小型無人機的傘降回收設計與發展

2 0 1 4 年3 0 期 科技 墨向導 ◇ 科技論 壇◇ 小型無人機的傘降回收設計與發展 姜存龍侯杰宋冠 民張瀏陽 ( 中國民航大學航空工程學院 中國天津3 0 0 3 0 0 ) 【 摘要】 傘降回收是小型無人機廣泛采用的回收方式， 具有操作簡單、 適應性好的顯著優點。 本文系統介紹了無人機回收系統的典型要求 及幾種典型的回收方式， 著重介紹了傘降回收技術， 并對傘降回收技術的發展方向做了一些思考， 對無人機傘降回收系統的設計研發具有一定 的參考作用。 【 關鍵詞】 無人機； 回收方式； 傘降回收系統； 發展方向 1 ． 無人機概述 無人機是利用無 線電遙控設備 和 自備的程序控制 裝置操縱 的一 種有動力可多次使用的航空器， 能攜帶多種任務設備 ， 用于完成不同 的軍事或民用任務 無人機的應用過程不需要復雜的后勤保障系統． 減少了使用維護費用 ． 它幾乎可以使用于任何地形條件． 因此維護費 用低． 適應能力強。 相比有人機． 無人機的發動機推力小， 機身尺寸小， 因此具有很好的隱身特性 正因為無人機具有如此多的優點， 又在最 近的幾場現代化戰爭中． 以其準確、 高效和靈活的偵察 、 干擾 、 欺騙、 搜 索 、 校射及在非正規條件下作 戰等多種 良好 的作 戰能力 ， 凸顯出其顯 著的作用． 因此很多國家爭相投入龐大的科研力量． 發展各種用途的 無人機。 無人機一般要求具備長航程能力 ．因此需要安裝高效率的發動 機． 目前國內高效率的動力裝置還很少． 大多是從國外進口的， 因此發 動機的價格比較昂貴： 另外無人機機載任務設備要求輕便高效． 飛行 控制系統不但要控制各個舵面的作動來控制飛行軌跡． 還要控制發射 回收系統等機載任務系統． 因而設備復雜， 造價高； 無人機的不少任務 設備都是專門研制的． 沒有形成批量生產． 因而成本都是很高的。 一架 無人機成本在幾十萬到幾百萬． 一旦出現故障， 就難以挽救 ． 往往造成 整機墜毀報廢的嚴重后果． 經濟損失慘重． 因此一個安全可靠的回收 系統就顯得尤其重要 2 ． 無人機回收系統的作用及典型要求 無人機回收過程是一個非常重要且容易出現故障的階段． 能否安 全可靠地回收． 已經成為評價無人機性能的重要指標 無人機回收系 統的作用是保證無人機在完成飛行任務或遇到緊急情況后安全可靠 地 回到地面 ． 以便獲取任 務成果并 回收再利用 為了保障無人機安全可靠的著陸． 回收系統的典型要求如下 ： 乩．在飛行性能包線范圍 內回收點盡可能地多 ． 且 著陸速度滿 足要 求 。 b ． 防止回收載荷超出飛行器所能承受的載荷． 對機體及機載設備 的損傷最小。 c ． 回收系統構造簡單、 成本低廉、 重量輕、 體積小， 且便于安裝使 用。 d ． 能夠 長期存貯使用 e．對各種環境條件有較好 的適應性 ￡ 可維護性好 ． 回收和維護 的成本低 g ． 回收過程安全可靠性 好 ． 著落穩定準確 h ． 使用次數和壽命 的要求 3 ． 目前常用的 回收方式 與有人駕駛飛機相 比較． 無人機的回收方式要多得多． 而且為了 適應任務和環境條件多樣化的需求 ．一款無人機可具有多種回收方 式 ． 這種特點在中小型無人機上尤為 明顯 無人機 的回收 多以整機 回 收為 主， 少數無人機 則采用非整機 回收的方式 ． 這種 情況通常是 只回 收無人機的任務設備艙． 其它部分不回收 如美國的 D 一 2 1 高速偵察 無人機， 在完成偵察任務后， 其上裝載的設備艙彈出． 