小型無人機傘降回收技術(shù)研究

摘 要：近年來，小型無人機被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)植保、森林防火、電力巡檢等領(lǐng)域，大大節(jié)約了經(jīng)濟成本、提高了質(zhì)量效益。但與此同時，小型無人機的飛行安全也日益受到人們的廣泛關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計，小型無人機回收階段發(fā)生安全問題占到整個飛行安全的80%，已成為制約小型無人機井噴式發(fā)展的瓶頸問題。當(dāng)前，小型無人機多數(shù)使用的是傘降方式進行回收。為此，本文著重研究傘降回收過程、分析回收運動軌跡，力爭提高無人機傘降回收安全。

關(guān)鍵詞：無人機；傘降回收；技術(shù)

中圖分類號：V212 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）26-0364-01

1 無人機傘降回收概述

無人機傘降回收是目前比較普遍采用的回收方式，其使用的回收傘與傘兵用傘、空投物資用傘基本一樣，其回收過程也基本一致。

1.1 無人機傘降回收過程

在回收階段，無人機進入預(yù)定回收航線后，通常要盡量降低飛行速度和飛行高度。無人機到達預(yù)定回收中心點后，在控制指令或預(yù)編程序的操縱下，發(fā)動機停車，接著引導(dǎo)傘彈出并受空氣阻力影響而充氣張開。在引導(dǎo)傘的作用下，主傘被拉出并充氣張開。此時，無人機在主傘的作用下，開始以5～8m/s的速度下降。在觸地時，為減輕無人機觸地瞬間的沖擊，通常無人機還加裝有滑橇或氣囊等減震裝置。無人機觸地后，回收傘與無人機自動脫離，可避免因地面風(fēng)速較大時回收傘再次充氣張開而發(fā)生拖拽無人機的問題。至此，無人機完成傘降回收過程。

1.2 無人機傘降回收優(yōu)勢分析

在眾多回收方式中，無人機傘降回收具有諸多優(yōu)勢：

①場地要求低。無人機傘降回收無需專門的機場跑道，在一塊平整的場地上即可實現(xiàn)回收；②適用范圍廣。一些一次性無人機的研制試驗階段和部分大型無人機的應(yīng)急回收方式等通常也采用傘降回收技術(shù)；③性價比高。無人機傘降回收使用的回收傘相較其他回收方式所需保障設(shè)備較少，且通常可以重復(fù)使用；④操縱簡單。無人機傘降回收無需復(fù)雜的操縱，在無人機進入回收航線后，通常只需發(fā)送“停車”或“開傘”指令。

2 無人機傘降回收運動分析

無人機傘降回收運動通常分為四個階段，即進入回收航線、無動力飛行、減速飛行和緩慢下降等。

2.1 進入回收航線階段

調(diào)整無人機飛行航向，使無人機沿著回收航線飛行，在理想情況下應(yīng)為勻速直線飛行。在此階段，無人機的飛行高度和飛行速度等參數(shù)十分關(guān)鍵，直接影響無人機傘降回收時落點的位置。

2.2 無動力飛行階段

發(fā)動機停車后至引導(dǎo)傘充氣張開前，在慣性作用下，無人機進行無動力飛行。在此階段，無人機飛行距離與發(fā)動機停車至引導(dǎo)傘充氣張開的時間間隔、無人機飛行航向、空中風(fēng)速等因素有關(guān)，通常為勻減速飛行。

2.3 減速飛行階段

引導(dǎo)傘充氣張開至主傘拉出并完全張開，無人機在回收傘阻力的作用下，水平方向的速度呈非線性減速運動。在無人機水平速度下降至失速時，無人機飛行高度開始下降，下降的高度近似為回收傘的傘帶長度。因此，此階段的飛行過程相對復(fù)雜。

2.4 緩慢下降階段

主傘完全張開至無人機落地，在回收傘阻力的作用下，無人機在垂直方向上可以看作是勻速下降過程。但在水平方向上，因受到風(fēng)的影響，無人機會出現(xiàn)漂移現(xiàn)象，這也是影響無人機回收安全的一個十分重要的因素。

3 提高無人機傘降回收安全的幾點思考

通過上述對無人機傘降回收運動分析，為提高無人機傘降回收安全，有以下幾點思考和建議：

3.1 回收航線規(guī)劃要科學(xué)合理

在規(guī)劃回收航線時，應(yīng)盡量考慮無人機便于直接進入，以及在回收條件不成熟時能再次調(diào)整飛行航向重新進入。另外，回收航線盡量考慮風(fēng)速、風(fēng)向的影響，通常應(yīng)當(dāng)選擇逆風(fēng)方向回收。再者，回收中心點的選擇應(yīng)綜合考慮無人機飛行速度、飛行高度和風(fēng)速、風(fēng)向等因素。最后，在規(guī)劃回收航線時，應(yīng)盡量選擇風(fēng)速風(fēng)向相對比較穩(wěn)定的場地，盡量避開山谷等容易產(chǎn)生突然的側(cè)風(fēng)或陣風(fēng)的地形。

3.2 回收傘設(shè)計要符合要求

①充氣張開時間要短。即引導(dǎo)傘和主傘在空氣阻力的作用下要能迅速充氣張開，并產(chǎn)生足夠的阻力，以縮短無人機無動力飛行和減速飛行的距離。②受側(cè)風(fēng)影響要小。回收傘在充氣張開后將不可避免的受到空中側(cè)風(fēng)的影響，如果受側(cè)風(fēng)影響大，一方面，將使無人機偏離預(yù)定的回收點；另一方面，也會使無人機搖晃幅度大，以致觸地時不夠平穩(wěn)導(dǎo)致無人機受損。③開傘高度要低。開傘高度直接影響無人機傘降回收落地的時間，時間越短無人機回收受風(fēng)速風(fēng)向等因素的影響越小，無人機傘降回收的精度越容易控制，也就越安全。

3.3 風(fēng)速風(fēng)向影響要準確計算

在傘降回收時，風(fēng)速風(fēng)向會影響無人機傘降回收的精度。從傘降回收運動分析可知，傘降回收的四個階段都會受到風(fēng)速風(fēng)向的影響。上文有提到，無人機傘降回收通常是逆風(fēng)回收，但在實際應(yīng)用中，也有側(cè)風(fēng)或其他風(fēng)向回收。同時，空中不同高度的風(fēng)速風(fēng)向往往也是有差異的。為此，可采用仿真分析的方法，建立航向、開傘點、回收點與風(fēng)速風(fēng)向關(guān)系的模型。在實際應(yīng)用中，根據(jù)航向、回收點和風(fēng)速風(fēng)向自動計算出無人機開傘點坐標(biāo)，從而提高無人機傘降回收的精度。

4 結(jié) 語

本文對提高小型無人機傘降回收安全提出了幾點思考和建議，但影響傘降回收安全的因素還有很多，如操作人員心理素質(zhì)、操作熟練度等等。值得欣喜的是，部分小型無人機根據(jù)模型分析已成功實現(xiàn)自主傘降回收，大大提高了傘降回收的安全。可以預(yù)見，隨著人工智能的發(fā)展，無人機傘降回收操作將更簡單、更方便，為此小型無人機也將迎來更加蓬勃發(fā)展的局面。

參考文獻

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收稿日期：2018-8-2