固定翼無人機撞網(wǎng)回收技術(shù)地面回收設(shè)備的研究

林朝輝　吳冰瑩　王效波（.福州市振源科技開發(fā)有限公司，福建福州　350000；.武漢智能鳥無人機有限公司，湖北武漢　43005）

固定翼無人機撞網(wǎng)回收技術(shù)地面回收設(shè)備的研究

林朝輝1吳冰瑩1王效波2
（1.福州市振源科技開發(fā)有限公司，福建福州350000；2.武漢智能鳥無人機有限公司，湖北武漢430205）

在現(xiàn)代電子技術(shù)和信息技術(shù)的支持下，無人機應(yīng)用范圍愈加廣泛，在眾多的無人機回收技術(shù)中撞網(wǎng)回收作為適合固定翼無人機的回收技術(shù)越來越受到關(guān)注。本文首先介紹了國內(nèi)外撞網(wǎng)回收技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用狀況，其次重點分析了固定翼無人機撞網(wǎng)回收技術(shù)的地面回收設(shè)備，并在最后提出了一些意見。

固定翼無人機撞網(wǎng)回收吸能緩沖

1　無人機撞網(wǎng)回收技術(shù)簡要分析及應(yīng)用

無人機自問世迄今已有近百年的歷史了，雖然最先開始是被應(yīng)用于軍事偵查，但是現(xiàn)在無人機種類繁多，功能巨大，例如靶機，無人偵察機、無人戰(zhàn)斗機等等。據(jù)統(tǒng)計，從上世紀(jì)九十年代到本世紀(jì)的前十年里，無人機的數(shù)量增長迅速，尤其是小型無人機幾乎以沒十年翻一番的速度增長，從1990年代的25000架猛增到2010年的10萬架。這期間，無人機回收技術(shù)也不斷發(fā)展和創(chuàng)新出現(xiàn)了自行著陸回收、撞網(wǎng)回收、傘降回收、垂直起降回收和智能自動回收等回收技術(shù)。而無人機撞網(wǎng)回收技術(shù)的研發(fā)則始自于上世紀(jì)七十年代末，到現(xiàn)在也有近半個世紀(jì)的發(fā)展歷史了。無人機撞網(wǎng)回收技術(shù)是以其精確的定點回收而著稱的，對于小型固定翼無人機在艦船上回收或者在面積較小的回收場地而言撞網(wǎng)回收以一種極其理想的回收方式，在某種意義上可將其當(dāng)坐零距離回收技術(shù)。撞網(wǎng)回收技術(shù)的核心設(shè)置是撞網(wǎng)回收系統(tǒng)，主要由阻攔網(wǎng)裝置、緩能吸收裝置以及末端精確引導(dǎo)裝置構(gòu)成，其中阻攔網(wǎng)裝置和緩能吸收裝置主要是屬于地面設(shè)備。撞網(wǎng)回收技術(shù)的關(guān)鍵在于引導(dǎo)上如何實現(xiàn)無人機高精度撞網(wǎng)，緩能上如何實現(xiàn)平穩(wěn)柔和地吸收能量，結(jié)果上如何實現(xiàn)保證無人機不受損及其再利用。

2　撞網(wǎng)回收技術(shù)的分類及利弊分析

如果以撞網(wǎng)回收的阻攔網(wǎng)和阻網(wǎng)支架數(shù)量為基準(zhǔn)，無人機撞網(wǎng)回收可以分為單網(wǎng)單桿、單網(wǎng)雙桿、單網(wǎng)三桿、雙網(wǎng)雙桿四種回收方案。其中單網(wǎng)單桿和單網(wǎng)雙桿受制于本身承受能力的限制，一般經(jīng)常用于質(zhì)量較輕、體積較小的小型無人機的回收，而單網(wǎng)三桿和雙網(wǎng)雙桿的回收方式則在艦載無人機回收時較為常見。由于撞網(wǎng)的材料一般是由極具彈性、堅韌的高科技材料編制而成，再加之阻網(wǎng)兩旁的能量吸收裝置，當(dāng)無人機撞向阻網(wǎng)后，其慣性很快消失，速度歸零。因此，相比其它的回收方式，撞網(wǎng)回收一般具有以下方面的優(yōu)勢：基本上擺脫了回收場地選擇的弊端，理論上幾乎可以在任何場地進行回收，而且由于夠成相對簡單，極易操作，布設(shè)簡單，即便在條件符合的山區(qū)和艦體見到的艦船上也可以輕松回收。當(dāng)然撞網(wǎng)回收也有其弊端，雖然撞網(wǎng)回收不受從回收場地的限制，但是由于其阻網(wǎng)的面積通常不能滿足回收的需要，尤其是在天氣條件不利的情況下，給無人機的撞網(wǎng)帶來了極大的困難。此外，當(dāng)在艦船上進行回收時，由于艦體本身的規(guī)模有限，而且有限的空間內(nèi)軍艦一般都裝備了天線、雷達以及導(dǎo)彈等諸多設(shè)備，更使得回收空間受限，如果在海上遇到大風(fēng)天氣導(dǎo)致艦船不穩(wěn)，在操作不當(dāng)?shù)那闆r下無人機通常不能精確撞網(wǎng)，更嚴(yán)重的是撞毀艦船的先進設(shè)備。

