中短程无人机飞行气象要素影响及应急措施研究

易哲菁 刘　琳 孙　烨

（武汉军械士官学校，湖北 武汉 430075）

中短程无人机飞行气象要素影响及应急措施研究

易哲菁 刘琳 孙烨

（武汉军械士官学校，湖北 武汉 430075）

本文通过多个案例分析了无人机发射过程中不同阶段对各天气环境的要求，阐述了气象要素对无人机发射成功的影响，掌握天气形势变化，注重气象要素的变化对成功掌控无人机操作就是必要的，也是必需的。

无人机；气象要素；应急措施

无人机以机动灵活、用途广泛、成本低廉等优点使其无论在军用或者民用领域应用前景都十分广泛。然而作为新兴技术产品，对比有人驾驶机而言，无人机相关规范及保障条件欠缺的问题较为严重，其中短程（飞行半径50km～800km）无人机情况最为突出。军用中短程无人机主要列装于陆军部队，其使用虽需向相关部门递交空域申请，但却较少会使用机场，无法使用依托于机场建设的相关保障设备，其中气象保障设备是最为重要的保障设备之一。然而无人机飞行任务能否顺利实施受天气情况影响很大，缺乏必备的保障条件使得无人机在复杂天气情况下的使用严重受限。本文以影响中短程无人机飞行使用的天气因素为研究对象，以陆军列装无人机为例，参照有人驾驶机相关资料，针对陆军无人机受天气因素影响的飞行案例，分析得出该类无人机所需的气象保障及在应对不同天气情况下的处置方式，期望为相关部门改进中短程无人机气象保障条件，编写气象工作规范，以及使用者应对复杂天气情况时应急处置提供参考。

1.概况

目前已列装陆军的中短程无人机普遍具有以下特点：机体较小，多采用复合材料，因成本控制较少进行防雨防雷处理，不适用于全天候飞行；采用的发射回收方式除少数滑行起降外，主要为火箭助推、伞降回收，对地形条件要求较低，对天气条件要求较高；升限万米以下，全飞行阶段处于大气对流层中，气象条件较为复杂；主要采用的侦察手段为可见光侦察、红外侦察、合成孔径雷达侦察，其中可见光侦察运用最为广泛，但容易受到风沙雾霾的视程障碍影响；对地通信方式为无线电数据链，少部分同时运用卫星中继通信，易受到雷暴干扰；随装配备的地面气象装置较为简单，主要用于测量风速风向及云层高度；作战气象条件依赖于旅级气象台保障，气象数据及保障区域主要针对的是地面部队，非专业飞行气象保障机构；同时，缺乏专门的飞行手册针对各类复杂天气条件处置加以指导。

综合看来，陆军中短程无人机使用受天气限制较大，但气象保障条件却十分有限，且缺乏专业性和针对性，对于各类天气情况下进行飞行任务可行性评估、航线规划及应急处置都造成了很大的困难。

2.气象要素影响分析

无人机的飞行阶段主要分为发射阶段、飞行阶段（前往目标区域）、执行任务阶段以及回收阶段，由于无人机机体未作防雨防雷处理，雨雪、雷暴等天气情况出现，原则上不能执行飞行任务，但也可视情况而定，较小的雨雪对无人机损伤较为轻微，应急情况下可短时穿越雨雪区域，这就对气象保障中雨雪雷暴区域探测与预报提出了要求。除此之外，不同飞行阶段会受到其他各种气象因素的影响。

2.1发射阶段

发射阶段主要影响因素为风与视程障碍。中短程无人机多采用火箭助推升空，助推过程中因火箭推力较大，此时风影响较小。火箭助推结束时无人机速度较低，升力较小，一旦出现侧风、下沉气流、风切变等，将造成飞机失速、掉高等情况出现，此时无人机离地很近，一旦出现意外，应对时间非常短。因此该阶段无人机的操控，都由飞控手目视飞机情况完成，对于能见度要求很高。

2.2飞行阶段

飞行阶段：短时强对流天气、飞机积冰、风等。强对流天气对飞行安全的影响是由积雨云和浓积云引起的。积雨云和浓积云中的剧烈升降和过冷水滴，会使飞机发生强烈的颠簸；闪电既可能使飞机遭雷击，又使无线电通信和电子设备受到干扰；积雨云中的冰雹会击伤飞机。空军飞行条令中有明确规定，不允许在积雨云和浓积云中飞行。积雨云云底高度一般在400m～1000m，云顶高可达对流层顶（8000m～12000m），受升限影响无人机无法爬升到云顶之上，只能采取避开措施。

典型案例：某无人机队在进行飞行训练过程中收到目标区域阵地部队的紧急通知，观测到天空出现积雨云，由于没有监测设备判断积雨云区域及强度，为保证飞行安全，最终任务取消无人机返航。

积冰会改变飞行动力，操纵困难，甚至发生飞行事故。在零度以下的云中飞行都会发生积冰，在云的中部常常遇到强积冰。机上易结冰区域为机翼翼尖、水平尾翼，一旦出现积冰，无人机的动力性能就会变坏，处置不当会导致飞行事故。除此之外飞机上的一些设备结冰也会造成非常严重的后果：如空速管、活塞发动机化油器等。

