固定翼無人機撞網回收技術地面回收設備的研究

林朝輝 吳冰瑩 王效波

【摘 要】在現代電子技術和信息技術的支持下，無人機應用范圍愈加廣泛，在眾多的無人機回收技術中撞網回收作為適合固定翼無人機的回收技術越來越受到關注。本文首先介紹了國內外撞網回收技術的發展和應用狀況，其次重點分析了固定翼無人機撞網回收技術的地面回收設備，并在最后提出了一些意見。

【關鍵詞】固定翼無人機 撞網回收 吸能緩沖

1 無人機撞網回收技術簡要分析及應用

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用于軍事偵查，但是現在無人機種類繁多，功能巨大，例如靶機，無人偵察機、無人戰斗機等等。據統計，從上世紀九十年代到本世紀的前十年里，無人機的數量增長迅速，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，無人機回收技術也不斷發展和創新出現了自行著陸回收、撞網回收、傘降回收、垂直起降回收和智能自動回收等回收技術。而無人機撞網回收技術的研發則始自于上世紀七十年代末，到現在也有近半個世紀的發展歷史了。無人機撞網回收技術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回收以一種極其理想的回收方式，在某種意義上可將其當坐零距離回收技術。撞網回收技術的核心設置是撞網回收系統，主要由阻攔網裝置、緩能吸收裝置以及末端精確引導裝置構成，其中阻攔網裝置和緩能吸收裝置主要是屬于地面設備。撞網回收技術的關鍵在于引導上如何實現無人機高精度撞網，緩能上如何實現平穩柔和地吸收能量，結果上如何實現保證無人機不受損及其再利用。

2 撞網回收技術的分類及利弊分析

如果以撞網回收的阻攔網和阻網支架數量為基準，無人機撞網回收可以分為單網單桿、單網雙桿、單網三桿、雙網雙桿四種回收方案。其中單網單桿和單網雙桿受制于本身承受能力的限制，一般經常用于質量較輕、體積較小的小型無人機的回收，而單網三桿和雙網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，再加之阻網兩旁的能量吸收裝置，當無人機撞向阻網后，其慣性很快消失，速度歸零。因此，相比其它的回收方式，撞網回收一般具有以下方面的優勢：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，布設簡單，即便在條件符合的山區和艦體見到的艦船上也可以輕松回收。當然撞網回收也有其弊端，雖然撞網回收不受從回收場地的限制，但是由于其阻網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，給無人機的撞網帶來了極大的困難。此外，當在艦船上進行回收時，由于艦體本身的規模有限，而且有限的空間內軍艦一般都裝備了天線、雷達以及導彈等諸多設備，更使得回收空間受限，如果在海上遇到大風天氣導致艦船不穩，在操作不當的情況下無人機通常不能精確撞網，更嚴重的是撞毀艦船的先進設備。

3 撞網回收技術的地面設備分析

3.1 地面回收設備的發展現狀

能否實現無人機撞網回收的精確回收關鍵在于無人機的末端引導設備以及地面設備中的緩能吸收設備。本文主要進行地面回收設備的研究，因此不再對末端引導進行討論。緩能吸收設備主要是由兩部分組成的：一個是由攔網和立桿構成的阻攔網體，另一個則是專門的吸能緩沖器。地面緩能設備的難點在于如何使得無人機機體以及關鍵部件不受損害又保證阻攔網不被沖破而對無人機造成再傷害。因此地面緩能吸收設備的要求也應基于以上兩個方面的要求進行研發，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的無人機而使其受到二次傷害。通過貴對國外無人機撞網回收技術的文獻梳理與實踐經驗來看，在微小型無人機（以美國“銀狐”和“殺人蜂”為代表的總質量小于40KG的無人機）以及固定翼無人機的撞網回收系統中，當其進行撞網回收時幾乎可以完全實現在攔阻網體以及立桿支架彈性變形的共同作用下吸收機動能量，而當總質量大于40KG的大中型無人機進行撞網回收時，吸收機動能的功能主要專門的吸能緩沖器來承擔。

3.2 完善地面回收設備的思考

因此，要完善目前國內的撞網回收地面緩能設備，首要的是要對設計問題進行關注，即在阻攔網體裝置以及吸能緩沖裝置的設計中，應該充分考慮阻攔網體裝置以及立網支架裝置如何將吸收無人機的機動能轉化為其彈性勢能并保證其不再被意外釋放出來，所以，當今研發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化不被再次釋放。通過篩選對比可以發現渦輪阻尼裝置是一種非常符合我們預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是液體，因此渦輪阻尼裝置可以確保被吸收的機動能轉化為其工作的內能而不會被再次釋放導致反彈。我國目前也出現了這方面的研究，如南京航空航天大學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的入網速度狀態下安全、平穩的撞網回收。實驗結果與實驗的測定數據表明，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，其關鍵部件和脆弱部件的承受力的問題。當固定翼無人機入網時，其機頭、機翼的前緣、固定機翼與機身的關鍵接頭等部位極易受到沖擊和損壞，必須充分做好在根據無人機過載變化特性前提下對這些關鍵部件的保護措施，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。至于無人機在攔網內運動的過載變化特性則可以借助系統的動力學分析建模以及仿真計算獲得。

參考文獻：

[1] 褚永康.無人機撞網回收系統設計與分析[D].湖南大學，2011.

[2] 鄒湘伏.無人機發展現狀及相關技術[J].飛航導彈，2006.

[3] 裴錦華.無人機撞網回收的技術發展[J].南京航空航天大學學報，2009.

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