【導(dǎo)讀】控制無(wú)人機(jī)是一件很傷腦筋的事。不管你多謹(jǐn)慎，一不小心，幾千、幾萬(wàn)元的無(wú)人機(jī)可能就會(huì)缺胳膊少腿、沒(méi)電，或者開(kāi)始亂飛，然后重重地撞到地上。那么，怎樣才能讓我們的無(wú)人機(jī)飛行著陸更安全呢？首先來(lái)了解一下無(wú)人機(jī)的主要回收方式。
無(wú)人機(jī)空中回收發(fā)展經(jīng)過(guò)了三個(gè)時(shí)期：第一個(gè)時(shí)期是由于使用不具備滑翔能力的圓形降落傘系統(tǒng)，其典型應(yīng)用于美國(guó)“火蜂”AQM-34N型偵察無(wú)人機(jī)上。第二個(gè)時(shí)期是在廣泛應(yīng)用具有較高滑翔能力的沖壓翼傘基礎(chǔ)上開(kāi)始的，其典型應(yīng)用是美國(guó)Vertigo公司研制的中距無(wú)人機(jī)回收項(xiàng)目。第三個(gè)時(shí)期是以智能吊鉤的出現(xiàn)為標(biāo)志的。牽引傘傘繩在一個(gè)或多個(gè)智能吊鉤鉤爪張口內(nèi)時(shí)，鉤爪感知到結(jié)合繩（牽引傘傘繩）后會(huì)自動(dòng)閉合，完成鉤掛工作，大大提高了回收的適用。
無(wú)人機(jī)的回收方式可歸納為傘降回收、空中回收、起落架滑跑著陸、攔阻網(wǎng)回收、氣墊著陸和垂二主著陸回收等類型。有些無(wú)人機(jī)采用非整機(jī)回收，這種情況通常是回收任務(wù)設(shè)備艙，飛機(jī)其他部分不回收。
例如，美國(guó)的D-21/GTD-21B在完成飛行任務(wù)后，其任務(wù)設(shè)備艙被彈射出機(jī)體，由C-130飛機(jī)空中回收。有些小型無(wú)人機(jī)在回收時(shí)不用回收工具而是靠機(jī)體某部分直接觸地回收笆機(jī)，采用這種簡(jiǎn)單回收方式的無(wú)人機(jī)通常是機(jī)重小于10kg，最大特征尺寸在3.5m以下。例如，英國(guó)的UMACII飛翼式無(wú)人機(jī)，完成任務(wù)后靠機(jī)腹著陸回收。
1.傘降回收
這是一種較普通的回收方式。降落傘由主傘和減速傘(也稱阻力傘)二級(jí)傘組成。當(dāng)無(wú)人機(jī)完成任務(wù)后，地面站發(fā)遙控指令給無(wú)人機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)慢車，飛機(jī)減速，降高。到達(dá)合適飛行高度和速度時(shí)，開(kāi)減速傘，使飛機(jī)急劇減速，降高，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)已停車;當(dāng)無(wú)人機(jī)降到某飛行高度和速度時(shí)，回收控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，使主傘開(kāi)傘，先呈收緊充氣狀態(tài)，過(guò)了一定時(shí)間，主傘完全充氣;無(wú)人機(jī)懸掛在主傘下慢慢著陸，機(jī)下觸地開(kāi)關(guān)接通，使主傘與無(wú)人機(jī)脫離。
這是對(duì)降落傘回收過(guò)程最簡(jiǎn)單的描述，省略了中間環(huán)節(jié)和過(guò)程。為盡量減少無(wú)人機(jī)回收后的損傷，特別是為保護(hù)機(jī)載任務(wù)設(shè)備，有些無(wú)人機(jī)還在機(jī)體觸地部位安裝減震裝置，充氣袋是一種常用的減震裝置。同時(shí)還要考慮到機(jī)體著地部位要盡可能遠(yuǎn)離任務(wù)設(shè)備艙。
例如，加拿大的CL-89，回收時(shí)，無(wú)人機(jī)上下翻轉(zhuǎn)180°，使機(jī)腹在上，機(jī)背在下，機(jī)背前后的著陸氣包著地，吸收撞擊能量，保護(hù)機(jī)腹內(nèi)的任務(wù)設(shè)備。有些無(wú)人機(jī)機(jī)體著地部分被設(shè)計(jì)成較脆弱的部件，當(dāng)做飛機(jī)著地的減震裝置。例如，英國(guó)的”不死鳥(niǎo)”在回收開(kāi)傘后翻轉(zhuǎn)180°，機(jī)腹朝上，機(jī)背向下，機(jī)背整流罩較脆弱，允許著地時(shí)被壓扁，吸收著地撞擊力，保護(hù)機(jī)腹的任務(wù)設(shè)備短艙。
