某型無人機(jī)溫-濕-高試驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

孫 敏，葛慶慶

（63876部隊(duì)，華陰 714200）

某型無人機(jī)溫-濕-高試驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

孫 敏，葛慶慶

（63876部隊(duì)，華陰 714200）

根據(jù)某型無人機(jī)作戰(zhàn)使用環(huán)境和其基本結(jié)構(gòu)特征對(duì)無人機(jī)溫-濕-高試驗(yàn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，為開展無人機(jī)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施提供依據(jù)。

無人機(jī)；環(huán)境因素；溫-濕-高試驗(yàn)

任何武器裝備都要在一定的環(huán)境中使用，而這些環(huán)境狀態(tài)是十分復(fù)雜的，它對(duì)武器裝備的正常作戰(zhàn)使用效果具有很大的影響。據(jù)美國(guó)空軍的調(diào)查,有52 %的產(chǎn)品故障或損壞是由于環(huán)境引起的,其中溫度占21 %、振動(dòng)占14 %、潮濕占10 %。這就迫使人們不得不研究和解決產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性問題。

這里的環(huán)境是指產(chǎn)品在使用過程中所經(jīng)受的外界物理、化學(xué)和生物環(huán)境，通常可分為自然環(huán)境和誘發(fā)（人為）環(huán)境兩大類。自然環(huán)境包括溫度、濕度、低氣壓、太陽(yáng)輻射、淋雨、鹽霧、砂塵、霉菌等；誘發(fā)環(huán)境包括振動(dòng)、沖擊、加速度等。

無人機(jī)的作戰(zhàn)使用中可能遇到的環(huán)境狀態(tài)是多種多樣的，在實(shí)際飛行中，難以達(dá)到各種環(huán)境因素的極限條件和組合條件，故此一般采用實(shí)驗(yàn)室環(huán)境模擬的方法進(jìn)行[1]。

1 溫-濕-高環(huán)境對(duì)無人機(jī)的影響分析

國(guó)內(nèi)高海拔機(jī)場(chǎng)和復(fù)雜航線幾乎全部集中在西南、西北地區(qū)。高原地域地形復(fù)雜、氣候多變，如高原機(jī)場(chǎng)分布較多的青藏高原平均海拔超過4 000 m，主要天氣系統(tǒng)有500 hPa低渦，500 hPa切變線等，這種環(huán)境容易造成湍流和對(duì)流，主要?dú)庀蟊憩F(xiàn)為：空氣稀薄，氣壓低，氧氣少；日溫差大，年溫差小；干季和雨季分明，多夜雨；氣候類型復(fù)雜，垂直變化大。

高原機(jī)場(chǎng)和地域特點(diǎn)對(duì)無人機(jī)的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）高原空氣稀薄，氣壓低，空氣密度低。在海拔5 000 m時(shí)，空氣密度相比標(biāo)準(zhǔn)海平面減少了近40 %，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)推力將急劇減少，無人機(jī)起降推力將受到較大影響。如表1所示為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣參數(shù)表格。

表1 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣參數(shù)表

2）由于高海拔接近大氣層中層，一般情況下地面大風(fēng)機(jī)會(huì)增加。大風(fēng)對(duì)無人機(jī)起降姿態(tài)等影響較大，尤其在高海拔、大風(fēng)等多種極限條件組合情況下對(duì)無人機(jī)起降等性能試驗(yàn)和試驗(yàn)安全都提出了挑戰(zhàn)。

3）高海拔地區(qū)各種天氣在短時(shí)間頻變和反復(fù)出現(xiàn)，垂直變化大，日溫差大，并常年結(jié)冰積雪，諸如這些使用環(huán)境因素，對(duì)無人機(jī)的使用運(yùn)輸和貯存性能將會(huì)產(chǎn)生一定影響。

4）高原含氧量低，對(duì)無人機(jī)操作和使用人員會(huì)產(chǎn)生影響，故此在無人機(jī)進(jìn)行展開撤收時(shí)間、無人機(jī)飛行過程的飛行操控、地面使用維護(hù)等性能均會(huì)有影響。

