中短程無人機飛行氣象要素影響及應急措施研究

易哲菁 劉　琳 孫　燁

（武漢軍械士官學校，湖北 武漢 430075）

中短程無人機飛行氣象要素影響及應急措施研究

易哲菁 劉琳 孫燁

（武漢軍械士官學校，湖北 武漢 430075）

本文通過多個案例分析了無人機發射過程中不同階段對各天氣環境的要求，闡述了氣象要素對無人機發射成功的影響，掌握天氣形勢變化，注重氣象要素的變化對成功掌控無人機操作就是必要的，也是必需的。

無人機；氣象要素；應急措施

無人機以機動靈活、用途廣泛、成本低廉等優點使其無論在軍用或者民用領域應用前景都十分廣泛。然而作為新興技術產品，對比有人駕駛機而言，無人機相關規范及保障條件欠缺的問題較為嚴重，其中短程（飛行半徑50km～800km）無人機情況最為突出。軍用中短程無人機主要列裝于陸軍部隊，其使用雖需向相關部門遞交空域申請，但卻較少會使用機場，無法使用依托于機場建設的相關保障設備，其中氣象保障設備是最為重要的保障設備之一。然而無人機飛行任務能否順利實施受天氣情況影響很大，缺乏必備的保障條件使得無人機在復雜天氣情況下的使用嚴重受限。本文以影響中短程無人機飛行使用的天氣因素為研究對象，以陸軍列裝無人機為例，參照有人駕駛機相關資料，針對陸軍無人機受天氣因素影響的飛行案例，分析得出該類無人機所需的氣象保障及在應對不同天氣情況下的處置方式，期望為相關部門改進中短程無人機氣象保障條件，編寫氣象工作規范，以及使用者應對復雜天氣情況時應急處置提供參考。

1.概況

目前已列裝陸軍的中短程無人機普遍具有以下特點：機體較小，多采用復合材料，因成本控制較少進行防雨防雷處理，不適用于全天候飛行；采用的發射回收方式除少數滑行起降外，主要為火箭助推、傘降回收，對地形條件要求較低，對天氣條件要求較高；升限萬米以下，全飛行階段處于大氣對流層中，氣象條件較為復雜；主要采用的偵察手段為可見光偵察、紅外偵察、合成孔徑雷達偵察，其中可見光偵察運用最為廣泛，但容易受到風沙霧霾的視程障礙影響；對地通信方式為無線電數據鏈，少部分同時運用衛星中繼通信，易受到雷暴干擾；隨裝配備的地面氣象裝置較為簡單，主要用于測量風速風向及云層高度；作戰氣象條件依賴于旅級氣象臺保障，氣象數據及保障區域主要針對的是地面部隊，非專業飛行氣象保障機構；同時，缺乏專門的飛行手冊針對各類復雜天氣條件處置加以指導。

綜合看來，陸軍中短程無人機使用受天氣限制較大，但氣象保障條件卻十分有限，且缺乏專業性和針對性，對于各類天氣情況下進行飛行任務可行性評估、航線規劃及應急處置都造成了很大的困難。

2.氣象要素影響分析

無人機的飛行階段主要分為發射階段、飛行階段（前往目標區域）、執行任務階段以及回收階段，由于無人機機體未作防雨防雷處理，雨雪、雷暴等天氣情況出現，原則上不能執行飛行任務，但也可視情況而定，較小的雨雪對無人機損傷較為輕微，應急情況下可短時穿越雨雪區域，這就對氣象保障中雨雪雷暴區域探測與預報提出了要求。除此之外，不同飛行階段會受到其他各種氣象因素的影響。

2.1發射階段

發射階段主要影響因素為風與視程障礙。中短程無人機多采用火箭助推升空，助推過程中因火箭推力較大，此時風影響較小。火箭助推結束時無人機速度較低，升力較小，一旦出現側風、下沉氣流、風切變等，將造成飛機失速、掉高等情況出現，此時無人機離地很近，一旦出現意外，應對時間非常短。因此該階段無人機的操控，都由飛控手目視飛機情況完成，對于能見度要求很高。

2.2飛行階段

飛行階段：短時強對流天氣、飛機積冰、風等。強對流天氣對飛行安全的影響是由積雨云和濃積云引起的。積雨云和濃積云中的劇烈升降和過冷水滴，會使飛機發生強烈的顛簸；閃電既可能使飛機遭雷擊，又使無線電通信和電子設備受到干擾；積雨云中的冰雹會擊傷飛機?？哲婏w行條令中有明確規定，不允許在積雨云和濃積云中飛行。積雨云云底高度一般在400m～1000m，云頂高可達對流層頂（8000m～12000m），受升限影響無人機無法爬升到云頂之上，只能采取避開措施。

典型案例：某無人機隊在進行飛行訓練過程中收到目標區域陣地部隊的緊急通知，觀測到天空出現積雨云，由于沒有監測設備判斷積雨云區域及強度，為保證飛行安全，最終任務取消無人機返航。

積冰會改變飛行動力，操縱困難，甚至發生飛行事故。在零度以下的云中飛行都會發生積冰，在云的中部常常遇到強積冰。機上易結冰區域為機翼翼尖、水平尾翼，一旦出現積冰，無人機的動力性能就會變壞，處置不當會導致飛行事故。除此之外飛機上的一些設備結冰也會造成非常嚴重的后果：如空速管、活塞發動機化油器等。

