固定翼無(wú)人機(jī)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

【摘 要】在現(xiàn)代電子技術(shù)和信息技術(shù)的支持下，無(wú)人機(jī)應(yīng)用范圍愈加廣泛，在眾多的無(wú)人機(jī)回收技術(shù)中撞網(wǎng)回收作為適合固定翼無(wú)人機(jī)的回收技術(shù)越來(lái)越受到關(guān)注。本文首先介紹了國(guó)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(diǎn)分析了固定翼無(wú)人機(jī)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(jiàn)。

【關(guān)鍵詞】固定翼無(wú)人機(jī) 撞網(wǎng)回收 吸能緩沖

1 無(wú)人機(jī)撞網(wǎng)回收技術(shù)簡(jiǎn)要分析及應(yīng)用

無(wú)人機(jī)自問(wèn)世迄今已有近百年的歷史了，雖然最先開(kāi)始是被應(yīng)用于軍事偵查，但是現(xiàn)在無(wú)人機(jī)種類繁多，功能巨大，例如靶機(jī)，無(wú)人偵察機(jī)、無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)等等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從上世紀(jì)九十年代到本世紀(jì)的前十年里，無(wú)人機(jī)的數(shù)量增長(zhǎng)迅速，尤其是小型無(wú)人機(jī)幾乎以沒(méi)十年翻一番的速度增長(zhǎng)，從1990年代的25000架猛增到2010年的10萬(wàn)架。這期間，無(wú)人機(jī)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(dòng)回收等回收技術(shù)。而無(wú)人機(jī)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(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷史了。無(wú)人機(jī)撞網(wǎng)回收技術(shù)是以其精確的定點(diǎn)回收而著稱的，對(duì)于小型固定翼無(wú)人機(jī)在艦船上回收或者在面積較小的回收?qǐng)龅囟宰簿W(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(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)高精度撞網(wǎng)，緩能上如何實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)柔和地吸收能量，結(jié)果上如何實(shí)現(xiàn)保證無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)回收時(shí)較為常見(jiàn)。由于撞網(wǎng)的材料一般是由極具彈性、堅(jiān)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(wú)人機(jī)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(shì)：基本上擺脫了回收?qǐng)龅剡x擇的弊端，理論上幾乎可以在任何場(chǎng)地進(jìn)行回收，而且由于夠成相對(duì)簡(jiǎn)單，極易操作，布設(shè)簡(jiǎn)單，即便在條件符合的山區(qū)和艦體見(jiàn)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?qǐng)龅氐南拗?，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(wú)人機(jī)的撞網(wǎng)帶來(lái)了極大的困難。此外，當(dāng)在艦船上進(jìn)行回收時(shí)，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(dá)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(wú)人機(jī)通常不能精確撞網(wǎng)，更嚴(yán)重的是撞毀艦船的先進(jìn)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(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)撞網(wǎng)回收的精確回收關(guān)鍵在于無(wú)人機(jī)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(jìn)行地面回收設(shè)備的研究，因此不再對(duì)末端引導(dǎo)進(jìn)行討論。緩能吸收設(shè)備主要是由兩部分組成的：一個(gè)是由攔網(wǎng)和立桿構(gòu)成的阻攔網(wǎng)體，另一個(gè)則是專門的吸能緩沖器。地面緩能設(shè)備的難點(diǎn)在于如何使得無(wú)人機(jī)機(jī)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(duì)無(wú)人機(jī)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(gè)方面的要求進(jìn)行研發(fā)，既能滿足無(wú)人機(jī)緩沖平均過(guò)載和瞬時(shí)過(guò)載峰值滿足無(wú)人機(jī)體以及網(wǎng)體的乘力特性，不對(duì)其造成損害又可以保證被緩能吸收的機(jī)動(dòng)能量不被釋放出來(lái)作用于撞網(wǎng)的無(wú)人機(jī)而使其受到二次傷害。通過(guò)貴對(duì)國(guó)外無(wú)人機(jī)撞網(wǎng)回收技術(shù)的文獻(xiàn)梳理與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，在微小型無(wú)人機(jī)（以美國(guó)“銀狐”和“殺人蜂”為代表的總質(zhì)量小于40KG的無(wú)人機(jī)）以及固定翼無(wú)人機(jī)的撞網(wǎng)回收系統(tǒng)中，當(dāng)其進(jìn)行撞網(wǎng)回收時(shí)幾乎可以完全實(shí)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(jī)動(dòng)能量，而當(dāng)總質(zhì)量大于40KG的大中型無(wú)人機(jī)進(jìn)行撞網(wǎng)回收時(shí)，吸收機(jī)動(dòng)能的功能主要專門的吸能緩沖器來(lái)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(guó)內(nèi)的撞網(wǎng)回收地面緩能設(shè)備，首要的是要對(duì)設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)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(jì)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(wú)人機(jī)的機(jī)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其彈性勢(shì)能并保證其不再被意外釋放出來(lái)，所以，當(dāng)今研發(fā)的重點(diǎn)就是吸能緩沖裝置既能充分吸收無(wú)人機(jī)的機(jī)動(dòng)能又能將其進(jìn)行轉(zhuǎn)化不被再次釋放。通過(guò)篩選對(duì)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(jī)動(dòng)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(jī)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其工作的內(nèi)能而不會(huì)被再次釋放導(dǎo)致反彈。我國(guó)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(jìn)行了一次模擬實(shí)驗(yàn)，在某型號(hào)的固定翼無(wú)人機(jī)的地面攔阻系統(tǒng)中裝備了兩個(gè)渦輪阻尼裝置，作為吸能緩沖裝置，成功的進(jìn)行了超過(guò)120KG的中型無(wú)人機(jī)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的測(cè)定數(shù)據(jù)表明，固定翼無(wú)人機(jī)的縱向緩沖平均過(guò)載不超過(guò)3g渦輪阻尼裝置吸收的機(jī)動(dòng)能量總和為整個(gè)無(wú)人機(jī)總動(dòng)能的95%左右，這說(shuō)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(wú)人機(jī)撞網(wǎng)，其關(guān)鍵部件和脆弱部件的承受力的問(wèn)題。當(dāng)固定翼無(wú)人機(jī)入網(wǎng)時(shí)，其機(jī)頭、機(jī)翼的前緣、固定機(jī)翼與機(jī)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(wú)人機(jī)過(guò)載變化特性前提下對(duì)這些關(guān)鍵部件的保護(hù)措施，盡量做到最大程度上使無(wú)人機(jī)的回收受到最小的傷害以及避免其它的意外傷害。至于無(wú)人機(jī)在攔網(wǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)的過(guò)載變化特性則可以借助系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析建模以及仿真計(jì)算獲得。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：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(wú)人機(jī)電力巡檢。