2 無人機(jī)作戰(zhàn)試驗(yàn)中環(huán)境因素及影響（見表2）

為確定無人機(jī)作戰(zhàn)使用過程中所經(jīng)歷的環(huán)境因素，以某型號(hào)無人機(jī)的主要作戰(zhàn)流程（見圖1）為例展開分析。某型無人機(jī)一般采用快速巡航突防、區(qū)域待機(jī)截獲、抗關(guān)機(jī)拉起待機(jī)、俯沖攻擊方式對(duì)雷達(dá)目標(biāo)進(jìn)行攻擊。

技術(shù)準(zhǔn)備和發(fā)射：無人機(jī)在地面檢測(cè)后，由火箭助推發(fā)射升空。由于無人機(jī)在地面試車時(shí)，無人機(jī)冷卻條件較差，溫度負(fù)荷偏高。故此，該過程主要經(jīng)歷環(huán)境因素有高溫工作、火箭助推時(shí)無人機(jī)承受的沖擊過載。

快速巡航突防：無人機(jī)發(fā)射后經(jīng)爬升段上升到5 000 m高度后，進(jìn)入巡航階段，按照規(guī)劃的航路，快速抵達(dá)作戰(zhàn)區(qū)域。該過程主要經(jīng)歷環(huán)境因素包括低氣壓、低溫工作，以及在爬上過程中承受的低氣壓、溫度沖擊過載等。

抗關(guān)機(jī)拉起待機(jī)：無人機(jī)俯沖攻擊時(shí)，若目標(biāo)關(guān)機(jī)，無人機(jī)能夠迅速拉起進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，伺機(jī)再行攻擊。該過程主要經(jīng)歷環(huán)境因素有無人機(jī)大機(jī)動(dòng)飛行時(shí)的過載沖擊，以及在高度變化過程中承受的低氣壓、溫度沖擊過載等。

另外，在無人機(jī)執(zhí)行飛行任務(wù)前，一般還需經(jīng)歷運(yùn)輸和存儲(chǔ)等過程，在該過程中無人機(jī)一般主要經(jīng)歷的環(huán)境因素包括運(yùn)輸振動(dòng)，高溫、濕熱存儲(chǔ)等。

無人機(jī)在整個(gè)壽命期內(nèi)所處的工作條件對(duì)其可靠性有嚴(yán)重的影響，在設(shè)計(jì)開始時(shí)準(zhǔn)確地確定這些條件和影響有利于依據(jù)各影響因素重要度進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

3 某型無人機(jī)溫-濕-高試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

表2 重要環(huán)境因素對(duì)無人機(jī)的影響［2］［3］

圖1 某型無人機(jī)典型作戰(zhàn)剖面圖

高原氣候環(huán)境復(fù)雜多變，晝夜溫差較大，天氣在短時(shí)間內(nèi)變化頻繁，因此無人機(jī)在作戰(zhàn)使用過程中主要會(huì)面臨低氣壓、溫度和濕度的多重考驗(yàn)。

根據(jù)無人機(jī)作戰(zhàn)使用過程中綜合環(huán)境應(yīng)力及其影響情況，參考GJB 150.24A-2009《軍用設(shè)備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第24部分：溫度-濕度-振動(dòng)-高度試驗(yàn)》，制定低氣壓（高度）試驗(yàn)的施加步驟如下：

1）將試驗(yàn)箱內(nèi)溫度以5 ℃/min的速率或者環(huán)控系統(tǒng)能提供的最大速率從常溫降到-55 ℃；

2）浸泡至溫度穩(wěn)定或者4 h（以長(zhǎng)者為準(zhǔn)）；

3）將試驗(yàn)箱內(nèi)溫度調(diào)節(jié)到標(biāo)準(zhǔn)大氣下的溫度，保持此溫度直到試件達(dá)到溫度穩(wěn)定，期間以試件的最低工作電壓使其工作；

4）完成第3）步驟后立即進(jìn)行性能檢查，確認(rèn)試件是否按要求進(jìn)行工作；

5）試件保持工作狀態(tài)，將試驗(yàn)箱內(nèi)的壓力在不超過時(shí)間T內(nèi)降低到無人機(jī)升限高度H對(duì)應(yīng)的壓力P；

式（1）中，m為最大爬升率；

6）保持壓力30 min；

7）以試驗(yàn)設(shè)備最大速率進(jìn)行溫度/濕度/高度的變化，將試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度升高到32 ℃，壓力升至當(dāng)?shù)卮髿鈮海鄬?duì)濕度95 %；

