能數(shù)值 | 數(shù)量 |
單價 (元) |
金額 (元) |
| 1 | 民航局多旋翼無人機執(zhí)照考試實訓(xùn)機 |
一、機架 1.對稱電動機軸距：1045mm 2.單臂長度：386mm 3.單臂重量（kg）（kg）(含電動機、電調(diào)、螺旋槳)：325g 4.中心架直徑：337mm 5.中心架重量（kg）（kg）（含起落架裝配基座和舵機）：1520g 6.起落架尺寸：460mm（長）×511mm（下底寬）×305mm（高） 二、電動機 1.定子尺寸:41×14mm 2.KV值:400rpm/V 3.大功率（W）（W）:500W 三、電調(diào) 1.作業(yè)電流（A）（A）:40A 2.作業(yè)電壓（V）（V）:6S LiPo 3.兼容信號頻率:30Hz ~ 450Hz 4.驅(qū)動PWM頻率:8KHz 5.重量（kg）（kg）(含散熱器):35g 四、飛行功能數(shù)值 1.起飛重量（kg）（kg）：6.0Kg ~ 11.0Kg 2.整機重量（kg）（kg）：4.4Kg 3.動力電池：LiPo（6S、10000mAh~20000mAh、小15C） 4.大功耗：4000W 5.懸停功耗：1500W（@ 起飛重量（kg）（kg）9.5Kg） 6.懸停時間：15min（@15000mAh & 起飛重量（kg）（kg）9.5Kg） 7.作業(yè)環(huán)境溫度（℃）（℃）：-10 °C ~ +40 °C 五、槳葉 1.材料：高強度工程塑料 2.尺寸：15×5.2inch 3.重量（kg）（kg）：13g 六、飛控 1.重量（kg）（kg）：224g 2.功耗：大 5W 3.大抗風(fēng)能力：8m/s 4.大偏航角速度:150 度/秒 5.大傾斜角度:35° 6.大升降速度:±6m/s 7.支持900MHZ電臺連接，用來地面站規(guī)劃教學(xué) 七、電池 1.電池容量（KV）（KV）：16000mah 2.電池電壓（V）（V）：22.2V 6S 3.電池類型：LiPo 4.電池充放電次數(shù)≥300 次 5.電池應(yīng)用快速插拔連接方法，插頭防打火設(shè)計 八、充電器 1.功率（W）（W）：1080W 2.輸出電壓（V）（V）：2S-6S可調(diào) 3.輸出電流（A）（A）：0-20A可調(diào) 4.通道數(shù)量：2通道 5.電池電壓（V）（V）檢驗測量試驗：支持 6.電池內(nèi)阻檢驗測量試驗：支持 7.主從模式：支持 8.電流（A）（A）記憶：支持 9.作業(yè)模式：平衡、存儲、充電 10.顯露器：兩個 11.物理按鍵：8個 九、遙控器 用來實訓(xùn)機的控制，兩個遙控器設(shè)定成主副控，控制器可以來回變換 1.通道數(shù)量：14 2.揚聲器：支持 3.模型記憶數(shù)量：30臺 4.LCD顯露器：4.3寸 5.支持發(fā)射制式：全部FASST, FASSTest, FHSS接收 十、數(shù)傳電臺 用來超視距駕駛員地面站的實訓(xùn)和考試，可以與超視距實訓(xùn)機的飛控通訊連接，在地面站的協(xié)作下控制無人機超視距飛行實訓(xùn) 1.硬件連連接口：RS-232 2.通信頻率: 900 MHz 3.信號吞吐量: 11,5200 bps 4.通信距離（開闊地）：64km (2dbi天線) |
2 | 164400 | 328800 |
| 2 |
電子樁實訓(xùn)系統(tǒng) |
1.衛(wèi)星接收：184通道，GPS L1C/A L2C，GLONASS L1OF L2OF，GALILEO E1B/C E5b，BDS，B1 B2，QZSS L1C/A L2C 2.數(shù)傳：雙路 2.4GHz，空速 100 KB/S，傳輸距離 2公里 3.定位精確度：RTK 0.01m + 1ppm CEP 4.電源：天空端及位移端：7V~28V 5.導(dǎo)航刷新率：10Hz 6.尺寸：115mm*80mm*45mm 7.收斂時間：RTK < 10S 8.感知度：追蹤&導(dǎo)航 -167dBm，冷啟動 -148dBm，熱啟動 -157dBm，重新捕獲 -160dBm 9.天線：多星多頻 10.作業(yè)溫度（℃）（℃）：-40℃ ~ +85℃ |
2 | 74700 | 149400 |
| 3 |
實訓(xùn) 錐桶 |
一、功能數(shù)值 外觀尺寸：30cmx30cmx65cm，空桶重量（kg）（kg）0.5kg，可灌砂，黃黑斜紋，一級工程塑料 制作，防風(fēng)耐用。 二、功用 錐形型橡膠桶 支持室外飛行實訓(xùn) |
14 | 50 | 700 |
| 4 | 帳篷 |
1.尺寸： 2.5X2.5藍色加固黑架 2.防水浸浸指數(shù): 大于3000MM（夏季） 3.支撐架材料: 鋼 4.外帳材料: 牛津布 |
2 | 500 | 1000 |
| 5 | 風(fēng)向標(biāo) |
1.長度：80cm 2.顏色：熒光橘紅白色相間 |
1 | 500 | 500 |
| 合計 | 小寫：480400元 | ||||
文化氛圍布置
(1)《無人機行業(yè)應(yīng)用實訓(xùn)室管理規(guī)定》張掛；
(2)《無人機植保應(yīng)用技術(shù)》張掛；
(3)《飛行器安全實操管理規(guī)定》張掛；
(4)《無人機航空攝影應(yīng)用技術(shù)簡介》張掛；
(5)《經(jīng)經(jīng)典型垂直起降無人機》張掛；
(6)《無人機系統(tǒng)架構(gòu)圖》張掛。
(四) 編隊飛行試驗室
| 序號 |
設(shè)施 設(shè)備 |
教學(xué)適用和功能數(shù)值 | 數(shù)量 |
單價 (元) |
金額 (元) |
| 1 | 編隊無人機 |
尺 寸：≥200*200*90mm 凈 重：190g 高 度：限高10m 軸 距：≥160mm 機間距：0.5m 大水平速度：1m/s 大上升速度：1m/s 大下降速度：1m/s 抗 風(fēng) 性；4級風(fēng) 容 量：1500mAh 充電時長：45min 續(xù)航時間：≥12min 凈 重：≥60g |
1組（10架） | 149000 | 149000 |
| 合計 | 小寫：149000元 | ||||
文化氛圍布置
(1)《編隊飛行試驗室管理規(guī)定》張掛；
(2)《編隊飛行場景》張掛；
(3)《編隊飛行原理圖》張掛；
(4)《編隊飛行畫面展示一》張掛；
(5)《編隊飛行畫面展示二》張掛；
(6)《編隊飛行畫面展示三》張掛。
編隊飛行試驗場景圖
