小型無人機(jī)傘降回收技術(shù)研究

摘 要：近年來，小型無人機(jī)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)植保、森林防火、電力巡檢等領(lǐng)域，大大節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本、提高了質(zhì)量效益。但與此同時(shí)，小型無人機(jī)的飛行安全也日益受到人們的廣泛關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計(jì)，小型無人機(jī)回收階段發(fā)生安全問題占到整個(gè)飛行安全的80%，已成為制約小型無人機(jī)井噴式發(fā)展的瓶頸問題。當(dāng)前，小型無人機(jī)多數(shù)使用的是傘降方式進(jìn)行回收。為此，本文著重研究傘降回收過程、分析回收運(yùn)動(dòng)軌跡，力爭提高無人機(jī)傘降回收安全。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；傘降回收；技術(shù)

中圖分類號(hào)：V212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）26-0364-01

1 無人機(jī)傘降回收概述

無人機(jī)傘降回收是目前比較普遍采用的回收方式，其使用的回收傘與傘兵用傘、空投物資用傘基本一樣，其回收過程也基本一致。

1.1 無人機(jī)傘降回收過程

在回收階段，無人機(jī)進(jìn)入預(yù)定回收航線后，通常要盡量降低飛行速度和飛行高度。無人機(jī)到達(dá)預(yù)定回收中心點(diǎn)后，在控制指令或預(yù)編程序的操縱下，發(fā)動(dòng)機(jī)停車，接著引導(dǎo)傘彈出并受空氣阻力影響而充氣張開。在引導(dǎo)傘的作用下，主傘被拉出并充氣張開。此時(shí)，無人機(jī)在主傘的作用下，開始以5～8m/s的速度下降。在觸地時(shí)，為減輕無人機(jī)觸地瞬間的沖擊，通常無人機(jī)還加裝有滑橇或氣囊等減震裝置。無人機(jī)觸地后，回收傘與無人機(jī)自動(dòng)脫離，可避免因地面風(fēng)速較大時(shí)回收傘再次充氣張開而發(fā)生拖拽無人機(jī)的問題。至此，無人機(jī)完成傘降回收過程。

1.2 無人機(jī)傘降回收優(yōu)勢分析

在眾多回收方式中，無人機(jī)傘降回收具有諸多優(yōu)勢：

①場地要求低。無人機(jī)傘降回收無需專門的機(jī)場跑道，在一塊平整的場地上即可實(shí)現(xiàn)回收；②適用范圍廣。一些一次性無人機(jī)的研制試驗(yàn)階段和部分大型無人機(jī)的應(yīng)急回收方式等通常也采用傘降回收技術(shù)；③性價(jià)比高。無人機(jī)傘降回收使用的回收傘相較其他回收方式所需保障設(shè)備較少，且通?？梢灾貜?fù)使用；④操縱簡單。無人機(jī)傘降回收無需復(fù)雜的操縱，在無人機(jī)進(jìn)入回收航線后，通常只需發(fā)送“停車”或“開傘”指令。

2 無人機(jī)傘降回收運(yùn)動(dòng)分析

無人機(jī)傘降回收運(yùn)動(dòng)通常分為四個(gè)階段，即進(jìn)入回收航線、無動(dòng)力飛行、減速飛行和緩慢下降等。

2.1 進(jìn)入回收航線階段

調(diào)整無人機(jī)飛行航向，使無人機(jī)沿著回收航線飛行，在理想情況下應(yīng)為勻速直線飛行。在此階段，無人機(jī)的飛行高度和飛行速度等參數(shù)十分關(guān)鍵，直接影響無人機(jī)傘降回收時(shí)落點(diǎn)的位置。

2.2 無動(dòng)力飛行階段

發(fā)動(dòng)機(jī)停車后至引導(dǎo)傘充氣張開前，在慣性作用下，無人機(jī)進(jìn)行無動(dòng)力飛行。在此階段，無人機(jī)飛行距離與發(fā)動(dòng)機(jī)停車至引導(dǎo)傘充氣張開的時(shí)間間隔、無人機(jī)飛行航向、空中風(fēng)速等因素有關(guān)，通常為勻減速飛行。

2.3 減速飛行階段

引導(dǎo)傘充氣張開至主傘拉出并完全張開，無人機(jī)在回收傘阻力的作用下，水平方向的速度呈非線性減速運(yùn)動(dòng)。在無人機(jī)水平速度下降至失速時(shí)，無人機(jī)飛行高度開始下降，下降的高度近似為回收傘的傘帶長度。因此，此階段的飛行過程相對復(fù)雜。

