無人機用車載式集成化多功能油料保障設備的功能

彭海真，文仕龍

1.成都飛機工業(yè)（集團）有限責任公司

2.成都以太航空保障工程技術有限責任公司

本文闡述一種車載式集成化多功能油料保障設備的組成與功能。該設備具有無人機機載液壓系統(tǒng)供壓、清洗，機載液壓油箱加油，發(fā)動機潤滑油系統(tǒng)的多種潤滑油加注，油料顆粒污染度、含水量在線檢測等功能，可滿足現(xiàn)代無人機地面保障系統(tǒng)的綜合化、通用化、高機動性需求。

無人機運用與地面綜合保障系統(tǒng)密切相關，而地面綜合保障設備是保證無人機高效運用的重要條件之一。無人機的使用過程對地面綜合保障系統(tǒng)及保障質量提出了更高要求，從而使地面保障設備變得更加復雜、規(guī)模越來越大、地面保障技術難度大幅增加。目前，國內無人機地面保障設備存在功能單一，技術水平、通用化水平、綜合性、集成化水平低，機動性差等問題。

為了解決上述問題，滿足現(xiàn)代無人機對地面保障設備的需求，提高無人機維修保障效率。根據(jù)多型無人機機載液壓系統(tǒng)、發(fā)動機系統(tǒng)潤滑油系統(tǒng)的地面保障需求，本文提出一種具有無人機機載液壓系統(tǒng)地面供壓、氣密性檢查、清洗，無人機機載液壓油箱加油，液壓油自循環(huán)清洗，發(fā)動機潤滑油箱加油、放油，輔助動力裝置（APU）潤滑油箱加油，潤滑油自循環(huán)清洗，油料顆粒污染度、含水量在線檢測等功能的多功能油料保障設備。該型設備實現(xiàn)了多型無人機機載液壓、發(fā)動機潤滑油等系統(tǒng)的綜合保障，減少了地面保障設備的數(shù)量，集成于綜合保障車內，具有更高的機動性以及野外保障能力，提高了無人機維修保障效率。

設備功能

地面供壓

油料保障設備代替了機載液壓泵，為無人機機載液壓系統(tǒng)提供液壓動力源，使用滿足壓力、流量和顆粒污染度要求的工作介質，實現(xiàn)了多型無人機機載液壓系統(tǒng)供壓、聯(lián)試、性能與氣密性檢查等功能。

連機清洗

在無人機機載液壓系統(tǒng)保障工作中，如何保證油料的污染度達到飛行要求，是一項重點工作。機務作業(yè)既要清除儲存、運輸、加注過程給油料帶來的污染物，同時還須控制和清除機載液壓系統(tǒng)在使用過程中因機械元件磨蝕產生的自身污染。另外，機務作業(yè)本身也會產生外來污染。油料保障設備在地面對機載液壓系統(tǒng)或局部管路進行清洗，去除機載液壓系統(tǒng)中的固體顆粒污染物。當該設備與無人機連接后，采用變量脈動清洗方法清洗機載液壓系統(tǒng)，減少清洗時間，并提高維修保障效率。

液壓油自循環(huán)清洗

油料保障設備的液壓油供回油軟管與自循環(huán)接頭連通，完成液壓油自循環(huán)脈動清洗，快速去除保障設備內液壓油的固體顆粒污染物，以保證保障設備所用油料符合連機使用要求的污染度。

機載液壓油箱加油

油料保障設備采用全封閉式加油回路設計，使油料能在全封閉條件下加注到機載液壓油箱，同時有效防止交叉污染或二次污染。

輸出壓力可調

油料保障設備的供壓系統(tǒng)能夠穩(wěn)定輸出2MPa ～額定壓力范圍內的無級調節(jié)工作壓力，滿足無人機維修保障對特殊壓力的需求。

卸壓

油料保障設備具有電子卸壓功能。

潤滑油加注

油料保障設備采用三種潤滑油獨立回路設計，三種潤滑油可在全封閉條件下同時加注或補充到發(fā)動機潤滑油箱，有效防止交叉污染或二次污染。

潤滑油自循環(huán)清洗

油料保障設備的潤滑油加油軟管與自循環(huán)接口連通，完成潤滑油自循環(huán)脈動清洗，快速去除潤滑油中的固體顆粒污染物，以保證油料保障設備內的潤滑油符合連機使用要求的污染度。

