某型无人机滑跑中发生侧滑故障的分析与排除

陆志刚 韩邦杰/ 石家庄海山实业发展总公司 空装驻石家庄地区军事代表室

1 故障描述

正常情况下，无人机在地面控制站监视下可以自主完成起飞、爬升、巡航与进场着陆飞行全过程，飞行操纵员可以不对无人机执行任何操作。

工厂大修的某型无人机在外场进行自主飞行滑跑时，机体发生明显向右侧滑现象，滑跑路线已偏离预设定轨迹，飞行员随即进行了手动纠偏，在纠偏范围内，向左纠偏2°，无人机重回预设定轨迹，继续滑跑直至起飞爬升。若侧滑发生时未进行自主操纵转人工操纵，那么无人机极易右偏滑出跑道，导致地面事故的发生。

2 原理分析

无人机液压系统主要由回油油滤、电动泵组、油箱、组合阀块、刹车作动器、前/主起落架收放作动筒等部件组成，如图1 所示。在液压系统正常的情况下，采用液压系统可以进行起飞、着陆和刹车。自主操控状态下，机体出现侧滑现象，可以转人工操纵，对前轮进行纠偏控制，前轮纠偏权限为：地速小于或等于90 km/h、三个机轮都可靠接地的情况下，纠偏限制为±5°；在三个机轮都可靠接地至地速大于90km/h 的时间内，纠偏限制为±3°；在单个机轮可靠接地至三个机轮可靠接地的时间内，纠偏限制为±1°。

该型无人机采用简单的机械式刹车系统，无防滑功能。为防止刹车盘抱死，采用2.5MPa 低压体制，如图2 所示，在启动电机前保持变压电磁阀（6.3）处于不通电的油路常通状态。

根据图2 所示的液压刹车原理，液压系统输入的压力油经过组合阀块（6）中的2 个刹车电磁阀进入左右刹车作动筒（7）。两个刹车电磁阀分别由飞控系统控制，可实现差动刹车或同时刹车。当电磁阀（6.6）断电时，刹车腔通过电磁阀与回油管路连通，刹车作动筒（7）不工作。当电磁阀（6.6）通电时，刹车腔通过电磁阀与液压供压管路连通，刹车作动筒工作，进行刹车。

3 故障分析

由于该无人机在自主滑跑时出现右偏侧滑的现象，而人工操纵介入手动纠偏可以消除侧滑故障，说明无人机液压系统、刹车系统、起落装置系统均有可能出现故障。对比分析飞参数据后，将故障现象“机体侧滑故障”设置为顶事件建立故障树，如图3 所示，对各种可能的结果事件和底事件进行分析。

3.1 装配工艺问题分析

图1 液压系统构造图

图2 液压系统原理图

图3 故障树示意图

图4 刹车片安装示意图

图5 组合阀块示意图

1）该型无人机使用300×125-90无内胎轮胎，机轮主要由轴承挡油环、轴承内环、轮胎、气门芯组成，组装后再置于起落架上。机轮安装时，工艺要求将其置于垫有橡胶板或其他软质材料的平台上进行操作，否则安装过程中可能出现硬力损伤，同时自锁力矩拧出最小力矩要高于0.2N.m，若安装不符合规定要求，则可能引发机体侧滑故障。

2）刹车片安装如图4 所示，刹车缸体用连接刹车缸体和主支柱下段的两颗螺钉连接固定，刹车盘卡在两个刹车片之间，刹车缸体的安装孔对准支柱下段的安装孔由螺栓连接固定，且组件、各轮轴活动部位需涂ZN6-4 润滑脂来润滑。若安装过程中连接固定达不到工艺标准、活动部位缺少润滑脂，则可能影响刹车片正常工作，最终引发机体侧滑故障。

3.2 刹车压力故障分析

1）工艺文件中规定轮胎充气压力为0.65±0.05MPa，若充气压力低于或高于规定值，则造成胎压不足或过量，两侧胎压不一致可能导致机体滑跑时发生侧滑。

2）刹车片本身存在一定的摩擦力。主机轮的刹车片和摩擦力都需要进行定期检查，保证刹车力矩稳定。如果刹车片摩擦力过大，可能导致机体发生跑偏引发侧滑。

3）如果工作时组合阀块出口压力不一样，则左右刹车压力不一样。如果左右刹车压力压差过大，就会造成左右刹车压力过大，具体表现为机体发生侧滑现象。

4 故障排查与定位

4.1 故障排查

针对以上故障树及原因分析，开展了如下工作。

1）取下轮胎和密封圈外观检查，发现分解下来的零组件均无漆层脱落、损伤、严重变形等现象。观察轮毂的外型面、接合表面和密封圈安装表面均无碰伤、划伤。

2）检查支柱及机轮轮胎与相邻结构间的间隙，已满足要求不小于5mm、局部不小于2mm；仔细检查刹车片，发现刹车片无毛刺、掉块、龟裂，刹车片上的钢骨架也没有出现裂纹，刹车片安装无异常。

3）用千斤顶将飞机顶起至轮胎离地，前、主支柱处于放下状态时，检查左、右轮胎压力，显示轮胎压力正常。

4）检查刹车盘和刹车片无明显的毛刺和形变现象，配合无异常情况；进行刹车测试，刹车力矩在规定范围内；进行PMA 液压刹车检查，给液压系统上电，在左下显的“飞行前检查”界面中“液压泵及刹车系统”菜单下按“液压泵启动”指令，检查发现刹车压力均在范围内，无异常。

4.2 故障定位

综上分析，刹车出现问题导致刹车压力过大，初步判定是组合阀块故障造成机体发生侧滑。

如图5 所示，组合阀块内含有刹车电磁阀，变压电磁阀转为常开状态，向刹车电磁阀供额定工作电压28VDC，左右管嘴分别接左右刹车，向进油管嘴供额定工作压力10±2MPa，电磁铁通电，左右刹车压力应为3±0.5MPa。协同动作时间检查（在电磁阀入厂复验时进行），从刹车电磁阀接通或断开到对应管嘴的压力开始上升或下降的时间，常温时≯0.1s，低温-55℃时≯0.2s。

经检查发现，刹车电磁阀的协同动作时间均符合标准，但是左右刹车压力压差很大，左刹车压力值靠近下限，右刹车压力值靠近上限，造成了左右刹车压力差值较大，最终引发了机体侧滑。

5 措施与结论

根据上述研究，制定以下预防措施。

1）因工厂无此产品专用压力调节设备，与制造厂沟通合作，派专业人员赴制造厂参与外委产品的验收试验，保证产品左右压力均衡。

2）无人机地面总装调试后需进行C链路测试，以地面控制站反馈的正常链接静态下的左右刹车压力值作为参考，若压差过大，则机件返厂重新进行压力调节。

3）加强车间对外委产品修理的接收检查，开展技术攻关，逐渐形成自修能力。

执行以上控制措施后，后续无人及经外场开车和试飞未出现机体侧滑故障，使用状态反馈良好。