2.空中回收
用有人機(jī)在空中回收無(wú)人機(jī)的方式目前只在美國(guó)使用。采用這種回收方式，在有人機(jī)上必須有空中回收系統(tǒng)，在無(wú)人機(jī)上除了有阻力傘和主傘之外，還需有鉤桂傘、吊索和可旋轉(zhuǎn)的脫落機(jī)構(gòu)。
其簡(jiǎn)單回收過(guò)程如下地面站發(fā)出遙控指令，陽(yáng)力傘開(kāi)傘，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)停車，當(dāng)無(wú)人機(jī)在阻力傘作用下降到一定高度和一定速度時(shí)，回收控制系統(tǒng)發(fā)出開(kāi)主傘控制信號(hào)，打開(kāi)鉤掛傘和主傘，主傘先呈收緊充氣狀態(tài)，不久，就完全充氣;此時(shí)鉤掛傘高于主傘，鉤掛傘下面的吊索保證指向主傘前進(jìn)的方向，在吊索上安裝指示方向的風(fēng)向旗，使有人機(jī)便于辨認(rèn)和鉤住鉤桂傘。
這時(shí)，有人機(jī)逆風(fēng)進(jìn)入，鉤住無(wú)人機(jī)鉤掛傘與吊索，當(dāng)無(wú)人機(jī)被鉤住時(shí)，主傘自動(dòng)脫離無(wú)人機(jī)，有人機(jī)用絞盤(pán)絞起無(wú)人機(jī)，空中懸掛運(yùn)走。這種回收方式不會(huì)損傷無(wú)人機(jī)。但是為回收無(wú)人機(jī)要出動(dòng)有人機(jī)，費(fèi)用高;在回收時(shí)要求有人機(jī)駕駛員有較高的駕駛技術(shù);受天氣與風(fēng)情影響大，加上傘的性能無(wú)法事先估計(jì)，其回收的可靠性低。隨著回收技術(shù)的提高，回收的可靠性將會(huì)提高。例如，美國(guó)的“火蜂”II用空中回收方式，在回收時(shí)，直升機(jī)鉤掛高于主傘24.08m的鉤掛傘。
3.起落架滑跑著陸
這種回收方式與有人機(jī)相似，不同之處是：
①跑道要求不如有人機(jī)苛刻。
②有些無(wú)人機(jī)的起落架局部被設(shè)計(jì)成較脆弱的結(jié)構(gòu)，允許著陸時(shí)撞地?fù)p壞，吸收能量。例如英國(guó)的”大鴨”I,這是一種機(jī)重15kg，翼展2.70m、機(jī)長(zhǎng)2.10m的小型無(wú)人機(jī)，機(jī)身下有著陸滑橇，機(jī)翼有翼尖滑橇，翼尖滑橇較脆弱，回收時(shí)允許折斷，以吸收撞擊力。
③為縮短著陸滑跑距離，有些無(wú)人機(jī)例如以色列的”先鋒”、“猛犬”、“偵察兵”等在機(jī)尾裝尾鉤，在著陸滑跑時(shí)，尾鉤鉤住地面攔截繩，大大縮短了著陸滑跑距離。
4.攔阻網(wǎng)或“天鉤”回收
用攔阻網(wǎng)系統(tǒng)回收無(wú)人機(jī)是目前世界小型無(wú)人機(jī)較普遍采用的回收方式之一。攔阻網(wǎng)系統(tǒng)通常由攔阻網(wǎng)、能量吸收裝置和自動(dòng)引導(dǎo)設(shè)備組成。能量吸收裝置與攔阻網(wǎng)相連，其作用是吸收無(wú)人機(jī)撞網(wǎng)的能量，免得無(wú)人機(jī)觸網(wǎng)后在網(wǎng)上彈跳不停，以致?lián)p傷。自動(dòng)引導(dǎo)設(shè)備一般是一部置于網(wǎng)后的電視攝像機(jī)，或是裝在攔阻網(wǎng)架上的紅外接收機(jī)，由它們及時(shí)向地面站報(bào)告無(wú)人機(jī)返航路線的偏差。
當(dāng)無(wú)人機(jī)返航時(shí)、地面控制站要求無(wú)人機(jī)以小角度下滑，最大速度不得超過(guò)120km/h，操縱人員通過(guò)電視監(jiān)視器監(jiān)視無(wú)人機(jī)飛行，并根據(jù)地面電視攝像機(jī)拍攝的圖像，或紅外接收機(jī)接收到的無(wú)人機(jī)信號(hào)，確定返航路線的偏差，然后半自動(dòng)地控制無(wú)人機(jī)，修正飛行路線、使之對(duì)準(zhǔn)地面攝像機(jī)的瞄準(zhǔn)線，飛向攔阻網(wǎng)。無(wú)人機(jī)觸網(wǎng)時(shí)的過(guò)載通常不能大于6g，以免攔阻網(wǎng)遭到較大損壞。例如，以色列的“偵察兵”、美國(guó)的”蒼鷹”等都用攔阻網(wǎng)回收。
