無人機回收系統(tǒng)故障分析

魏昌全

摘 要：為找到無人機回收系統(tǒng)故障的原因，運用故障樹分析法建立故障樹模型，為故障排查指明方向，并定位故障。根據(jù)故障排查結(jié)果，對故障部件進行故障模式、機理影響分析，確定故障模式和影響，找出故障發(fā)生的根本原因和故障機理，提出改進措施，有助于提高無人機回收系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：無人機 回收故障 故障樹分析 故障模式機理影響分析

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（c）-0056-02

隨著無人機技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，滿足不同需求的新型無人機不斷涌現(xiàn)。具有飛行高度低、飛行速度快、雷達(dá)散射截面積小、可回收等特點的無人機是新型無人機發(fā)展的重要方向。該型無人機在研制試飛回收階段發(fā)生故障，無人機回收失敗墜毀，為查明故障原因，提出改進措施，提高無人機回收可靠性，采用故障樹分析[1，2]（FTA）和故障模式、機理影響分析[3]（FMMEA）相結(jié)合的方法進行故障分析。

1 總體思路

基于FTA-FMMEA[4]進行無人機回收系統(tǒng)故障分析的總體思路。

首先通過對無人機回收故障現(xiàn)象的描述分析，確定故障樹分析的頂事件，根據(jù)頂事件形成的原因?qū)ふ抑虚g事件和底事件，建立故障樹模型，針對故障樹模型中的各底事件逐項進行分析排查，從而定位故障。針對定位的故障部件進行故障模式、機理影響分析，確定其潛在的故障模式及影響，分析各故障模式的故障原因及故障機理，并提出相應(yīng)的改進措施，從而提高該型無人機的回收可靠性。

2 基于FTA的故障分析

2.1 故障描述及頂事件確定

無人機在研制試飛回收過程中發(fā)生故障的具體表現(xiàn)形式為：無人機到達(dá)回收啟動點后，飛控系統(tǒng)正常發(fā)送回收系統(tǒng)的回收時序指令，回收傘艙蓋解鎖機構(gòu)正常工作，傘艙蓋正常彈開和分離。但是，回收傘艙中的回收傘未出艙，回收系統(tǒng)未發(fā)揮減速、穩(wěn)降作用，無人機繼續(xù)向前飛行，運動參數(shù)滿足自毀判據(jù)后，無人機打舵自毀。通過對無人機殘骸進行檢查，發(fā)現(xiàn)回收系統(tǒng)的拋傘機構(gòu)未工作，仍整體留在無人機回收傘艙內(nèi)。

通過上述故障描述可知，此次無人機回收故障的原因是拋傘機構(gòu)未工作，中斷了無人機的回收流程，導(dǎo)致回收傘未起到減速、穩(wěn)降作用，使無人機運動參數(shù)滿足自毀判據(jù)，從而打舵自毀。因此，在對此次回收故障進行故障樹分析時，將拋傘機構(gòu)未工作作為頂事件F。

2.2 故障樹建立

拋傘機構(gòu)工作的基本流程為：飛控計算機發(fā)出拋傘機構(gòu)工作指令→拋傘指令經(jīng)電氣線路傳送至相應(yīng)繼電器→繼電器閉合→接通啟動機構(gòu)啟動線路→集熱器熔斷→點燃啟動藥→點燃推進藥柱→推進藥柱燃燒產(chǎn)生能量由噴管噴出產(chǎn)生推力→在推力作用下運動殼體由固定機構(gòu)射出→經(jīng)連接帶實現(xiàn)回收傘出艙。通過分析拋傘機構(gòu)工作的基本流程，以拋傘機構(gòu)未工作為頂事件，可建立如圖2所示故障樹。

圖2中各事件符號代表意義如下：F表示拋傘機構(gòu)未工作；F1表示拋傘機構(gòu)失效；F2表示拋傘機構(gòu)未收到工作指令；F3表示啟動機構(gòu)失效；F4表示運動機構(gòu)失效；F5表示工作指令未傳到拋傘機構(gòu)；F6表示繼電器故障；X1表示固定機構(gòu)變形；X2表示飛控計算機未發(fā)出工作指令；X3表示啟動機構(gòu)集熱器失效；X4表示啟動機構(gòu)啟動藥失效；X5表示啟動機構(gòu)導(dǎo)線故障；X6表示啟動機構(gòu)插頭未連接；X7表示運動機構(gòu)推進藥柱失效；X8表示運動殼體損傷；X9表示運動機構(gòu)擋板脫落；X10表示運動機構(gòu)膠圈失效；X11表示運動機構(gòu)噴管堵塞；X12表示無人機電氣線路故障；X13表示無人機電池電壓不滿足拋傘機構(gòu)工作要求；X14表示繼電器1故障；X15表示繼電器2故障。

用上行法[5]可求得故障樹模型如下：

F=X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8+X9+X10+X12+X13+X14、X15

2.3 故障定位

通過對飛行試驗遙測數(shù)據(jù)進行判讀可知，飛控計算機發(fā)出了拋傘機構(gòu)工作指令，無人機電池電壓滿足拋傘機構(gòu)工作要求。因此，故障X2和X13可排除。

通過復(fù)查無人機技術(shù)準(zhǔn)備表格和技術(shù)準(zhǔn)備工作照片可知，拋傘機構(gòu)外觀正常、工作阻值正常，啟動機構(gòu)插頭正常連接。因此，故障X1、X5、X6可排除。

