某型号无人机环境试验技术策划

2019-08-21魏英魁胡彦平宫晓春

装备环境工程 2019年7期

魏英魁，胡彦平，宫晓春

（北京强度环境研究所，北京 100076）

某型无人机是全新研制、中高空飞行、主要执行战场侦察任务的飞行器。根据该型无人机工作使用环境特点，总结分析其工作期间遭受的环境载荷的来源与特点，同时对无人机结构动力特性进行了分析，并最终确定该型无人机的环境试验条件与考核方案。

1 某型无人机简介

某型无人机是一新型侦察型飞行器，该型无人机采用共轴双旋翼技术[1-3]、模块化设计、结构紧凑、维护方便。其搭载自主研发的飞行控制系统，实现了飞机从起飞、悬停、航路点飞行到降落所有飞行状态的全自主化，并具有链路失效保护和自动返航功能。无人直升机采用电控-分控式旋翼控制技术，减少了结构复杂性，降低了整体质量，提高了系统可靠性。

2 环境因素对无人机可靠性影响

无人机作为一种精密化和集成度很高的飞行器，其结构和电子器件对环境因素的敏感性较高，表1 分析了不同环境因素对无人机结构件和飞行可靠性的影响[4-6]。从表1 可以看出，影响无人机飞行可靠性的环境因素较多，振动力学环境对无人机结构和飞行可靠性影响较大。

表1 不同环境因素对无人机可靠性影响

3 飞行环境特性分析

根据无人机飞行使用环境和侦察能力指标，分析其在飞行侦察时所能遭受的环境因素。

1）高低温环境因素：该型无人机车外、机载设备温度为-40 ~+55 ℃；发动机-25 ℃以上启动；车内设备温度为-20~+55 ℃。

2）湿热环境因素：湿度为 95%±5%，温度为30~60 ℃交变。

3）低气压环境因素：参照该型无人直升机任务剖面，其侦察飞行高度为海拔1000 m，在此高度下，无人机将面对低气压工作环境，也是影响无人机飞行可靠性的重要环境因素之一。

4）淋雨环境因素：该型无人机可在小雨（1 mm/h）环境下正常飞行与起降。

5）砂尘环境因素：该型无人机具备在沙漠地形起降的能力。

6）振动力学环境因素：无人机采用共轴双旋翼技术，存在双螺旋桨，螺旋桨飞机上设备的振动主要是由螺旋桨转动诱发的。螺旋桨转速一般是恒定的，其产生的尖峰频率固定，但转速存在少量漂移，故而尖峰有一定带宽，并非纯粹的正弦振动[7-10]。

仪器装备在无人机上的安装和制造过程会有些微差异，以及无人机本身共振频率的差异也会导致尖峰频率具有一定带宽。同时如果工作时螺旋桨速度是变化的，这些尖峰的带宽应包括螺旋桨速度变化时引起频率变化的范围，因此该型无人机需进行随机+窄带随机振动力学环境试验考核。

根据GJB 150.16A—2009《军用设备实验室环境试验方法第16 部分振动试验》[11]相关内容，军用螺旋桨式飞机设备振动试验的谱型、量值和持续时间见表2。

表2 军用螺旋桨式飞机设备振动试验谱型、量值和持续时间

由表2 可以看出，螺旋桨式飞机振动谱是一种随机叠加窄带随机的振动谱，其窄带随机中心频率f0由无人机螺旋桨转动速率与桨叶数共同确定。该型无人机为2 桨叶（f0=2×螺旋桨转速），螺旋桨动力使用的是二冲程活塞式发动机，其性能指标见表3。

表3 活塞发动机性能

由表3 可以看出，无人机旋翼最高转速为6800 r/min，即频率为113 Hz。无人机不同工作状态下，旋翼工作转速也不相同，即起飞时频率为113 Hz，巡航时为108 Hz，怠速时为33 Hz，则f0=66 Hz。实际飞行时，无人机在这几种不同的状态下转换，因此在振动力学环境试验考核时这几个频率均要进行考核。在随机振动环境考核时，要叠加这3 个频率下的窄带，根据所考核部件或结构在机上的位置，按表2 计算得到频率所对应的功率谱密度值，对无人机部件和结构进行随机+窄带随机力学环境考核。