某型無人機(jī)滑跑中發(fā)生側(cè)滑故障的分析與排除

陸志剛?馬騰

摘要：某型無人機(jī)外場(chǎng)試飛滑跑過程中，機(jī)體發(fā)生明顯向右側(cè)滑故障，在糾偏權(quán)限范圍內(nèi)，飛行員進(jìn)行了手動(dòng)糾偏，若不及時(shí)糾正滑跑軌跡，極易發(fā)生無人機(jī)沖出跑道事故。針對(duì)這一故障現(xiàn)象，經(jīng)地面對(duì)液壓系統(tǒng)、起落系統(tǒng)排故，結(jié)合對(duì)飛參數(shù)據(jù)的分析，建立故障樹，對(duì)各項(xiàng)事件進(jìn)行原因分析，最終故障定位，提出了解決方案并驗(yàn)證其有效性。

關(guān)鍵詞：側(cè)滑;液壓系統(tǒng);剎車片;剎車壓力

1 故障描述

無人機(jī)在地面控制站監(jiān)視下可以自主完成起飛、爬升、巡航與進(jìn)場(chǎng)著陸飛行全過程，飛行操縱員可以不對(duì)無人機(jī)執(zhí)行任何操作，工廠大修的某型無人機(jī)在外場(chǎng)進(jìn)行自主飛行滑跑時(shí)，機(jī)體發(fā)生明顯向右側(cè)滑的現(xiàn)象，滑跑路線已偏離預(yù)設(shè)定軌跡，飛行員隨即進(jìn)行了手動(dòng)糾偏，在糾偏范圍內(nèi)，向左糾偏2°，無人機(jī)重回預(yù)設(shè)定軌跡，繼續(xù)滑跑直至起飛爬升。若當(dāng)時(shí)側(cè)滑發(fā)生時(shí)，未進(jìn)行自主操縱轉(zhuǎn)人工操縱，那么無人機(jī)極易右偏滑出跑道，從而導(dǎo)致地面事故的發(fā)生。

2 原理分析

無人機(jī)液壓系統(tǒng)主要由回油油濾、電動(dòng)泵組、油箱、組合閥塊、剎車作動(dòng)器、前/主起落架收放作動(dòng)筒等部件組成。在液壓系統(tǒng)正常的情況下，采用液壓系統(tǒng)可以進(jìn)行起飛、著陸和剎車。當(dāng)自主操控狀態(tài)下，機(jī)體出現(xiàn)側(cè)滑現(xiàn)象，可以轉(zhuǎn)人工操縱，對(duì)前輪進(jìn)行糾偏控制，前輪糾偏權(quán)限：地速小于或等于90 km/h，三個(gè)機(jī)輪都可靠接地的情況下，糾偏限制為±5°;從三個(gè)機(jī)輪都可靠接地至地速大于90km/h的時(shí)間內(nèi)，糾偏限制為±3°;從單個(gè)機(jī)輪可靠接地至三個(gè)機(jī)輪可靠接地的時(shí)間內(nèi)，糾偏限制為±1°。

無人機(jī)剎車采用簡(jiǎn)單的機(jī)械式剎車，無防滑功能，為防止剎車盤抱死，采用2.5MPa低壓體制：在啟動(dòng)電機(jī)前保持變壓電磁閥處于不通電的油路常通狀態(tài)。

液壓剎車原理，即液壓系統(tǒng)輸入的壓力油經(jīng)過組合閥塊中的2個(gè)剎車電磁閥進(jìn)入左右剎車作動(dòng)筒。兩個(gè)剎車電磁閥分別由飛控系統(tǒng)控制，可實(shí)現(xiàn)差動(dòng)剎車或同時(shí)剎車;當(dāng)電磁閥斷電時(shí)，剎車腔通過電磁閥與回油管路連通，剎車作動(dòng)筒不工作;當(dāng)電磁閥通電時(shí)，剎車腔通過電磁閥與液壓供壓管路連通，剎車作動(dòng)筒工作，進(jìn)行剎車。

3 故障分析

由于該無人機(jī)在自主滑跑時(shí)出現(xiàn)右偏側(cè)滑的現(xiàn)象，而人工操縱介入手動(dòng)糾偏可以消除側(cè)滑故障，說明無人機(jī)液壓系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、起落裝置系統(tǒng)均有可能出現(xiàn)故障。對(duì)比分析飛參數(shù)據(jù)后，將故障現(xiàn)象“機(jī)體側(cè)滑故障”設(shè)置為頂事件建立故障樹，對(duì)各種可能的結(jié)果事件和底事件進(jìn)行分析。

3.1 裝配工藝問題分析

1）該型無人機(jī)使用300×125-90無內(nèi)胎輪胎，機(jī)輪主要由軸承擋油環(huán)、軸承內(nèi)環(huán)，輪胎、氣門芯組成，組裝后再置于起落架上。機(jī)輪安裝時(shí)，工藝要求將其置于墊有橡膠板或其它軟質(zhì)材料的平臺(tái)上進(jìn)行操作，否則安裝過程中可能出現(xiàn)硬力損傷，同時(shí)自鎖力矩?cái)Q出最小力矩要高于0.2N.m，若安裝不符合規(guī)定要求，則可能引發(fā)機(jī)體側(cè)滑故障。

