某無人機回收系統(tǒng)故障改進設計

田新鋒

（中國人民解放軍92419 部隊，遼寧 興城 125106）

隨著無人機技術的發(fā)展，無人機在軍事和民用領域得到了廣泛應用[1-2]?；厥障到y(tǒng)作為無人機系統(tǒng)的重要組成部分，決定了無人機的重復使用性、生存能力等技術指標[3-4]。資料表明，無人機回收過程的故障數(shù)占整個無人機任務故障數(shù)的80%[5-7]，因此無人機的安全回收變得至關重要，已成為無人機發(fā)展的關鍵問題[8-10]。常用的無人機回收方式有傘降回收、氣囊減震、反推火箭、著陸滑跑、撞網回收等[11-14]。文中針對某型無人機傘降回收過程出現(xiàn)的故障進行分析定位，并提出改進設計方法。

1 回收系統(tǒng)工作流程

1.1 無人機回收流程

該型無人機采用降落傘+緩沖氣囊的方式進行回收，由于回收速度較大，降落傘采用兩級開傘模式。首先減速傘通過射傘火箭完成牽引開傘，在氣流的作用下充氣張滿，實現(xiàn)對無人機的減速。其次在減速傘的拉力作用下，完成主傘牽引開傘，無人機由水平運動轉化為垂直降落運動，同時緩沖氣囊展開，無人機安全著陸。詳細回收過程如圖1 所示。

圖1 無人機回收工作流程

1.2 射傘火箭工作流程

從工作過程可以看出，射傘火箭是回收系統(tǒng)正常工作的關鍵。射傘火箭由發(fā)動機、點火具、火箭、連接帶等部件組成，其中點火具由接插件、導線、發(fā)火件、傳火底板、鋁箔、殼件和黑火藥組成，發(fā)火件包括點火橋帶、熱敏藥和點火藥等，其結構如圖2 所示。

圖2 點火具結構

具體工作流程如下：射傘火箭安裝到位后，通過電纜接插件與無人機控制端可靠連接，接通點火電路，射傘火箭處于待發(fā)狀態(tài)。無人機飛控設備給出點火指令，發(fā)火件受到點火電流激勵后點火，點燃發(fā)動機點火藥，點火藥迅速燃燒，全面點燃發(fā)動機裝藥。發(fā)動機推動火箭沿定向器開始運動，出定向器后，拖拽減速傘向上運動，直至減速傘順利打開。射傘火箭的點火序列為：點火橋帶→熱敏藥→點火藥→主火藥（黑火藥）→主推進劑。

2 故障分析

2.1 故障現(xiàn)象分析

在某次飛行回收中，無人機到達回收啟動點，傘艙蓋正常彈開和分離，但工作人員未觀測到射傘火箭工作，減速傘未打開，導致無人機自毀。事后通過對現(xiàn)場產品檢查情況和遙測數(shù)據(jù)判斷，機上各回收控制指令正常發(fā)出，電氣系統(tǒng)繼電器已工作，電池電壓正常，射傘火箭故障。根據(jù)產品工作原理，判定導致射傘工作故障的原因是射傘火箭傳火失敗。

之后將故障火箭分解檢查，分解后檢查的結果為：點火具的點火橋路已經熔斷，斷口形態(tài)正常，如圖3 所示；主點火藥（黑火藥）未被引燃，綢墊完整脫落，與黑火藥混合，兩塊黃色藥片混合其中，如圖4 所示；傳火板的管殼口部，安裝綢墊的收口壓接縫隙大，僅局部壓接到位，存在異常。

圖3 點火具傳火板

圖4 點火具內的火藥

2.2 故障定位

根據(jù)故障分析和試驗排查情況，飛行試驗中點火具未引燃黑火藥的原因為：由于管殼收口不平，且綢墊壓接不牢，綢墊脫落，造成點火具內腔與黑火藥之間的阻隔失效。黑火藥進入內腔，與點火藥和熱敏藥摩擦，在振動等力學環(huán)境下熱敏藥和點火藥提前脫落，致使橋帶熔斷后，傳火序列中斷。

3 機理分析

在上述傳火過程中，故障出現(xiàn)的時間及原因為：管殼口部壓接異常，在力學震動環(huán)境下綢墊脫落，黑火藥進入點火具內腔，與點火藥和熱敏藥摩擦，造成熱敏藥和點火藥提前脫落，導致射傘火箭點火具內部傳火失效。由圖2 可知，點火具綢墊上部為黑火藥，處于自由狀態(tài)。根據(jù)綢墊的沖壓模具，其尺寸為φ8.5 mm 的平面。當射傘火箭為工作狀態(tài)放置時，黑火藥由于重力作用在擠壓綢墊。

由圖5 可知，點火頭殼體與綢墊壓接的區(qū)域僅為半徑1 mm 的環(huán)帶。在殼體收口異常/綢片沖壓偏心的情況下，易造成綢墊壓接異常。在運輸/飛行過程中，綢墊脫落，對黑火藥的分隔限位失效。黑火藥進入內腔后，與點火藥和熱敏藥摩擦，造成熱敏藥和點火藥脫落，致使橋帶發(fā)火后傳火失敗，黑火藥乃至主推進劑無法引燃。

圖5 點火頭俯視圖

4 故障復現(xiàn)及改進措施

按WJ 231 和GJB 5309.33 震動試驗標準進行了3發(fā)振動試驗（見表1），3 發(fā)點火具內熱敏藥和點火藥均脫落。熱敏藥和點火藥脫落情況下，橋帶熔斷不能引燃點火藥，故障復現(xiàn)。

表1 點火具震動試驗情況

根據(jù)故障原因，對點火具的工藝進行改進。工藝更改如下：收口至管殼口部與定位環(huán)完全接觸，在綢墊與管殼的接縫處用硝化棉膠液粘接。

1）點火具地面驗證試驗。在已完成改裝的73 發(fā)點火具中抽取36 發(fā)進行試驗驗證（見表2），結果表明，地面試驗正常。

2）飛行驗證試驗。在進行充分地面驗證試驗后，進行了一個架次飛行試驗，射傘火箭工作正常，回收系統(tǒng)工作正常。后續(xù)又飛行13 個架次，均工作正常，表明改進措施合理有效。

表1 點火具震動試驗情況

5 結論

造成該無人機飛行試驗射傘火箭未工作的原因為：由于管殼收口不平且綢墊壓接不牢，在振動等力學環(huán)境下，熱敏藥和點火藥提前脫落，致使橋帶熔斷后傳火序列中斷。通過對射傘火箭點火具工藝進行改進，經地面和實際飛行驗證，滿足無人機回收系統(tǒng)使用要求，提高了系統(tǒng)的使用可靠性。