“天鉤”回收和攔阻網(wǎng)回收功能相似，回收時(shí)控制無(wú)人機(jī)飛向繩索，利用無(wú)人機(jī)翼尖的掛鉤鉤住繩索回收。美國(guó)的”掃描鷹”無(wú)人機(jī)便采用此種回收方式。
5.氣墊著陸
20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了氣墊車、氣墊船，它們利用氣墊效應(yīng)離開(kāi)地面或水面騰空行駛。無(wú)人機(jī)氣墊著陸的工作原理是一樣的。在無(wú)人機(jī)的機(jī)腹四周裝上”橡膠裙邊。，中間有一個(gè)帶孔的氣囊，發(fā)動(dòng)機(jī)把空氣壓人氣囊，壓縮空氣從囊孔噴出，在機(jī)腹下形成高壓空氣區(qū)——氣墊，氣墊能夠支托無(wú)人機(jī)貼近地面，而不與地面發(fā)生猛烈撞擊。20世紀(jì)70年代中期，美國(guó)用澳大利亞的”金迪維克”無(wú)人機(jī)作為氣墊著陸的研究機(jī)，進(jìn)行氣墊著陸項(xiàng)目試驗(yàn)研究，取得較大成績(jī)。
氣墊著陸的最大優(yōu)點(diǎn)是，無(wú)人機(jī)能在未經(jīng)平整的地面、泥地、冰雪地或水上著陸，不受地形條件限制。此外，不受無(wú)人機(jī)大小、重量限制，且回收率高，據(jù)說(shuō)可以達(dá)到1分鐘 1架次，而空中回收則是1小時(shí)1架次。
6.垂直著陸回收
垂直著陸的無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)靈活、反應(yīng)迅速，適于低速、低空抵近飛行，可以垂直起降和空中懸停，不需要特定的起降場(chǎng)地，可以在狹窄空間執(zhí)行任務(wù)，所以受到廣泛應(yīng)用。根據(jù)旋翼數(shù)量和布局的不同，垂直著陸無(wú)人機(jī)可分為單旋翼無(wú)人機(jī)、雙旋翼無(wú)人機(jī)、四旋翼無(wú)人機(jī)、撲翼機(jī)、滾翼機(jī)和飛蝶無(wú)人機(jī)等。
大家需要注意的是：
1、為什么用滿桿地板油直線下降？只要是稍微謹(jǐn)慎點(diǎn)的人就不會(huì)這么飛吧？
答：我們希望在比較極端的條件下，最明顯地為大家展示出高速直線下降時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題。實(shí)際上只要下沉速率超出了較為安全的范圍，這些隱患便客觀存在，尤其是失速。導(dǎo)致飛行器不穩(wěn)定的因素是速率過(guò)快和直線降落，我們更希望強(qiáng)調(diào)的是走航線降落的重要性。
2、那我在空中八字掰桿停機(jī)，降到一定高度時(shí)再掰桿啟動(dòng)電機(jī)會(huì)怎么樣呢？
答：團(tuán)隊(duì)以前的成員自己玩的時(shí)候曾經(jīng)這么試過(guò)，結(jié)果就是提控回家。不要拿幾千上萬(wàn)的設(shè)備和生命安全開(kāi)玩笑。失速就不用說(shuō)了，螺旋槳停轉(zhuǎn)后，飛控也就無(wú)法通過(guò)轉(zhuǎn)速的調(diào)整穩(wěn)定飛行器的姿態(tài)，我們可以估算一下飛行器會(huì)在空中翻滾多少度。
3、在我們的試驗(yàn)中，我們的精靈1經(jīng)受住了考驗(yàn)，環(huán)境風(fēng)速并不大，飛控對(duì)姿態(tài)穩(wěn)定作出了補(bǔ)償，并沒(méi)有在空中側(cè)翻。隨著無(wú)人機(jī)產(chǎn)品的更新升級(jí)，廠商也對(duì)最大下沉速率作出了越來(lái)越安全的限制，但是走航線降落依然有助于提升飛行器的穩(wěn)定性和安全性。
4、在消耗一部分電量后，由于最大動(dòng)力沒(méi)有一開(kāi)始那么高，我們每一次的高速直線下降都無(wú)法改出失速狀態(tài)，飛行器次次墜地，彈起后幾乎無(wú)法控制方向，視頻中展示的僅僅是最嚴(yán)重的一次失控。
5、如果飛行器上掛載了云臺(tái)相機(jī)，高速下降時(shí)的抖動(dòng)是云臺(tái)很難消除的，進(jìn)而會(huì)影響拍攝畫(huà)面的質(zhì)量。墜地后也很容易對(duì)云臺(tái)和相機(jī)造成損害。
本文轉(zhuǎn)載自無(wú)人機(jī)科普。
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