2）剎車缸體用連接剎車缸體和主支柱下段的兩顆螺釘連接固定，剎車盤卡在兩個(gè)剎車片之間，剎車缸體的安裝孔對(duì)準(zhǔn)支柱下段的安裝孔由螺栓連接固定，且組件、各輪軸活動(dòng)部位需涂ZN6-4潤(rùn)滑脂來潤(rùn)滑。若安裝過程中連接固定達(dá)不到工藝標(biāo)準(zhǔn)、活動(dòng)部位缺少潤(rùn)滑脂，則可能影響剎車片正常工作，最終引發(fā)機(jī)體側(cè)滑故障。

3.2 剎車壓力故障分析

1）規(guī)定輪胎充氣壓力為0.65±0.05MPa，若充氣壓力低于或高于規(guī)定值，則造成胎壓不足或過量，兩側(cè)胎壓不一致，可能導(dǎo)致機(jī)體滑跑時(shí)發(fā)生側(cè)滑。

2）剎車片本身存在一定的摩擦力。主機(jī)輪的剎車片和摩擦力都需要進(jìn)行定期檢查，保證剎車力矩穩(wěn)定。如果剎車片摩擦力過大，可能導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生跑偏引發(fā)側(cè)滑。

3）如果工作時(shí)組合閥塊出口壓力不一樣，左右剎車壓力不一樣。如果左右剎車壓力壓差過大的情況下，就會(huì)造成左、右剎車壓力過大，具體表現(xiàn)就是機(jī)體發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象。

4 故障排查與定位

4.1 故障排查

針對(duì)以上故障樹及原因分析，開展了如下工作。

1）取下輪胎和密封圈外觀檢查，檢查發(fā)現(xiàn)分解下來的零、組件均無漆層脫落、損傷、嚴(yán)重變形等現(xiàn)象。觀察輪轂的外型面、接合表面和密封圈安裝表面均無碰傷、劃傷。

2）檢查支柱及機(jī)輪輪胎與相鄰結(jié)構(gòu)間的間隙，已滿足要求不小于5mm，局部不小于2mm;再仔細(xì)檢查剎車片，發(fā)現(xiàn)剎車片無毛刺、掉快、龜裂，剎車片上的鋼骨架也沒有出現(xiàn)裂紋，剎車片安裝無異常。

3）用千斤頂將飛機(jī)頂起至輪胎離地，前、主支柱處于放下狀態(tài)時(shí)，檢查左、右輪胎壓力，顯示輪胎壓力正常。

4）檢查剎車盤和剎車片無明顯的毛刺和形變現(xiàn)象，配合無異常情況;其次，進(jìn)行剎車測(cè)試，剎車力矩在規(guī)定范圍內(nèi);最后，進(jìn)行PMA液壓剎車檢查：給液壓系統(tǒng)上電，在左下顯的“飛行前檢查”界面中“液壓泵及剎車系統(tǒng)”菜單下按“液壓泵啟動(dòng)”指令，檢查發(fā)現(xiàn)剎車壓力均在范圍內(nèi)，無異常。

4.2 故障定位

綜上分析，剎車出現(xiàn)問題導(dǎo)致剎車壓力過大，初步判定組合閥塊故障造成機(jī)體發(fā)生側(cè)滑。

組合閥塊內(nèi)含有剎車電磁閥，變壓電磁閥轉(zhuǎn)為常開狀態(tài)，向剎車電磁閥供額定工作電壓28VDC，左、右管嘴分別接左、右剎車，向進(jìn)油管嘴供額定工作壓力10 MPa±2MPa，電磁鐵通電，左右剎車壓力應(yīng)為3MPa±0.5MPa。協(xié)同動(dòng)作時(shí)間檢查（在電磁閥入廠復(fù)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行），從剎車電磁閥接通或斷開到對(duì)應(yīng)管嘴的壓力開始上升或下降的時(shí)間，常溫時(shí)≯0.1s，低溫-55℃時(shí)≯0.2s。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)剎車電磁閥的協(xié)同動(dòng)作時(shí)間均符合標(biāo)準(zhǔn)，但是左、右剎車壓力壓差很大，左剎車壓力值靠近下限，右剎車壓力值靠近上限，造成了左右剎車壓力差值較大，最終引發(fā)了機(jī)體側(cè)滑。

5 措施與結(jié)論

根據(jù)上述研究，制定以下預(yù)防措施：

1）因工廠無此產(chǎn)品專用壓力調(diào)節(jié)設(shè)備，加強(qiáng)與制造廠溝通合作，派專業(yè)人員赴制造廠參與外委產(chǎn)品的驗(yàn)收試驗(yàn)，保證產(chǎn)品左、右壓力均衡。

2）無人機(jī)地面總裝調(diào)試后需進(jìn)行C鏈路測(cè)試，通過地面控制站反饋正常鏈接靜態(tài)下的左、右剎車壓力值作為參考，若壓差過大，則機(jī)件返廠重新進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。

3）加強(qiáng)車間對(duì)外委產(chǎn)品修理的接收檢查，開展技術(shù)攻關(guān)，逐漸形成自修能力。

按照以上控制措施控制，后續(xù)無人及經(jīng)外場(chǎng)開車和試飛未出現(xiàn)機(jī)體側(cè)滑故障，使用狀態(tài)反饋良好。

作者簡(jiǎn)介：陸志剛，高級(jí)工程師，從事多型無人機(jī)修理研究工作。