3　撞網(wǎng)回收技術(shù)的地面設(shè)備分析

3.1地面回收設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

能否實現(xiàn)無人機撞網(wǎng)回收的精確回收關(guān)鍵在于無人機的末端引導(dǎo)設(shè)備以及地面設(shè)備中的緩能吸收設(shè)備。本文主要進行地面回收設(shè)備的研究，因此不再對末端引導(dǎo)進行討論。緩能吸收設(shè)備主要是由兩部分組成的：一個是由攔網(wǎng)和立桿構(gòu)成的阻攔網(wǎng)體，另一個則是專門的吸能緩沖器。地面緩能設(shè)備的難點在于如何使得無人機機體以及關(guān)鍵部件不受損害又保證阻攔網(wǎng)不被沖破而對無人機造成再傷害。因此地面緩能吸收設(shè)備的要求也應(yīng)基于以上兩個方面的要求進行研發(fā)，既能滿足無人機緩沖平均過載和瞬時過載峰值滿足無人機體以及網(wǎng)體的乘力特性，不對其造成損害又可以保證被緩能吸收的機動能量不被釋放出來作用于撞網(wǎng)的無人機而使其受到二次傷害。通過貴對國外無人機撞網(wǎng)回收技術(shù)的文獻梳理與實踐經(jīng)驗來看，在微小型無人機（以美國“銀狐”和“殺人蜂”為代表的總質(zhì)量小于40KG的無人機）以及固定翼無人機的撞網(wǎng)回收系統(tǒng)中，當(dāng)其進行撞網(wǎng)回收時幾乎可以完全實現(xiàn)在攔阻網(wǎng)體以及立桿支架彈性變形的共同作用下吸收機動能量，而當(dāng)總質(zhì)量大于40KG的大中型無人機進行撞網(wǎng)回收時，吸收機動能的功能主要專門的吸能緩沖器來承擔(dān)。

3.2完善地面回收設(shè)備的思考

因此，要完善目前國內(nèi)的撞網(wǎng)回收地面緩能設(shè)備，首要的是要對設(shè)計問題進行關(guān)注，即在阻攔網(wǎng)體裝置以及吸能緩沖裝置的設(shè)計中，應(yīng)該充分考慮阻攔網(wǎng)體裝置以及立網(wǎng)支架裝置如何將吸收無人機的機動能轉(zhuǎn)化為其彈性勢能并保證其不再被意外釋放出來，所以，當(dāng)今研發(fā)的重點就是吸能緩沖裝置既能充分吸收無人機的機動能又能將其進行轉(zhuǎn)化不被再次釋放。通過篩選對比可以發(fā)現(xiàn)渦輪阻尼裝置是一種非常符合我們預(yù)期要求的吸能緩沖裝置，在吸能方面它能保證大部分機動能被充分吸收，更重要的是由于其工作的介質(zhì)是液體，因此渦輪阻尼裝置可以確保被吸收的機動能轉(zhuǎn)化為其工作的內(nèi)能而不會被再次釋放導(dǎo)致反彈。我國目前也出現(xiàn)了這方面的研究，如南京航空航天大學(xué)在不久前就進行了一次模擬實驗，在某型號的固定翼無人機的地面攔阻系統(tǒng)中裝備了兩個渦輪阻尼裝置，作為吸能緩沖裝置，成功的進行了超過120KG的中型無人機在28m/s的入網(wǎng)速度狀態(tài)下安全、平穩(wěn)的撞網(wǎng)回收。實驗結(jié)果與實驗的測定數(shù)據(jù)表明，固定翼無人機的縱向緩沖平均過載不超過3g渦輪阻尼裝置吸收的機動能量總和為整個無人機總動能的95%左右，這說明了渦輪阻尼裝置在吸能方面的極高效率與極佳性能。

其次，還要考慮一旦無人機撞網(wǎng)，其關(guān)鍵部件和脆弱部件的承受力的問題。當(dāng)固定翼無人機入網(wǎng)時，其機頭、機翼的前緣、固定機翼與機身的關(guān)鍵接頭等部位極易受到?jīng)_擊和損壞，必須充分做好在根據(jù)無人機過載變化特性前提下對這些關(guān)鍵部件的保護措施，盡量做到最大程度上使無人機的回收受到最小的傷害以及避免其它的意外傷害。至于無人機在攔網(wǎng)內(nèi)運動的過載變化特性則可以借助系統(tǒng)的動力學(xué)分析建模以及仿真計算獲得。

［1］褚永康.無人機撞網(wǎng)回收系統(tǒng)設(shè)計與分析［D］.湖南大學(xué)，2011.

［2］鄒湘伏.無人機發(fā)展現(xiàn)狀及相關(guān)技術(shù)［J］.飛航導(dǎo)彈，2006.

［3］裴錦華.無人機撞網(wǎng)回收的技術(shù)發(fā)展［J］.南京航空航天大學(xué)學(xué)報，2009.

林朝輝（1972—），男，福建福州人，本科，畢業(yè)于福州大學(xué)，工程師，研究方向：無人機電力巡檢。