某无人机回收系统故障改进设计

2019-08-21田新锋

装备环境工程 2019年7期

田新锋

（中国人民解放军92419 部队，辽宁兴城 125106）

随着无人机技术的发展，无人机在军事和民用领域得到了广泛应用[1-2]。回收系统作为无人机系统的重要组成部分，决定了无人机的重复使用性、生存能力等技术指标[3-4]。资料表明，无人机回收过程的故障数占整个无人机任务故障数的80%[5-7]，因此无人机的安全回收变得至关重要，已成为无人机发展的关键问题[8-10]。常用的无人机回收方式有伞降回收、气囊减震、反推火箭、着陆滑跑、撞网回收等[11-14]。文中针对某型无人机伞降回收过程出现的故障进行分析定位，并提出改进设计方法。

1 回收系统工作流程

1.1 无人机回收流程

该型无人机采用降落伞+缓冲气囊的方式进行回收，由于回收速度较大，降落伞采用两级开伞模式。首先减速伞通过射伞火箭完成牵引开伞，在气流的作用下充气张满，实现对无人机的减速。其次在减速伞的拉力作用下，完成主伞牵引开伞，无人机由水平运动转化为垂直降落运动，同时缓冲气囊展开，无人机安全着陆。详细回收过程如图1 所示。

图1 无人机回收工作流程

1.2 射伞火箭工作流程

从工作过程可以看出，射伞火箭是回收系统正常工作的关键。射伞火箭由发动机、点火具、火箭、连接带等部件组成，其中点火具由接插件、导线、发火件、传火底板、铝箔、壳件和黑火药组成，发火件包括点火桥带、热敏药和点火药等，其结构如图2 所示。

图2 点火具结构

具体工作流程如下：射伞火箭安装到位后，通过电缆接插件与无人机控制端可靠连接，接通点火电路，射伞火箭处于待发状态。无人机飞控设备给出点火指令，发火件受到点火电流激励后点火，点燃发动机点火药，点火药迅速燃烧，全面点燃发动机装药。发动机推动火箭沿定向器开始运动，出定向器后，拖拽减速伞向上运动，直至减速伞顺利打开。射伞火箭的点火序列为：点火桥带→热敏药→点火药→主火药（黑火药）→主推进剂。

2 故障分析

2.1 故障现象分析

在某次飞行回收中，无人机到达回收启动点，伞舱盖正常弹开和分离，但工作人员未观测到射伞火箭工作，减速伞未打开，导致无人机自毁。事后通过对现场产品检查情况和遥测数据判断，机上各回收控制指令正常发出，电气系统继电器已工作，电池电压正常，射伞火箭故障。根据产品工作原理，判定导致射伞工作故障的原因是射伞火箭传火失败。

之后将故障火箭分解检查，分解后检查的结果为：点火具的点火桥路已经熔断，断口形态正常，如图3 所示；主点火药（黑火药）未被引燃，绸垫完整脱落，与黑火药混合，两块黄色药片混合其中，如图4 所示；传火板的管壳口部，安装绸垫的收口压接缝隙大，仅局部压接到位，存在异常。

图3 点火具传火板

图4 点火具内的火药

2.2 故障定位

根据故障分析和试验排查情况，飞行试验中点火具未引燃黑火药的原因为：由于管壳收口不平，且绸垫压接不牢，绸垫脱落，造成点火具内腔与黑火药之间的阻隔失效。黑火药进入内腔，与点火药和热敏药摩擦，在振动等力学环境下热敏药和点火药提前脱落，致使桥带熔断后，传火序列中断。

3 机理分析

在上述传火过程中，故障出现的时间及原因为：管壳口部压接异常，在力学震动环境下绸垫脱落，黑火药进入点火具内腔，与点火药和热敏药摩擦，造成热敏药和点火药提前脱落，导致射伞火箭点火具内部传火失效。由图2 可知，点火具绸垫上部为黑火药，处于自由状态。根据绸垫的冲压模具，其尺寸为φ8.5 mm 的平面。当射伞火箭为工作状态放置时，黑火药由于重力作用在挤压绸垫。

由图5 可知，点火头壳体与绸垫压接的区域仅为半径1 mm 的环带。在壳体收口异常/绸片冲压偏心的情况下，易造成绸垫压接异常。在运输/飞行过程中，绸垫脱落，对黑火药的分隔限位失效。黑火药进入内腔后，与点火药和热敏药摩擦，造成热敏药和点火药脱落，致使桥带发火后传火失败，黑火药乃至主推进剂无法引燃。