先 自由墜落到約 4 5 7 2 米的高度 ， 然后逐一打開減速穩定傘和主傘， 緩慢下降 這時執 行回收任務的J C 一 1 3 0 B飛機在附近飛過來用尾鉤將傘繩鉤住． 把它拉 回飛機貨艙里 ． 運往預定地點讀取任務情報 就無人機 的回收方式來說 ， 目前主要有 ： 3 ． 1 起落架／ 滑撬著陸 回收 起落架／ 滑撬著陸方式與有人機類同， 都是利用跑道或開闊場地 進場著陸． 不同之處在于： ．d．無人機著陸對跑道要求不如有人機嚴格 2 3 4 b ． 大多數無 人機 ． 特別 是 中小型 無人機 ． 多采用不 可收放 式起落 架． 起落架結構和相應設施很簡單． 甚至有些無人機起落架局部被設 計成較脆弱結構． 允許著陸時觸地損壞 ． 以便吸收著陸沖擊能量， 從而 保護機體主要結構不受損傷 c ．不同于有人機為縮短著陸滑跑距離而采用的機輪剎車或發動機反 噴減速． 有些無人機例如以色列的“ 先鋒” 、 “ 猛犬” 、 “ 偵察兵” 等無人機 在尾部裝有尾鉤． 在著陸滑跑過程中． 尾鉤鉤住地面的攔截索， 通過攔 截索 的彈性變形吸收沖擊能量 ． 從而縮短著陸滑跑距 離 3 ．2 傘降回收 無人機采用傘降回收時無需跑道． 無人機 自 帶的降落傘按照預定 程序或在無線電遙控設備指揮下到達預定回收區中心點上空． 然后自 動開傘或根據無線電指令開傘 ． 經過開傘后機體懸掛在降落傘下緩慢 接地著陸． 啟動并完成回收程序只需一個回收指令． 整個過程操作簡 單 目前國內外中小型無人機回收主要利用傘降回收系統進行安全可 靠地 回收。 3 - 3攔截網／ 攔截繩 回收 攔截網／ 攔截繩回收系統通常由攔截網、能量吸收裝置和 自 動引 導設備組成 無人機回收階段． 在地面無線電操控及自動引導設備的 引導下， 不斷降低高度， 同時減小速度． 對著攔截網或攔截繩飛去 ， 通 過能量吸收裝置吸收無人機投網的能量． 使得速度很快減為零 3 ．4垂直著陸 回收 垂直著陸回收主要是利用飛行器總體布局上的便利． 運用垂直方 向上產 生的推力減小著 陸速度 的一種 回收方式 垂直著陸 回收 只需要 很小面積的回收場地． 基本不受回收場域地形條件限制 這種回收方 式主要有兩種類型： 旋翼飛行器垂直著陸和固定翼飛機垂直著陸。 3 ． 5空中鉤取 回收 用大型有人 駕駛飛機或直 升機在空 中回收無人機 的方式 目前 只 有美 國采用 ， 回收設備較為復雜。 采用 這種回收方式 ， 回收機上必 須裝 備中空回收系統， 在盂人機上 ， 除了要有阻力傘和主傘之外． 還需要具 有鉤掛傘、 吊索和可旋轉的機械脫落機構。 3 ． 6氣墊著陸回收 無人機氣墊著陸的工作原理是利用氣墊的壓縮變形吸收著陸沖 擊能量 的。在無人機的 回收階段 ． 氣墊能夠支托無人機貼 近地面而不 與地面發生猛烈撞擊． 對機體起到緩沖減震的作用 ． 有效的避免了機 體及機載設備的沖擊損壞 4 ． 傘降回收技術 4 ． I系統組成 傘降回收系統組件主要包括 ： 引導傘 、 減速傘、 主傘 、 傘包 、 連接 繩 、 脫離機構、 拋傘機械裝置及回收控制系統。 4 ． 2工作程序 傘降回收就是用降落傘回收無人機。這種回收方式操作比較簡 單， 無人機從飛行狀態到安全回收． 整個過程高效方便． 一般對操作人 員要求 比較低 回收工作程序通常分為以下幾個階段： a ． 進入回收期望區域 ： 當無人機完成飛行任務后 ． 在回收控制系 統 的控制 引導下 調整飛行姿 態 、 高度和速 度 ， 使無人機 進入期望 的回 收 區域上空范圍 內 b ． 無動力飛行段 ： 在飛行姿態