油料顆粒污染度在線檢測

為有效避免離線檢測帶來的二次污染，減少取樣的時間，油料保障設備運用計算機圖像分析技術和發(fā)散型微功耗光學流體污染檢測傳感器，解決油料顆粒污染度在線檢測中存在的水珠、氣泡影響檢測結果的問題。當油料保障設備與無人機連接進行自循環(huán)工作時，實現(xiàn)了油料顆粒污染度在線檢測。

油料含水量在線檢測

為滿足無人機機載液壓系統(tǒng)的使用需求，油料保障設備采用高速和高分辨率的模數(shù)轉換（A/D）技術及定制型在線微水檢測傳感器。當油料保障設備與無人機連接進行自循環(huán)工作時，實現(xiàn)了適時快捷的含水量在線檢測，有效避免離線檢測帶來的二次污染，節(jié)省取樣和送檢時間。

工作介質類型

保障設備使用15號航空液壓油、HP-928航空高溫合成潤滑油、HP-8A航空高溫合成潤滑油、4109航空合成潤滑油等工作介質，能夠滿足多型無人機的工作壓力、流量需求。

設備組成

為適應車載使用的需求，油料保障設備采用模塊化設計，其液壓油系統(tǒng)和潤滑油系統(tǒng)分別擁有獨立的機械結構單元，方便設備制造與裝配，每個系統(tǒng)可以整體安裝拆卸，方便設備維修和后期技術升級。

圖1顯示，液壓油系統(tǒng)由1.框架結構件、2.液壓油動力源及清洗系統(tǒng)、3.液壓油加注系統(tǒng)、4.電氣系統(tǒng)、5.控制系統(tǒng)、6.油料顆粒污染度/含水量在線檢測系統(tǒng)組成；潤滑油系統(tǒng)由7.HP-928潤滑油加油及清洗系統(tǒng)、8.HP-8A潤滑油加油及清洗系統(tǒng)、9.4109潤滑油加油及清洗系統(tǒng)、10.電氣系統(tǒng)、11.控制系統(tǒng)、12.油料顆粒污染度/含水量在線檢測系統(tǒng)組成、13.框架結構件組成。

圖1 車載式油料保障設備組成示意圖。

保障設備的檢修點設置了活動門蓋，活動門蓋的運動軌跡不會與綜合保障車活動門蓋的運動軌跡重合。

保障設備設置了百葉窗門蓋，并在適宜位置設置散熱器，保證設備很好地通風散熱。

液壓油系統(tǒng)和三種潤滑油系統(tǒng)采用物理隔離手段，設置了獨立封閉的管路系統(tǒng)，系統(tǒng)相互間不會產生油料污染。

為了滿足車載使用的要求，保障設備在底部與側面均安裝了減震裝置，設備內部控制系統(tǒng)的硬件配置了減震裝置，液壓管路、接頭、連接緊固件等零件采用了防松措施，電氣連接器均采用膠封。上述措施保證了設備減震與防松動效果，提高了車載適應性。

因綜合保障車底盤高，人機工程設計將電源開關、觸摸屏、供回油軟管、加油軟管、開關等日常操作部件均設置于保障設備的下半部分，方便工作人員操作。

潤滑油系統(tǒng)的框架結構采用加強設計，頂部預留的接口可以加裝儲物架等機構，合理利用綜合保障車的空間。

液壓油系統(tǒng)的工作原理

液壓油系統(tǒng)采用基于工控機控制系統(tǒng)的觸摸屏操作。按用戶選定的功能模式，控制系統(tǒng)控制油泵比例閥來調節(jié)壓力輸出，并控制電機/油泵的轉速來調節(jié)流量輸出。在上述過程中，壓力、溫度等多路傳感器，數(shù)據(jù)采集卡實時監(jiān)測液壓油系統(tǒng)的工作壓力、溫度、油箱液位、油濾狀態(tài)、變頻器狀態(tài)，液壓油系統(tǒng)的工作參數(shù)和工作狀態(tài)均顯示在屏幕上。這種全自動化過程實現(xiàn)了對壓力、流量、功率、轉速的跟蹤，使液壓油系統(tǒng)始終處于最佳匹配狀態(tài)。當超壓，超溫，油箱液位、油濾狀態(tài)、變頻器的異常狀態(tài)出現(xiàn)時，控制設備實施保護，此時多功能油料保障設備停機，屏幕顯示告警提示。