8）保持32 ℃、當(dāng)?shù)卮髿鈮汉拖鄬?duì)濕度95 %的條件30 min，以試驗(yàn)設(shè)備最大速率進(jìn)行溫度/濕度/高度的變化；

9）以試驗(yàn)設(shè)備最大速率進(jìn)行溫度/濕度的變化，將試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度升高到65 ℃，壓力升至當(dāng)?shù)卮髿鈮海鄬?duì)濕度降低到30 %，試件以最高工作電壓工作；

10）試件在65 ℃溫度下浸泡直至達(dá)到溫度穩(wěn)定或者2 h（以長(zhǎng)者為準(zhǔn)）；

11）完成第10）步驟后立即進(jìn)行性能檢查并記錄數(shù)據(jù)；

12）以試驗(yàn)設(shè)備最大速率進(jìn)行高度的變化，將試驗(yàn)箱內(nèi)由當(dāng)?shù)貧鈮航档椭翚鈮?3.5 kpa；

13）試件工作，保持氣壓33.5 kpa和+65 ℃溫度下浸泡直至達(dá)到溫度穩(wěn)定或者4 h（以長(zhǎng)者為準(zhǔn)）；

14）完成第13）步驟后立即進(jìn)行性能檢查，確認(rèn)試件是否按要求進(jìn)行工作；

15）以試驗(yàn)設(shè)備最大速率進(jìn)行溫度/高度的變化，將試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度從65 ℃恢復(fù)至室溫，壓力升至當(dāng)?shù)卮髿鈮海豢刂茲穸龋兓Y(jié)束后，試件停止工作。

4 某型無人機(jī)低氣壓試驗(yàn)的實(shí)施

當(dāng)無人機(jī)構(gòu)件浸透在低氣壓環(huán)境下時(shí)，構(gòu)件中的容器或箱子等結(jié)構(gòu)受到過應(yīng)力，從而有可能會(huì)引起爆炸或碎裂；密封可能漏泄，材料中的氣泡會(huì)爆炸而引起破壞；由于缺少冷卻劑而使內(nèi)部發(fā)熱加快，絕緣材料會(huì)起火或被擊穿；可能產(chǎn)生臭氧，很可能發(fā)生漏氣，導(dǎo)致無人機(jī)的可靠性大大降低。

本試驗(yàn)在于對(duì)某型無人機(jī)的各個(gè)主要構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn)，以驗(yàn)證其正常工作能力。試驗(yàn)曲線如下圖2和圖3所示。

其中，圖2所示為某型無人機(jī)機(jī)載設(shè)備的試驗(yàn)壓力曲線，圖3所示為溫度曲線。綜合圖2與圖3可以看出溫-濕-高設(shè)備按照預(yù)定的試驗(yàn)步驟進(jìn)行工作，取得了良好的試驗(yàn)效果。

5 結(jié)論

圖2 某型無人機(jī)機(jī)載設(shè)備試驗(yàn)壓力曲線

本文針對(duì)無人機(jī)綜合環(huán)境試驗(yàn)中應(yīng)力施加問題，依據(jù)無人機(jī)作戰(zhàn)使用經(jīng)歷的環(huán)境應(yīng)力特點(diǎn)，對(duì)某型無人機(jī)綜合環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其目的在于科學(xué)評(píng)價(jià)溫度、濕度、及高度對(duì)無人機(jī)機(jī)載電子和機(jī)電裝備在地面和飛行工作期間的安全性、完整性及其性能的綜合影響。本文提供的溫-濕-高環(huán)境試驗(yàn)方法也可為空中使用的裝備受到溫度、濕度、高度綜合作用時(shí)可能引發(fā)的故障，以及各環(huán)境因素之間的綜合試驗(yàn)提供參考和借鑒。

Design and Implementation of Temperature-humidity-altitude Test for A Kind of UAV

SUN Min，GE Qing-qing
（Troop 63876，Huayin 714200）

Based on the environment and the basic structure characteristics of the UAV，the temperaturehumidity-altitude test is designed，and the experimental verification is carried out.It provides the basis for the design and implementation of the UAV environment test.

UAV；environmental factor；temperature-humidity-altitude test

V216.5

A

1004-7204（2015）06-0012-04