典型案例：某次無人機飛行時能見度不到1km，空中有濃積云，空氣濕度較大?；厥者^程中，高度顯示失靈，停留在1000m無任何變化，無法順利完成回收指引，飛機最終迫降在非指定回收區域，機體損傷。高度顯示失靈的故障原因主要是由于無人機的空速管結冰導致高度參數無法指示。在處理該情況時不應該急于回收，而是選擇將無人機高度提升，利用空速管內外壓差將積冰沖開，同時應注意在空氣濕度較大時進行飛行，且飛行時盡量避開云層。

典型案例：某次無人機飛行過程中四缸活塞發動機突然有兩缸不工作，無人機緊急回收，回收后檢查發現發動機化油器周圍有結冰現象?；推髟陟F化燃油的過程中需要吸熱，相對于其他設備溫度較低，因此較容易出現結冰現象。一旦出現結冰則會導致化油器無法正常吸熱，影響其霧化效果，致使化油器對應的兩缸貧油工作，最終熄火。在溫度較低、濕度較大的天氣環境下進行飛行，應隨時注意發動機缸溫，判斷每缸的工作狀況，一旦出現意外情況及時應對。

風對無人機飛行也會造成影響。無人機在航行時，如果空速不變，風直接影響地速和航跡。雖可以通過自駕系統不斷修正航線，但由于無人機一般飛行速度較低，大風對地速影響將直接導致無人機無法準時甚至不能到達指定目標區域執行任務。

典型案例：某型無人機在執行一次飛行任務時前往任務目標區域途中遇到風速超100km/h逆風，飛機對地速度僅有20km/h，領航員判斷飛機不能在油量耗盡前到達指定目標區域，報批后任務取消，飛機返航。出現大風天氣時，領航員一是應隨時注意無人機的對地速度與偏航情況，及時修正航線并計算航行時間，確保無人機能順利往返；二要根據風向適當變更航線，避免無人機在較大側風情況下飛行，保證飛行安全。

2.3執行任務階段

執行任務階段主要影響因素為風沙煙霧造成的低能見度以及低云造成視線阻礙。目前中短程無人機主要用于偵查、測繪，在運用可見光手段進行偵查測繪時，視線阻礙是影響能否正常飛行時的一個決定因素。因此，在飛行前應分析任務目標區域的天氣情況，判斷其能否使用可見光偵查設備，是否需要更換其它偵查手段或者取消飛行任務。

2.4回收階段

采用傘降回收方式的無人機，回收過程需要調整飛機以平穩姿態進入回收航線，并在指定高度、指定定點，以指定速度（空速）開傘。

目前，對地高度測量多采用的是飛機海拔高度與地面海拔高度差值計算而得，飛行過程中區域氣壓變化也會對回收造成影響，因此，無人機執行任務時多要避開早晚溫差變化較大的時間，以避免氣壓變化、溫度變化造成的回收高度不準確，影響無人機回收。

無人機開傘前需要維持一定的空速，這是為了保證回收傘能在風的作用下被順利張開，因此在風速較高時進行回收應盡量使飛機處于逆風航行，提高無人機回收空速。

傘降回收雖可以不使用地面機場跑道，但需要保證無人機回收落點平整，尤其有風天氣，傘降過程中無人機將受到側風影響導致機體晃動無法水平著陸，對落點要求更高；其次，傘降過程較為緩慢，受風的影響機體不會垂直下落，而是會隨風移動。因此在制定回收航線時應將風速計算在內，以保證回收落點的準確性。一般無人機制造商都會明確無人機最大的傘降回收風速，但無人機執行任務時間較長，任務結束時回收場地風速預報十分必要。

典型案例：某傘降回收型無人機發射時地面風速小于4m/s，執行任務過程中預定回收場地地面風速突然增大，風速儀最大顯示為14m/s，大于制造廠商規定的最大回收風速，且風向不斷發生變化，無人機隊多次調整回收航線以保證飛機逆風回收，并適當降低了開傘高度與開傘速度，最終無人機傘降過程中有小幅度擺動，機體落地時輕微損傷，回收較為順利。

結論

綜上所述，復雜天氣情況下的無人機使用基于3點：一是精準的區域性短時天氣預報，包括強對流天氣、雨雪區域、風速風向、空氣濕度等，便于及時根據不同的天氣情況作出調整；二是編寫中短程無人機飛行條令與飛行手冊時明確各類天氣情況的處置方式，采取措施時有據可依，有方可考；三是加強相關崗位人員培訓，具備一定的飛行氣象知識，提升對天氣因素的敏感度，使其在飛行過程中各類突發情況下能夠良好的發揮崗位作用。同時，也期待隨著不斷發展，中短程無人機系統能夠增設更多的氣象保障設備，同時通過技術革新擺脫飛行過程中各類天氣條件的限制，真正實現全天候飛行。

［1］王柯，麥曉明，許志海，等.無人機在湛江電網臺風應急巡檢中的應用［J］.廣東電力，2015（9）：107-112.

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