基于工控計算機控制的機、電、液一體化技術將無人機機載液壓系統(tǒng)地面供壓、氣密性檢查、油料清洗，無人機機載液壓油箱壓力加油，油料顆粒污染度、含水量在線檢測功能集于一體。液壓油系統(tǒng)內各功能模塊按需求自動切換組合，控制系統(tǒng)為液壓油系統(tǒng)自動配置具有相應工作參數(shù)的工作模式，油料保障設備進而實現(xiàn)了綜合化應用。

圖2 液壓油系統(tǒng)工作原理框圖。

液壓油系統(tǒng)采用變頻調速技術和具有比例壓力調節(jié)功能的變量柱塞泵，使供油壓力和流量可調、可控。供油、回油、加油軟管設有快換接頭，這些快換接頭可方便更換與不同型號無人機對接的接頭，實現(xiàn)多型無人機機載液壓系統(tǒng)的地面保障服務。針對不同型號的無人機，操作人員更換接頭后，只須在液壓油系統(tǒng)觸摸屏上點擊無人機型號，液壓油系統(tǒng)就會自動調用預設的壓力、流量等工作參數(shù)，對選定機型進行保障服務，油料保障設備因此實現(xiàn)了通用化運用。

潤滑油系統(tǒng)的工作流程

圖3 潤滑油系統(tǒng)原理框圖。

潤滑油系統(tǒng)采用基于工控機控制系統(tǒng)的觸摸屏操作。按用戶選定的功能模式，控制系統(tǒng)配置專用軟件對潤滑油加油系統(tǒng)及自循環(huán)清洗系統(tǒng)進行線性控制調節(jié)，對電機轉速進行智能化閉環(huán)控制和無極調速，實現(xiàn)了油泵轉速控制。根據(jù)機型和工作狀態(tài)，潤滑油加油系統(tǒng)及自循環(huán)清洗系統(tǒng)分別輸出對應的壓力、流量。在上述過程中，壓力、溫度等多路傳感器，數(shù)據(jù)采集卡實時監(jiān)測潤滑油系統(tǒng)的工作壓力、溫度、油箱液位、油濾狀態(tài)、電機狀態(tài)，潤滑油系統(tǒng)的工作參數(shù)和工作狀態(tài)均顯示在屏幕上。全自動化過程實現(xiàn)了對壓力、流量、功率、轉速的跟蹤，使?jié)櫥拖到y(tǒng)始終處于最佳匹配狀態(tài)。當超壓，超溫，油箱液位、油濾狀態(tài)、電機的異常狀態(tài)出現(xiàn)時，控制設備實施保護，此時多功能油料保障設備停機，屏幕顯示告警提示。潤滑油系統(tǒng)均設置有手動泵，以保證在無電源條件下也可對無人機進行潤滑油加注。

在潤滑油系統(tǒng)中，一套電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)控制三套獨立的潤滑油加注系統(tǒng)，實現(xiàn)多型無人機的HP-928潤滑油加注及自循環(huán)清洗、HP-8A潤滑油加注及自循環(huán)清洗和4109潤滑油加注及自循環(huán)清洗。潤滑油系統(tǒng)具有油料顆粒污染度/含水量在線檢測功能，通用化、集成化、綜合化程度高。潤滑油系統(tǒng)可同時或分別清洗三種潤滑油，提高了設備的地面保障效率。

潤滑油系統(tǒng)采用基于工控機控制系統(tǒng)的觸摸屏操作，實現(xiàn)對電機轉速、油泵轉速的控制，使加注的油料流量可調、可控。系統(tǒng)的調壓開關可以連續(xù)控制壓力加注，加油管路設有快換接頭，快速接頭可更換與不同型號無人機對接的接頭，滿足多型無人機的加油需求，實現(xiàn)了設備的通用化。

無人機用車載式集成化多功能油料保障設備可擴展用于多型無人機的外場地面保障，既實現(xiàn)了地面保障設備的綜合化、通用化運用，又提高了無人機地面保障工作的機動性和地面保障效率，降低了無人機維修保障的成本。