魏英魁，胡彥平，宮曉春

（北京強(qiáng)度環(huán)境研究所，北京 100076）

某型無人機(jī)是全新研制、中高空飛行、主要執(zhí)行戰(zhàn)場偵察任務(wù)的飛行器。根據(jù)該型無人機(jī)工作使用環(huán)境特點(diǎn)，總結(jié)分析其工作期間遭受的環(huán)境載荷的來源與特點(diǎn)，同時對無人機(jī)結(jié)構(gòu)動力特性進(jìn)行了分析，并最終確定該型無人機(jī)的環(huán)境試驗(yàn)條件與考核方案。

1 某型無人機(jī)簡介

某型無人機(jī)是一新型偵察型飛行器，該型無人機(jī)采用共軸雙旋翼技術(shù)[1-3]、模塊化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便。其搭載自主研發(fā)的飛行控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)從起飛、懸停、航路點(diǎn)飛行到降落所有飛行狀態(tài)的全自主化，并具有鏈路失效保護(hù)和自動返航功能。無人直升機(jī)采用電控-分控式旋翼控制技術(shù)，減少了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，降低了整體質(zhì)量，提高了系統(tǒng)可靠性。

2 環(huán)境因素對無人機(jī)可靠性影響

無人機(jī)作為一種精密化和集成度很高的飛行器，其結(jié)構(gòu)和電子器件對環(huán)境因素的敏感性較高，表1 分析了不同環(huán)境因素對無人機(jī)結(jié)構(gòu)件和飛行可靠性的影響[4-6]。從表1 可以看出，影響無人機(jī)飛行可靠性的環(huán)境因素較多，振動力學(xué)環(huán)境對無人機(jī)結(jié)構(gòu)和飛行可靠性影響較大。

表1 不同環(huán)境因素對無人機(jī)可靠性影響

3 飛行環(huán)境特性分析

根據(jù)無人機(jī)飛行使用環(huán)境和偵察能力指標(biāo)，分析其在飛行偵察時所能遭受的環(huán)境因素。

1）高低溫環(huán)境因素：該型無人機(jī)車外、機(jī)載設(shè)備溫度為-40 ~+55 ℃；發(fā)動機(jī)-25 ℃以上啟動；車內(nèi)設(shè)備溫度為-20~+55 ℃。

2）濕熱環(huán)境因素：濕度為 95%±5%，溫度為30~60 ℃交變。

3）低氣壓環(huán)境因素：參照該型無人直升機(jī)任務(wù)剖面，其偵察飛行高度為海拔1000 m，在此高度下，無人機(jī)將面對低氣壓工作環(huán)境，也是影響無人機(jī)飛行可靠性的重要環(huán)境因素之一。

4）淋雨環(huán)境因素：該型無人機(jī)可在小雨（1 mm/h）環(huán)境下正常飛行與起降。

5）砂塵環(huán)境因素：該型無人機(jī)具備在沙漠地形起降的能力。

6）振動力學(xué)環(huán)境因素：無人機(jī)采用共軸雙旋翼技術(shù)，存在雙螺旋槳，螺旋槳飛機(jī)上設(shè)備的振動主要是由螺旋槳轉(zhuǎn)動誘發(fā)的。螺旋槳轉(zhuǎn)速一般是恒定的，其產(chǎn)生的尖峰頻率固定，但轉(zhuǎn)速存在少量漂移，故而尖峰有一定帶寬，并非純粹的正弦振動[7-10]。

儀器裝備在無人機(jī)上的安裝和制造過程會有些微差異，以及無人機(jī)本身共振頻率的差異也會導(dǎo)致尖峰頻率具有一定帶寬。同時如果工作時螺旋槳速度是變化的，這些尖峰的帶寬應(yīng)包括螺旋槳速度變化時引起頻率變化的范圍，因此該型無人機(jī)需進(jìn)行隨機(jī)+窄帶隨機(jī)振動力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)考核。

根據(jù)GJB 150.16A—2009《軍用設(shè)備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第16 部分 振動試驗(yàn)》[11]相關(guān)內(nèi)容，軍用螺旋槳式飛機(jī)設(shè)備振動試驗(yàn)的譜型、量值和持續(xù)時間見表2。

表2 軍用螺旋槳式飛機(jī)設(shè)備振動試驗(yàn)譜型、量值和持續(xù)時間

由表2 可以看出，螺旋槳式飛機(jī)振動譜是一種隨機(jī)疊加窄帶隨機(jī)的振動譜，其窄帶隨機(jī)中心頻率f0由無人機(jī)螺旋槳轉(zhuǎn)動速率與槳葉數(shù)共同確定。該型無人機(jī)為2 槳葉（f0=2×螺旋槳轉(zhuǎn)速），螺旋槳動力使用的是二沖程活塞式發(fā)動機(jī)，其性能指標(biāo)見表3。

表3 活塞發(fā)動機(jī)性能

由表3 可以看出，無人機(jī)旋翼最高轉(zhuǎn)速為6800 r/min，即頻率為113 Hz。無人機(jī)不同工作狀態(tài)下，旋翼工作轉(zhuǎn)速也不相同，即起飛時頻率為113 Hz，巡航時為108 Hz，怠速時為33 Hz，則f0=66 Hz。實(shí)際飛行時，無人機(jī)在這幾種不同的狀態(tài)下轉(zhuǎn)換，因此在振動力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)考核時這幾個頻率均要進(jìn)行考核。在隨機(jī)振動環(huán)境考核時，要疊加這3 個頻率下的窄帶，根據(jù)所考核部件或結(jié)構(gòu)在機(jī)上的位置，按表2 計(jì)算得到頻率所對應(yīng)的功率譜密度值，對無人機(jī)部件和結(jié)構(gòu)進(jìn)行隨機(jī)+窄帶隨機(jī)力學(xué)環(huán)境考核。

4 環(huán)境可靠性試驗(yàn)實(shí)施

根據(jù)無人機(jī)飛行工作使用環(huán)境分析，確定了該型無人機(jī)環(huán)境可靠性試驗(yàn)內(nèi)容與條件，具體見表4。該型無人機(jī)環(huán)境可靠性試驗(yàn)按表4 所列內(nèi)容與試驗(yàn)條件進(jìn)行實(shí)施，具體試驗(yàn)操作按照GJB 150A 相應(yīng)試驗(yàn)內(nèi)容規(guī)定執(zhí)行。

表4 無人機(jī)環(huán)境可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目與條件

5 結(jié)語

文中對某型無人機(jī)進(jìn)行了簡介，對氣候與力學(xué)環(huán)境因素對無人機(jī)可靠性的影響進(jìn)行了闡述，重點(diǎn)分析了該型無人機(jī)工作飛行環(huán)境特性。最后確定了該型無人機(jī)環(huán)境試驗(yàn)內(nèi)容與條件，并結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了試驗(yàn)實(shí)施。