某型無人機滑跑中發生側滑故障的分析與排除

陸志剛 韓邦杰/ 石家莊海山實業發展總公司 空裝駐石家莊地區軍事代表室

1 故障描述

正常情況下，無人機在地面控制站監視下可以自主完成起飛、爬升、巡航與進場著陸飛行全過程，飛行操縱員可以不對無人機執行任何操作。

工廠大修的某型無人機在外場進行自主飛行滑跑時，機體發生明顯向右側滑現象，滑跑路線已偏離預設定軌跡，飛行員隨即進行了手動糾偏，在糾偏范圍內，向左糾偏2°，無人機重回預設定軌跡，繼續滑跑直至起飛爬升。若側滑發生時未進行自主操縱轉人工操縱，那么無人機極易右偏滑出跑道，導致地面事故的發生。

2 原理分析

無人機液壓系統主要由回油油濾、電動泵組、油箱、組合閥塊、剎車作動器、前/主起落架收放作動筒等部件組成，如圖1 所示。在液壓系統正常的情況下，采用液壓系統可以進行起飛、著陸和剎車。自主操控狀態下，機體出現側滑現象，可以轉人工操縱，對前輪進行糾偏控制，前輪糾偏權限為：地速小于或等于90 km/h、三個機輪都可靠接地的情況下，糾偏限制為±5°；在三個機輪都可靠接地至地速大于90km/h 的時間內，糾偏限制為±3°；在單個機輪可靠接地至三個機輪可靠接地的時間內，糾偏限制為±1°。

該型無人機采用簡單的機械式剎車系統，無防滑功能。為防止剎車盤抱死，采用2.5MPa 低壓體制，如圖2 所示，在啟動電機前保持變壓電磁閥（6.3）處于不通電的油路常通狀態。

根據圖2 所示的液壓剎車原理，液壓系統輸入的壓力油經過組合閥塊（6）中的2 個剎車電磁閥進入左右剎車作動筒（7）。兩個剎車電磁閥分別由飛控系統控制，可實現差動剎車或同時剎車。當電磁閥（6.6）斷電時，剎車腔通過電磁閥與回油管路連通，剎車作動筒（7）不工作。當電磁閥（6.6）通電時，剎車腔通過電磁閥與液壓供壓管路連通，剎車作動筒工作，進行剎車。

3 故障分析

由于該無人機在自主滑跑時出現右偏側滑的現象，而人工操縱介入手動糾偏可以消除側滑故障，說明無人機液壓系統、剎車系統、起落裝置系統均有可能出現故障。對比分析飛參數據后，將故障現象“機體側滑故障”設置為頂事件建立故障樹，如圖3 所示，對各種可能的結果事件和底事件進行分析。

3.1 裝配工藝問題分析

圖1 液壓系統構造圖

圖2 液壓系統原理圖

圖3 故障樹示意圖

圖4 剎車片安裝示意圖

圖5 組合閥塊示意圖

1）該型無人機使用300×125-90無內胎輪胎，機輪主要由軸承擋油環、軸承內環、輪胎、氣門芯組成，組裝后再置于起落架上。機輪安裝時，工藝要求將其置于墊有橡膠板或其他軟質材料的平臺上進行操作，否則安裝過程中可能出現硬力損傷，同時自鎖力矩擰出最小力矩要高于0.2N.m，若安裝不符合規定要求，則可能引發機體側滑故障。

2）剎車片安裝如圖4 所示，剎車缸體用連接剎車缸體和主支柱下段的兩顆螺釘連接固定，剎車盤卡在兩個剎車片之間，剎車缸體的安裝孔對準支柱下段的安裝孔由螺栓連接固定，且組件、各輪軸活動部位需涂ZN6-4 潤滑脂來潤滑。若安裝過程中連接固定達不到工藝標準、活動部位缺少潤滑脂，則可能影響剎車片正常工作，最終引發機體側滑故障。

3.2 剎車壓力故障分析

1）工藝文件中規定輪胎充氣壓力為0.65±0.05MPa，若充氣壓力低于或高于規定值，則造成胎壓不足或過量，兩側胎壓不一致可能導致機體滑跑時發生側滑。

2）剎車片本身存在一定的摩擦力。主機輪的剎車片和摩擦力都需要進行定期檢查，保證剎車力矩穩定。如果剎車片摩擦力過大，可能導致機體發生跑偏引發側滑。

3）如果工作時組合閥塊出口壓力不一樣，則左右剎車壓力不一樣。如果左右剎車壓力壓差過大，就會造成左右剎車壓力過大，具體表現為機體發生側滑現象。

4 故障排查與定位

4.1 故障排查

針對以上故障樹及原因分析，開展了如下工作。

1）取下輪胎和密封圈外觀檢查，發現分解下來的零組件均無漆層脫落、損傷、嚴重變形等現象。觀察輪轂的外型面、接合表面和密封圈安裝表面均無碰傷、劃傷。

2）檢查支柱及機輪輪胎與相鄰結構間的間隙，已滿足要求不小于5mm、局部不小于2mm；仔細檢查剎車片，發現剎車片無毛刺、掉塊、龜裂，剎車片上的鋼骨架也沒有出現裂紋，剎車片安裝無異常。

3）用千斤頂將飛機頂起至輪胎離地，前、主支柱處于放下狀態時，檢查左、右輪胎壓力，顯示輪胎壓力正常。

4）檢查剎車盤和剎車片無明顯的毛刺和形變現象，配合無異常情況；進行剎車測試，剎車力矩在規定范圍內；進行PMA 液壓剎車檢查，給液壓系統上電，在左下顯的“飛行前檢查”界面中“液壓泵及剎車系統”菜單下按“液壓泵啟動”指令，檢查發現剎車壓力均在范圍內，無異常。

4.2 故障定位

綜上分析，剎車出現問題導致剎車壓力過大，初步判定是組合閥塊故障造成機體發生側滑。

如圖5 所示，組合閥塊內含有剎車電磁閥，變壓電磁閥轉為常開狀態，向剎車電磁閥供額定工作電壓28VDC，左右管嘴分別接左右剎車，向進油管嘴供額定工作壓力10±2MPa，電磁鐵通電，左右剎車壓力應為3±0.5MPa。協同動作時間檢查（在電磁閥入廠復驗時進行），從剎車電磁閥接通或斷開到對應管嘴的壓力開始上升或下降的時間，常溫時≯0.1s，低溫-55℃時≯0.2s。

經檢查發現，剎車電磁閥的協同動作時間均符合標準，但是左右剎車壓力壓差很大，左剎車壓力值靠近下限，右剎車壓力值靠近上限，造成了左右剎車壓力差值較大，最終引發了機體側滑。

5 措施與結論

根據上述研究，制定以下預防措施。

1）因工廠無此產品專用壓力調節設備，與制造廠溝通合作，派專業人員赴制造廠參與外委產品的驗收試驗，保證產品左右壓力均衡。

2）無人機地面總裝調試后需進行C鏈路測試，以地面控制站反饋的正常鏈接靜態下的左右剎車壓力值作為參考，若壓差過大，則機件返廠重新進行壓力調節。

3）加強車間對外委產品修理的接收檢查，開展技術攻關，逐漸形成自修能力。

執行以上控制措施后，后續無人及經外場開車和試飛未出現機體側滑故障，使用狀態反饋良好。