某型無人機滑跑中發生側滑故障的分析與排除

陸志剛?馬騰

摘要：某型無人機外場試飛滑跑過程中，機體發生明顯向右側滑故障，在糾偏權限范圍內，飛行員進行了手動糾偏，若不及時糾正滑跑軌跡，極易發生無人機沖出跑道事故。針對這一故障現象，經地面對液壓系統、起落系統排故，結合對飛參數據的分析，建立故障樹，對各項事件進行原因分析，最終故障定位，提出了解決方案并驗證其有效性。

關鍵詞：側滑;液壓系統;剎車片;剎車壓力

1 故障描述

無人機在地面控制站監視下可以自主完成起飛、爬升、巡航與進場著陸飛行全過程，飛行操縱員可以不對無人機執行任何操作，工廠大修的某型無人機在外場進行自主飛行滑跑時，機體發生明顯向右側滑的現象，滑跑路線已偏離預設定軌跡，飛行員隨即進行了手動糾偏，在糾偏范圍內，向左糾偏2°，無人機重回預設定軌跡，繼續滑跑直至起飛爬升。若當時側滑發生時，未進行自主操縱轉人工操縱，那么無人機極易右偏滑出跑道，從而導致地面事故的發生。

2 原理分析

無人機液壓系統主要由回油油濾、電動泵組、油箱、組合閥塊、剎車作動器、前/主起落架收放作動筒等部件組成。在液壓系統正常的情況下，采用液壓系統可以進行起飛、著陸和剎車。當自主操控狀態下，機體出現側滑現象，可以轉人工操縱，對前輪進行糾偏控制，前輪糾偏權限：地速小于或等于90 km/h，三個機輪都可靠接地的情況下，糾偏限制為±5°;從三個機輪都可靠接地至地速大于90km/h的時間內，糾偏限制為±3°;從單個機輪可靠接地至三個機輪可靠接地的時間內，糾偏限制為±1°。

無人機剎車采用簡單的機械式剎車，無防滑功能，為防止剎車盤抱死，采用2.5MPa低壓體制：在啟動電機前保持變壓電磁閥處于不通電的油路常通狀態。

液壓剎車原理，即液壓系統輸入的壓力油經過組合閥塊中的2個剎車電磁閥進入左右剎車作動筒。兩個剎車電磁閥分別由飛控系統控制，可實現差動剎車或同時剎車;當電磁閥斷電時，剎車腔通過電磁閥與回油管路連通，剎車作動筒不工作;當電磁閥通電時，剎車腔通過電磁閥與液壓供壓管路連通，剎車作動筒工作，進行剎車。

3 故障分析

由于該無人機在自主滑跑時出現右偏側滑的現象，而人工操縱介入手動糾偏可以消除側滑故障，說明無人機液壓系統、剎車系統、起落裝置系統均有可能出現故障。對比分析飛參數據后，將故障現象“機體側滑故障”設置為頂事件建立故障樹，對各種可能的結果事件和底事件進行分析。

3.1 裝配工藝問題分析

1）該型無人機使用300×125-90無內胎輪胎，機輪主要由軸承擋油環、軸承內環，輪胎、氣門芯組成，組裝后再置于起落架上。機輪安裝時，工藝要求將其置于墊有橡膠板或其它軟質材料的平臺上進行操作，否則安裝過程中可能出現硬力損傷，同時自鎖力矩擰出最小力矩要高于0.2N.m，若安裝不符合規定要求，則可能引發機體側滑故障。

2）剎車缸體用連接剎車缸體和主支柱下段的兩顆螺釘連接固定，剎車盤卡在兩個剎車片之間，剎車缸體的安裝孔對準支柱下段的安裝孔由螺栓連接固定，且組件、各輪軸活動部位需涂ZN6-4潤滑脂來潤滑。若安裝過程中連接固定達不到工藝標準、活動部位缺少潤滑脂，則可能影響剎車片正常工作，最終引發機體側滑故障。

3.2 剎車壓力故障分析

1）規定輪胎充氣壓力為0.65±0.05MPa，若充氣壓力低于或高于規定值，則造成胎壓不足或過量，兩側胎壓不一致，可能導致機體滑跑時發生側滑。

2）剎車片本身存在一定的摩擦力。主機輪的剎車片和摩擦力都需要進行定期檢查，保證剎車力矩穩定。如果剎車片摩擦力過大，可能導致機體發生跑偏引發側滑。

3）如果工作時組合閥塊出口壓力不一樣，左右剎車壓力不一樣。如果左右剎車壓力壓差過大的情況下，就會造成左、右剎車壓力過大，具體表現就是機體發生側滑現象。

4 故障排查與定位

4.1 故障排查

針對以上故障樹及原因分析，開展了如下工作。

1）取下輪胎和密封圈外觀檢查，檢查發現分解下來的零、組件均無漆層脫落、損傷、嚴重變形等現象。觀察輪轂的外型面、接合表面和密封圈安裝表面均無碰傷、劃傷。

2）檢查支柱及機輪輪胎與相鄰結構間的間隙，已滿足要求不小于5mm，局部不小于2mm;再仔細檢查剎車片，發現剎車片無毛刺、掉快、龜裂，剎車片上的鋼骨架也沒有出現裂紋，剎車片安裝無異常。

3）用千斤頂將飛機頂起至輪胎離地，前、主支柱處于放下狀態時，檢查左、右輪胎壓力，顯示輪胎壓力正常。

4）檢查剎車盤和剎車片無明顯的毛刺和形變現象，配合無異常情況;其次，進行剎車測試，剎車力矩在規定范圍內;最后，進行PMA液壓剎車檢查：給液壓系統上電，在左下顯的“飛行前檢查”界面中“液壓泵及剎車系統”菜單下按“液壓泵啟動”指令，檢查發現剎車壓力均在范圍內，無異常。

4.2 故障定位

綜上分析，剎車出現問題導致剎車壓力過大，初步判定組合閥塊故障造成機體發生側滑。

組合閥塊內含有剎車電磁閥，變壓電磁閥轉為常開狀態，向剎車電磁閥供額定工作電壓28VDC，左、右管嘴分別接左、右剎車，向進油管嘴供額定工作壓力10 MPa±2MPa，電磁鐵通電，左右剎車壓力應為3MPa±0.5MPa。協同動作時間檢查（在電磁閥入廠復驗時進行），從剎車電磁閥接通或斷開到對應管嘴的壓力開始上升或下降的時間，常溫時≯0.1s，低溫-55℃時≯0.2s。

經檢查發現剎車電磁閥的協同動作時間均符合標準，但是左、右剎車壓力壓差很大，左剎車壓力值靠近下限，右剎車壓力值靠近上限，造成了左右剎車壓力差值較大，最終引發了機體側滑。

5 措施與結論

根據上述研究，制定以下預防措施：

1）因工廠無此產品專用壓力調節設備，加強與制造廠溝通合作，派專業人員赴制造廠參與外委產品的驗收試驗，保證產品左、右壓力均衡。

2）無人機地面總裝調試后需進行C鏈路測試，通過地面控制站反饋正常鏈接靜態下的左、右剎車壓力值作為參考，若壓差過大，則機件返廠重新進行壓力調節。

3）加強車間對外委產品修理的接收檢查，開展技術攻關，逐漸形成自修能力。

按照以上控制措施控制，后續無人及經外場開車和試飛未出現機體側滑故障，使用狀態反饋良好。

作者簡介：陸志剛，高級工程師，從事多型無人機修理研究工作。