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高效回收服务:成功走完百里路的九十步

【摘要】:飞行器的坠机事故绝大部分发生在降落过程中,所以回收对于飞机来说,真的是行百里路而半九十。因为没有驾驶员在空中感受飞行器的状态,所以固定翼无人机大部分不能进行主视角控制,所以回收的对准、下滑线控制、对跑道、纠偏等工作必须在半自主或全自主状态下完成。而对于直升机和多旋翼无人机来说,降落问题完全是另一回事。无人机在网或绳索上滑落的过程中会与其缠绕,安全回收。

飞行器的坠机事故绝大部分发生在降落过程中,所以回收对于飞机来说,真的是行百里路而半九十。因为没有驾驶员在空中感受飞行器的状态,所以固定翼无人机大部分不能进行主视角控制,所以回收的对准、下滑线控制、对跑道、纠偏等工作必须在半自主或全自主状态下完成。而接近地面气流会变得混乱,所以自主降落对于固定翼无人机的整个飞行过程来说,是最复杂的一组操作,对飞控系统的控制能力和飞行器的气动特性都是严峻的考验。而对于直升机和多旋翼无人机来说,降落问题完全是另一回事。它们的应用场景一般不具备宽阔的跑道或降落区域,只有一个飞机大小的空间,甚至是在舰船这种运动中的平台。所以精确定点降落,或跟随降落才是此类飞行器关注的焦点。

滑跑降落

无人机滑跑降落

滑跑降落是固定翼无人机传统的降落方式,无人机首先进行五边飞行调整航向和距离,保持一定角度的下滑线,对准跑道并在跑道起点附近着陆,在滑跑过程中通过起落架吸能,或者通过制动、减速伞、反推减速,直至停止。

滑跑降落的技术难度远远高于滑跑起飞,因为降落的落点必须在跑道的起始点,这就要精确控制下滑线;落点还要尽量对准跑道中心线,这样才能给落地以后的纠偏留出更大的运动空间;降落之前必须在侧风中保证飘移量,并不断用副翼和方向舵修正,而在落地的一瞬间将机头摆正对准跑道,否则因为轮胎的摩擦力远大于气动力,会使飞行器在着地一瞬间偏航;对于舰载降落,则是把前面的全部因素都变成运动的目标,其难度可想而知。

由于全球定位技术的发展,现在的无人机都可以全自主完成对准跑道的操作,但是其他问题则依然要依赖飞控的核心算法实现。很多飞控还开放了人工干预功能,针对过大的偏差和降落失败的情况,允许人工修正或复飞来降低损失。

伞降

伞降一般配合弹射起飞或滑跑起飞来使用,这是小型无人机专用的技术,中大型无人机和载人飞行器由于所需的降落伞过于庞大,很少使用。微型无人机则因为载荷能力有限,很少配备。低空作业的多旋翼无人机和无人直升机也不配备降落伞,因为它们不具备让降落伞展开的速度和高度条件。

无人机伞降和舰载无人机撞线回收

伞降无人机一般都带有伞舱,用于容纳降落伞。降落时飞控先控制发动机停转,防止降落伞缠绕;然后控制伞舱盖打开,释放牵引伞,再由牵引伞展开拉出主伞,主伞展开后实现降落。降落伞一般使用多个吊点围绕在飞行器重心周围,形成稳定的牵引使飞行器以预定的姿态落地。

伞降并不是完美的着陆手段,缺陷十分明显。首先在飞行器的机载设备中,降落伞属于比较重的设备之一,而这个重量在整个任务执行过程中全部是费重,不发挥任何功能,会大大降低飞行器性能。另外开伞降落过程中如果遇到大风,会使飞机偏离落点,有时甚至飘移几公里,对附近的建筑物和输电线路造成危害。所以开伞的控制往往是人工发指令,需要有一定经验,根据风速和方向改变开伞地点,但是人工操作会降低无人机系统执行任务的自动化程度。如果飞行器落地以后遇到大风,则会被降落伞拖行造成重大损失,所以很多伞降无人机必须加装切伞器才能保证飞机的顺利回收,但是切伞器是一种脉冲控制的设备,如果在空中因为干扰或线路搭接出现故障,则会导致降落伞失效。还有,降落伞的叠伞必须严格按照厂家提供的操作规程进行,否则会占用大量空间而且开伞成功率会受到影响,这就增加了飞行器起飞的准备时间和操作人员的技术要求。这些只是常见问题,降落伞作为航空设备并不是一个简单易用的方法,它从设计、生产到使用都有大量技术问题需要解决。

撞网撞线

无人机撞网撞线回收是近年兴起的一种新方法,既可以解决滑跑所需的场地问题,又可以避免伞降带来的各种不便,尤其是这些设备方便舰载,成为船用无人机的优选降落方案。

撞网撞线回收系统一般都由拦截网或拦截绳索、支架、缓冲器等设备组成。拦截网或拦截绳索,负责对飞行器进行阻拦。无人机撞网或撞线之后牵动缓冲器吸收能量,降低冲击。无人机在网或绳索上滑落的过程中会与其缠绕,安全回收。撞网回收原理比较简单,对飞行器导航精度要求相对不高,一般配合激光导引装置就可以完成回收,但是撞网设备相对庞大,展开需要几个小时。

撞线回收是美英在联合研制扫描鹰无人机系统的过程中,对撞网回收的一次改进,大幅简化了设备规模,加快了回收系统的展开过程。但是由于拦截绳索的拦截有效面积远远低于拦截网,而且随着船只摇摆,绳索顶端运动范围非常大,这对于飞行器的控制系统有非常高的要求。另外飞机还需要在翼尖加装天钩系统,能够自动钩住拦截绳索,这种冲击对飞行器机翼强度有着更高的要求。