一種新型無人機降落傘彈射裝置的開發與研究

鄧杰文 胡鑫 姜路沖

摘?要：無人機是目前的研究熱點之一，可以實現自動巡航、自動懸停、自動追蹤等功能，在測繪與調研等含行業中具有廣泛的用途。但無人機存在可能墜落的風險，當無人機在人員密集地區因故障墜落時，可能造成意外事故。因此本文中研發了一種無人機降落傘彈射裝置，在無人機出現故障快速下墜時，可以觸發彈射裝置使無人機緩慢墜落，對于降低因墜機導致的意外事故以及防止無人機因墜機損壞等具有重要作用。

關鍵詞：無人機;降落傘;彈射裝置;開發;研究

在電網巡檢作業中，無人機可代替人完成大量的工作，搭載掃描雷達、紫外攝像機、噴火清障裝置的無人機可在野外的電網建設作業中完成勘察、場景掃描以及清除障礙等工。而這些無人機通常成本高昂，如發生意外導致墜機，則無人機損壞可能會帶來巨大的損失。因此在電網巡檢的無人機中搭載彈射裝置降落傘，對于降低電網建設工作中無人機的損壞率，提升電網建設水平有巨大幫助。

一、無人機降落傘開傘原理

（一）傳統開傘技術

傳統的開傘技術是檢測到無人機發生故障而快速下墜時將降落傘釋放進行開傘，但這種開傘方式需要一定的時間，而無人機在低空下墜到地面的時間通常非常短，因此經常出現來不及開傘導致的墜機事故。要想真正確保降落傘能夠保障無人機的安全，應當采用能夠瞬間反應的彈射開傘裝置。

（二）彈簧開傘

彈簧開傘是利用固定在降落傘中的彈簧起到將降落傘彈出的裝置，當檢測到無人機快速下墜時，彈簧便會瞬間將降落傘彈出。彈簧開傘的方式簡單便捷，成本較低，但這種方式僅能用于固定翼無人機中，且裝置的靈敏度較差，經常出現無法彈出的問題。

（三）爆破開傘

爆破開傘是一種利用炸藥彈出降落傘的裝置，在大疆公司生產的部分無人機中有搭載，這種裝置利用炸藥爆炸所產生的高壓氣體將降落傘彈出。但爆破開傘所需的裝置結構十分精密，組裝成本非常高，難以適用于大多數使用無人機的行業。

二、高壓氣體無人機降落傘彈射裝置

本文吸收了上述幾種無人機開傘裝置的優點，開發了一種利用高壓二氧化碳氣體彈出降落傘的裝置，與上述的幾種彈射裝置相比，本文所設計的裝置結構更加簡單，但保證了可靠性和靈活性，適用于大多數應用無人機工作的行業。

（一）裝置原理

彈射裝置的整體結構為圓臺型結構，其外觀如圖1所示。

其內部結構如圖2所示，其中單片機為檢測裝置，用于檢測無人機是否發生快速下墜現象，當檢測到無人機正在快速下墜時，單片機帶動電機的凸輪，凸輪扣動扳機擊發二氧化碳瓶，瓶中的高壓二氧化碳氣體在受到擊發后沖擊降落傘上蓋，將上蓋擊飛從而快速彈出降落傘。

（二）技術要求

技術的要求包含墜落檢測與觸發模式兩部分，其中墜落檢測判定為無人機的傾斜角度超過60°，或重力加速度超過0.5G且持續時間超過1.6秒時，即判定為無人機正在墜落，此時單片機開始工作，控制電機發動彈射流程。

降落傘的彈射有自動觸發和手動觸發兩部分，自動觸發即通過檢測無人機的運行狀態由單片機觸發;此外在無人機操控員的控制器上搭載有手動觸發裝置，當操控員觀測到無人機即將墜落但自動觸發裝置未生效時，可立即按下手動觸發按鈕手動觸發裝置，彌補自動觸發裝置的缺陷。

（三）技術規格

（1）本無人機降落傘彈射技術適用于固定翼無人機以及常見的多旋翼無人機，無人機的最大起飛重量應達到20kg以上。

（2）無人機自動觸發彈射裝置要求在無人機發生墜落1.6秒內進行感應，降落傘應在感應后1秒內彈射并完全展開，即無人機從開始墜落到降落傘展開的時間不得超過2.6秒。

（3）降落傘包含主傘與牽引傘兩部分，其中牽引傘應當先于主傘展開，協助主傘完成緩降工作。

（四）技術優勢

（1）該裝置采用高壓氣體彈出降落傘，原理與大疆公司的炸藥彈射相似，但由于無炸藥成分，因此更加安全。

（2）相比于彈簧彈射，高壓氣體彈射采用單片機檢測無人機墜落狀態，可靠性更高，同時可通過冗余裝置（搭設兩個單片機檢測裝置）進一步增加裝置的可靠性。

（3）相比于炸藥彈射的技術，高壓氣體彈射裝置結構更加簡單，組裝成本更低，可為大多數使用無人機的行業提供穩定可靠的高性價比方案。

（4）采用自動彈射與輔助彈射的技術，可有效降低無人機操控員的工作壓力。

三、結論

為解決電網建設工作中使用無人機引起的無人機墜機問題，本文研發了一種基于高壓氣體的降落傘彈射裝置。目前無人機降落傘彈射所應用的技術有傳統開傘技術、彈簧彈射技術以及炸藥爆破技術，而本文所研究的高壓氣體彈射技術利用單片機檢測無人機的飛行狀態，并在其發生墜機事故時擊發撞針，利用高壓二氧化碳氣體將降落傘彈出。本文所設計的裝置具有成本低、高安全性、高可靠性、結構簡單、反應迅速等優點，期待能夠在我國無人機生產與研發工作中得到廣泛應用。

參考文獻：

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項目名稱：清遠供電局職工技術創新項目：多旋翼無人機應急傘降保護裝置（項目編號：031800KK52190070）