通過對無人機殘骸中與拋傘機構(gòu)工作指令相關(guān)的電氣控制裝置電路、連接電纜進行檢查，電氣控制裝置的繼電器1、繼電器2動作正常，電纜連接正常。因此，故障X12、X14、X15可排除。

通過對故障拋傘機構(gòu)分解檢查可知，運動機構(gòu)噴管未堵塞、運動機構(gòu)膠圈未失效、運動機構(gòu)擋板未脫落、運動殼體未損傷、運動機構(gòu)推進藥柱未工作，啟動機構(gòu)集熱器熔斷、啟動機構(gòu)啟動藥未工作。因此，故障X3、X8、X9、X10、X11可排除，故障X4、X7不可排除。

由于啟動機構(gòu)啟動藥正常工作是運動機構(gòu)推進藥柱工作的先決條件，因此，頂事件F（拋傘機構(gòu)未工作）的故障原因為啟動機構(gòu)啟動藥失效，即故障X4。

3 故障模式、機理影響分析

3.1 故障模式及影響分析

啟動機構(gòu)啟動藥采用三級啟動方式，由熱敏藥、次啟動藥、主啟動藥組成。啟動機構(gòu)啟動藥可能存在的故障模式為熱敏藥失效、次啟動藥失效、主啟動藥失效。上述任一故障模式發(fā)生，都將導(dǎo)致啟動機構(gòu)啟動失敗，拋傘機構(gòu)無法工作，無人機回收失敗。

3.2 故障原因

熱敏藥失效、次啟動藥失效、主啟動藥失效的故障原因分析如下。

（1）藥劑漏裝。如果在啟動機構(gòu)裝配過程中，裝配工人漏裝熱敏藥、次啟動藥、主啟動藥中的任意一種藥劑都將導(dǎo)致相應(yīng)的故障模式發(fā)生，從而導(dǎo)致啟動機構(gòu)啟動失敗。

（2）藥劑工作前脫落。熱敏藥、次啟動藥與集熱器通過綢墊封裝在一起，如果封裝時管殼收口壓接不到位，在外界震動條件下易造成綢墊脫落，熱敏藥和次啟動藥將脫落于主啟動藥內(nèi)，從而導(dǎo)致集熱器工作時產(chǎn)生的熱能無法有效傳遞，造成啟動機構(gòu)啟動失敗。

（3）藥劑受潮。如果拋傘機構(gòu)長期存儲在濕度過高的環(huán)境中，且沒有采取有效的控制措施，則熱敏藥、次啟動藥、主啟動藥容易受潮，任意一種藥劑受潮都將導(dǎo)致相應(yīng)的故障模式發(fā)生，從而導(dǎo)致啟動機構(gòu)啟動失敗。

（4）藥劑藥量不足。如果在啟動機構(gòu)裝配過程中，裝配工人在裝填熱敏藥、次啟動藥、主啟動藥中任意一種藥劑時沒有達(dá)到要求的藥量，都將導(dǎo)致啟動機構(gòu)的傳熱過程中斷，造成啟動機構(gòu)啟動失敗。

（5）藥劑制藥不勻。熱敏藥液使用時，需攪拌工藝，長時間放置后會出現(xiàn)藥液分層，影響熱敏藥性能。

3.3 改進措施

人為失誤出現(xiàn)了9次，溫濕度控制出現(xiàn)了3次，震動沖擊出現(xiàn)了2次。人為失誤主要出現(xiàn)在熱敏藥、次啟動藥、主啟動藥的裝配環(huán)節(jié)，溫濕度控制和震動沖擊主要出現(xiàn)在存儲、使用環(huán)節(jié)。因此，提出如下改進措施。

（1）規(guī)范啟動藥裝配工藝流程。

制作啟動藥裝配工藝流程表，細(xì)化熱敏藥、次啟動藥、主啟動藥裝配工藝流程，明確裝配先后順序及各藥劑藥量，明確熱敏藥、次啟動藥封裝時管殼收口和綢墊固定要求，明確熱敏藥液攪拌工藝要求等。裝配工人應(yīng)嚴(yán)格按照裝配工藝流程表進行裝配操作，逐項對照檢查，對于關(guān)鍵操作（例如：管殼收口、綢墊固定等）應(yīng)拍照為證，最后應(yīng)簽字確認(rèn)。

（2）強化驗收環(huán)節(jié)把控。

啟動機構(gòu)批次驗收環(huán)節(jié)應(yīng)派專人對啟動藥裝配過程中產(chǎn)生的技術(shù)資料（裝配工藝流程表、照片）進行復(fù)查，并明確啟動機構(gòu)批次驗收需進行震動試驗。

（3）明確啟動機構(gòu)存儲、使用條件。

給出啟動機構(gòu)存儲時的溫濕度控制要求，明確啟動機構(gòu)使用過程中的注意事項，應(yīng)嚴(yán)格按照要求進行存儲、使用。

4 結(jié)語

本文運用FTA-FMMEA綜合分析法對無人機在研制試飛回收階段發(fā)生的故障進行分析，通過FTA分析確定了故障原因為啟動機構(gòu)啟動藥失效。通過FMMEA分析明確了啟動機構(gòu)啟動藥潛在故障模式及影響，分析了其故障原因及故障機理，并提出了相應(yīng)的改進措施，提高了啟動機構(gòu)啟動藥可靠性，從而提高了無人機回收系統(tǒng)可靠性。

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