典型案例：某次无人机飞行时能见度不到1km，空中有浓积云，空气湿度较大。回收过程中，高度显示失灵，停留在1000m无任何变化，无法顺利完成回收指引，飞机最终迫降在非指定回收区域，机体损伤。高度显示失灵的故障原因主要是由于无人机的空速管结冰导致高度参数无法指示。在处理该情况时不应该急于回收，而是选择将无人机高度提升，利用空速管内外压差将积冰冲开，同时应注意在空气湿度较大时进行飞行，且飞行时尽量避开云层。

典型案例：某次无人机飞行过程中四缸活塞发动机突然有两缸不工作，无人机紧急回收，回收后检查发现发动机化油器周围有结冰现象。化油器在雾化燃油的过程中需要吸热，相对于其他设备温度较低，因此较容易出现结冰现象。一旦出现结冰则会导致化油器无法正常吸热，影响其雾化效果，致使化油器对应的两缸贫油工作，最终熄火。在温度较低、湿度较大的天气环境下进行飞行，应随时注意发动机缸温，判断每缸的工作状况，一旦出现意外情况及时应对。

风对无人机飞行也会造成影响。无人机在航行时，如果空速不变，风直接影响地速和航迹。虽可以通过自驾系统不断修正航线，但由于无人机一般飞行速度较低，大风对地速影响将直接导致无人机无法准时甚至不能到达指定目标区域执行任务。

典型案例：某型无人机在执行一次飞行任务时前往任务目标区域途中遇到风速超100km/h逆风，飞机对地速度仅有20km/h，领航员判断飞机不能在油量耗尽前到达指定目标区域，报批后任务取消，飞机返航。出现大风天气时，领航员一是应随时注意无人机的对地速度与偏航情况，及时修正航线并计算航行时间，确保无人机能顺利往返；二要根据风向适当变更航线，避免无人机在较大侧风情况下飞行，保证飞行安全。

2.3执行任务阶段

执行任务阶段主要影响因素为风沙烟雾造成的低能见度以及低云造成视线阻碍。目前中短程无人机主要用于侦查、测绘，在运用可见光手段进行侦查测绘时，视线阻碍是影响能否正常飞行时的一个决定因素。因此，在飞行前应分析任务目标区域的天气情况，判断其能否使用可见光侦查设备，是否需要更换其它侦查手段或者取消飞行任务。

2.4回收阶段

采用伞降回收方式的无人机，回收过程需要调整飞机以平稳姿态进入回收航线，并在指定高度、指定定点，以指定速度（空速）开伞。

目前，对地高度测量多采用的是飞机海拔高度与地面海拔高度差值计算而得，飞行过程中区域气压变化也会对回收造成影响，因此，无人机执行任务时多要避开早晚温差变化较大的时间，以避免气压变化、温度变化造成的回收高度不准确，影响无人机回收。

无人机开伞前需要维持一定的空速，这是为了保证回收伞能在风的作用下被顺利张开，因此在风速较高时进行回收应尽量使飞机处于逆风航行，提高无人机回收空速。

伞降回收虽可以不使用地面机场跑道，但需要保证无人机回收落点平整，尤其有风天气，伞降过程中无人机将受到侧风影响导致机体晃动无法水平着陆，对落点要求更高；其次，伞降过程较为缓慢，受风的影响机体不会垂直下落，而是会随风移动。因此在制定回收航线时应将风速计算在内，以保证回收落点的准确性。一般无人机制造商都会明确无人机最大的伞降回收风速，但无人机执行任务时间较长，任务结束时回收场地风速预报十分必要。

典型案例：某伞降回收型无人机发射时地面风速小于4m/s，执行任务过程中预定回收场地地面风速突然增大，风速仪最大显示为14m/s，大于制造厂商规定的最大回收风速，且风向不断发生变化，无人机队多次调整回收航线以保证飞机逆风回收，并适当降低了开伞高度与开伞速度，最终无人机伞降过程中有小幅度摆动，机体落地时轻微损伤，回收较为顺利。

结论

综上所述，复杂天气情况下的无人机使用基于3点：一是精准的区域性短时天气预报，包括强对流天气、雨雪区域、风速风向、空气湿度等，便于及时根据不同的天气情况作出调整；二是编写中短程无人机飞行条令与飞行手册时明确各类天气情况的处置方式，采取措施时有据可依，有方可考；三是加强相关岗位人员培训，具备一定的飞行气象知识，提升对天气因素的敏感度，使其在飞行过程中各类突发情况下能够良好的发挥岗位作用。同时，也期待随着不断发展，中短程无人机系统能够增设更多的气象保障设备，同时通过技术革新摆脱飞行过程中各类天气条件的限制，真正实现全天候飞行。

［1］王柯，麦晓明，许志海，等.无人机在湛江电网台风应急巡检中的应用［J］.广东电力，2015（9）：107-112.

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