某型號無人機環境試驗技術策劃

魏英魁，胡彥平，宮曉春

（北京強度環境研究所，北京 100076）

某型無人機是全新研制、中高空飛行、主要執行戰場偵察任務的飛行器。根據該型無人機工作使用環境特點，總結分析其工作期間遭受的環境載荷的來源與特點，同時對無人機結構動力特性進行了分析，并最終確定該型無人機的環境試驗條件與考核方案。

1 某型無人機簡介

某型無人機是一新型偵察型飛行器，該型無人機采用共軸雙旋翼技術[1-3]、模塊化設計、結構緊湊、維護方便。其搭載自主研發的飛行控制系統，實現了飛機從起飛、懸停、航路點飛行到降落所有飛行狀態的全自主化，并具有鏈路失效保護和自動返航功能。無人直升機采用電控-分控式旋翼控制技術，減少了結構復雜性，降低了整體質量，提高了系統可靠性。

2 環境因素對無人機可靠性影響

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

表1 不同環境因素對無人機可靠性影響

3 飛行環境特性分析

根據無人機飛行使用環境和偵察能力指標，分析其在飛行偵察時所能遭受的環境因素。

1）高低溫環境因素：該型無人機車外、機載設備溫度為-40 ~+55 ℃；發動機-25 ℃以上啟動；車內設備溫度為-20~+55 ℃。

2）濕熱環境因素：濕度為 95%±5%，溫度為30~60 ℃交變。

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

4）淋雨環境因素：該型無人機可在小雨（1 mm/h）環境下正常飛行與起降。

5）砂塵環境因素：該型無人機具備在沙漠地形起降的能力。

6）振動力學環境因素：無人機采用共軸雙旋翼技術，存在雙螺旋槳，螺旋槳飛機上設備的振動主要是由螺旋槳轉動誘發的。螺旋槳轉速一般是恒定的，其產生的尖峰頻率固定，但轉速存在少量漂移，故而尖峰有一定帶寬，并非純粹的正弦振動[7-10]。

儀器裝備在無人機上的安裝和制造過程會有些微差異，以及無人機本身共振頻率的差異也會導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，因此該型無人機需進行隨機+窄帶隨機振動力學環境試驗考核。

根據GJB 150.16A—2009《軍用設備實驗室環境試驗方法 第16 部分 振動試驗》[11]相關內容，軍用螺旋槳式飛機設備振動試驗的譜型、量值和持續時間見表2。

表2 軍用螺旋槳式飛機設備振動試驗譜型、量值和持續時間

由表2 可以看出，螺旋槳式飛機振動譜是一種隨機疊加窄帶隨機的振動譜，其窄帶隨機中心頻率f0由無人機螺旋槳轉動速率與槳葉數共同確定。該型無人機為2 槳葉（f0=2×螺旋槳轉速），螺旋槳動力使用的是二沖程活塞式發動機，其性能指標見表3。

表3 活塞發動機性能

由表3 可以看出，無人機旋翼最高轉速為6800 r/min，即頻率為113 Hz。無人機不同工作狀態下，旋翼工作轉速也不相同，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。實際飛行時，無人機在這幾種不同的狀態下轉換，因此在振動力學環境試驗考核時這幾個頻率均要進行考核。在隨機振動環境考核時，要疊加這3 個頻率下的窄帶，根據所考核部件或結構在機上的位置，按表2 計算得到頻率所對應的功率譜密度值，對無人機部件和結構進行隨機+窄帶隨機力學環境考核。

4 環境可靠性試驗實施

根據無人機飛行工作使用環境分析，確定了該型無人機環境可靠性試驗內容與條件，具體見表4。該型無人機環境可靠性試驗按表4 所列內容與試驗條件進行實施，具體試驗操作按照GJB 150A 相應試驗內容規定執行。

表4 無人機環境可靠性試驗項目與條件

5 結語

文中對某型無人機進行了簡介，對氣候與力學環境因素對無人機可靠性的影響進行了闡述，重點分析了該型無人機工作飛行環境特性。最后確定了該型無人機環境試驗內容與條件，并結合相關試驗標準進行了試驗實施。