2.4 緩慢下降階段

主傘完全張開至無人機(jī)落地，在回收傘阻力的作用下，無人機(jī)在垂直方向上可以看作是勻速下降過程。但在水平方向上，因受到風(fēng)的影響，無人機(jī)會(huì)出現(xiàn)漂移現(xiàn)象，這也是影響無人機(jī)回收安全的一個(gè)十分重要的因素。

3 提高無人機(jī)傘降回收安全的幾點(diǎn)思考

通過上述對無人機(jī)傘降回收運(yùn)動(dòng)分析，為提高無人機(jī)傘降回收安全，有以下幾點(diǎn)思考和建議：

3.1 回收航線規(guī)劃要科學(xué)合理

在規(guī)劃回收航線時(shí)，應(yīng)盡量考慮無人機(jī)便于直接進(jìn)入，以及在回收條件不成熟時(shí)能再次調(diào)整飛行航向重新進(jìn)入。另外，回收航線盡量考慮風(fēng)速、風(fēng)向的影響，通常應(yīng)當(dāng)選擇逆風(fēng)方向回收。再者，回收中心點(diǎn)的選擇應(yīng)綜合考慮無人機(jī)飛行速度、飛行高度和風(fēng)速、風(fēng)向等因素。最后，在規(guī)劃回收航線時(shí)，應(yīng)盡量選擇風(fēng)速風(fēng)向相對比較穩(wěn)定的場地，盡量避開山谷等容易產(chǎn)生突然的側(cè)風(fēng)或陣風(fēng)的地形。

3.2 回收傘設(shè)計(jì)要符合要求

①充氣張開時(shí)間要短。即引導(dǎo)傘和主傘在空氣阻力的作用下要能迅速充氣張開，并產(chǎn)生足夠的阻力，以縮短無人機(jī)無動(dòng)力飛行和減速飛行的距離。②受側(cè)風(fēng)影響要小?；厥諅阍诔錃鈴堥_后將不可避免的受到空中側(cè)風(fēng)的影響，如果受側(cè)風(fēng)影響大，一方面，將使無人機(jī)偏離預(yù)定的回收點(diǎn)；另一方面，也會(huì)使無人機(jī)搖晃幅度大，以致觸地時(shí)不夠平穩(wěn)導(dǎo)致無人機(jī)受損。③開傘高度要低。開傘高度直接影響無人機(jī)傘降回收落地的時(shí)間，時(shí)間越短無人機(jī)回收受風(fēng)速風(fēng)向等因素的影響越小，無人機(jī)傘降回收的精度越容易控制，也就越安全。

3.3 風(fēng)速風(fēng)向影響要準(zhǔn)確計(jì)算

在傘降回收時(shí)，風(fēng)速風(fēng)向會(huì)影響無人機(jī)傘降回收的精度。從傘降回收運(yùn)動(dòng)分析可知，傘降回收的四個(gè)階段都會(huì)受到風(fēng)速風(fēng)向的影響。上文有提到，無人機(jī)傘降回收通常是逆風(fēng)回收，但在實(shí)際應(yīng)用中，也有側(cè)風(fēng)或其他風(fēng)向回收。同時(shí)，空中不同高度的風(fēng)速風(fēng)向往往也是有差異的。為此，可采用仿真分析的方法，建立航向、開傘點(diǎn)、回收點(diǎn)與風(fēng)速風(fēng)向關(guān)系的模型。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)航向、回收點(diǎn)和風(fēng)速風(fēng)向自動(dòng)計(jì)算出無人機(jī)開傘點(diǎn)坐標(biāo)，從而提高無人機(jī)傘降回收的精度。

4 結(jié) 語

本文對提高小型無人機(jī)傘降回收安全提出了幾點(diǎn)思考和建議，但影響傘降回收安全的因素還有很多，如操作人員心理素質(zhì)、操作熟練度等等。值得欣喜的是，部分小型無人機(jī)根據(jù)模型分析已成功實(shí)現(xiàn)自主傘降回收，大大提高了傘降回收的安全。可以預(yù)見，隨著人工智能的發(fā)展，無人機(jī)傘降回收操作將更簡單、更方便，為此小型無人機(jī)也將迎來更加蓬勃發(fā)展的局面。

參考文獻(xiàn)

[1]王宏新，劉長亮，成 堅(jiān).無人機(jī)回收技術(shù)及其發(fā)展[J].飛航導(dǎo)彈，2016（01）：27～31+73.

[2]榮海春，張軍紅.某型無人機(jī)傘降回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].西安航空學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，34（03）：25～28.

[3]鄭浩奕.無人機(jī)傘降系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].華南理工大學(xué)，2015.

[4]劉志強(qiáng).小型無人機(jī)傘降回收運(yùn)動(dòng)分析[J].航計(jì)測技術(shù)，2013，12.

收稿日期：2018-8-2