無(wú)人機(jī)的可靠性設(shè)計(jì)與測(cè)試的必要性分析

　　無(wú)人機(jī)是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)，包括無(wú)人直升機(jī)、固定翼機(jī)、多旋翼飛行器、無(wú)人飛艇、無(wú)人傘翼機(jī)。無(wú)人機(jī)按不同使用領(lǐng)域來(lái)劃分，無(wú)人機(jī)可分為軍用、民用和消費(fèi)級(jí)三大類。

　　無(wú)人機(jī)是一種自身攜帶傳感器少，本身不能排除故障，自主控制能力較差的一種無(wú)人駕駛飛行器，其控制在很大程度上要比有人作戰(zhàn)飛機(jī)復(fù)雜得多，一旦發(fā)生故障無(wú)人機(jī)的生存概率比較低。

　　影響無(wú)人機(jī)可靠性的環(huán)境因素

　　1、降雨

　　比起有人駕駛飛機(jī)來(lái)，多數(shù)無(wú)人機(jī)較易受降雨的影響。這主要有三個(gè)原因

　?。?）多數(shù)無(wú)人機(jī)尺寸相對(duì)較小

　?。?）它們多利用木制螺旋槳

　?。?）較少注意防水密封。

　　2、結(jié)冰

　　另一個(gè)影響可靠性的環(huán)境因素就是結(jié)冰，這種危害即使在晴好天氣也可能發(fā)生。機(jī)翼結(jié)冰對(duì)飛機(jī)飛行危害最大。一旦在機(jī)翼上形成結(jié)冰，隨后便會(huì)在控制面上結(jié)冰。積冰破壞了機(jī)翼流線外形，對(duì)飛機(jī)操縱性產(chǎn)生不利影響。當(dāng)較大的積冰脫落時(shí)，會(huì)對(duì)螺旋槳造成危害。積冰達(dá)到一定限度，就會(huì)超過(guò)飛行控制系統(tǒng)的調(diào)控極限，從而破壞控制面鉸鏈的運(yùn)動(dòng)，極大地影響機(jī)翼外形和無(wú)人機(jī)操縱性。致使無(wú)人機(jī)進(jìn)入失速狀態(tài)，直至墜毀。

　　3、風(fēng)

　　相比較有人機(jī)，風(fēng)在總體上對(duì)無(wú)人機(jī)、尤其是小型無(wú)人機(jī)造成的影響也較大。這主要是由于它們的設(shè)計(jì)（比如操縱面面積、作動(dòng)器響應(yīng)頻率、飛行速度等）造成對(duì)環(huán)境（比如陣風(fēng)、翼載等）響應(yīng)不夠理想。這些影響因素中，一部分是小型無(wú)人機(jī)無(wú)法克服的，另一部分是設(shè)計(jì)者沒(méi)有將可靠性設(shè)計(jì)到系統(tǒng)中去。

　　高的風(fēng)速不但影響無(wú)人機(jī)的起飛和著陸，而且在飛行過(guò)程中易形成紊流。多數(shù)無(wú)人機(jī)，比起有人機(jī)來(lái)尺寸較小，飛行速度較低，更易受到紊流的影響。尺寸越小，受干擾程度就越大。

　　4、雷諾數(shù)

　　雷諾數(shù)是流體力學(xué)中表征粘性影響的相似準(zhǔn)則數(shù)。 無(wú)人機(jī)越小，其操縱面就相對(duì)較大，因?yàn)樵诓焕麎木诚乱訌?qiáng)它們的操縱性。由于操縱面的操控要求隨雷諾數(shù)的不同而不同，所以，雷諾數(shù)是另一個(gè)值得考慮的外部因素。

　　無(wú)人機(jī)的可靠性設(shè)計(jì)

　　無(wú)人機(jī)開發(fā)商，一般比較注重產(chǎn)品壽命周期的采辦階段。實(shí)際上，對(duì)于無(wú)人機(jī)的可靠性，應(yīng)貫穿于其壽命周期的各個(gè)階段。從確定無(wú)人機(jī)的需求開始，經(jīng)過(guò)概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，一直到無(wú)人機(jī)的使用和退役，都與可靠性密切相關(guān)。大量的實(shí)踐說(shuō)明，一個(gè)可靠的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)不但要注重其系統(tǒng)性能，而且在概念設(shè)計(jì)階段就要注意可靠性、維修性的設(shè)計(jì)。

　　如果在無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)階段，以犧牲其可靠性為代價(jià)，片面追求性能要求，就會(huì)導(dǎo)致無(wú)人機(jī)在外場(chǎng)使用中的許多問(wèn)題，如任務(wù)成功率低、維修資源利用率高等。盡管一些方法（如失效模式與影響分析、概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、質(zhì)量功能展開等）可用來(lái)解決這些問(wèn)題，但如果在無(wú)人機(jī)壽命周期的早期運(yùn)用這些工具，效果會(huì)更好。從飛行控制軟件的開發(fā)上可清楚地印證這一點(diǎn)。在壽命周期內(nèi)，軟件錯(cuò)誤出現(xiàn)的越早，糾正措施所需的代價(jià)就越低。

　　為在控制成本的同時(shí)達(dá)到提高可靠性目的，以下原則在設(shè)計(jì)所有無(wú)人機(jī)子系統(tǒng)時(shí)必須予以考慮：

　　1.運(yùn)用系統(tǒng)工程與設(shè)計(jì)實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)

　　2.設(shè)計(jì)力求簡(jiǎn)單

　　3.加強(qiáng)預(yù)先診斷能力設(shè)計(jì)

　　4.確保材料和零件的可互換性

　　5.考慮人為因素（在制造、操作和維護(hù)中）對(duì)無(wú)人機(jī)的敏感性

　　6.基于故障模式與影響分析，運(yùn)用冗余設(shè)計(jì)和故障安全保護(hù)設(shè)計(jì)手段

　　7.可生產(chǎn)性設(shè)計(jì)

　　8.優(yōu)先使用已得到驗(yàn)證的材料和零件

　　9.對(duì)材料和零件質(zhì)量的維持和控制

　　無(wú)人機(jī)常用的六大可靠性測(cè)試

　　1、高 低 溫 測(cè) 試

　　由于無(wú)人器作業(yè)的環(huán)境條件往往多變且復(fù)雜，而且每一款機(jī)器對(duì)于內(nèi)部功耗發(fā)熱的控制能力有所區(qū)別，最終導(dǎo)致飛行器自身的硬件對(duì)于溫度的適應(yīng)能有所不同，所以為了滿足更多或者特定條件下的作業(yè)需求，高低溫條件下的飛行測(cè)試是必須的。不能說(shuō)，飛行器在南方飛沒(méi)有問(wèn)題，但是帶到北方竟無(wú)法起飛，又或是無(wú)人機(jī)在溫度高或者溫度低的條件下儲(chǔ)存，飛行器竟出現(xiàn)了未知的故障等等，對(duì)于普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，這樣的結(jié)果都是無(wú)法接受的。

　　2、跌 落 測(cè) 試

　　跌落測(cè)試是目前絕大多數(shù)產(chǎn)品都需要做的一項(xiàng)常規(guī)測(cè)試，一方面是為了檢驗(yàn)無(wú)人機(jī)產(chǎn)品的包裝是否能很好地保護(hù)好產(chǎn)品本身以確保運(yùn)輸安全;另一方面其實(shí)就是飛行器的硬件可靠性，畢竟飛行器像常用的智能手機(jī)一樣，無(wú)法避免地會(huì)出現(xiàn)一些小磕小碰，或者甚至出現(xiàn)意外摔機(jī)的情況，良好且牢靠的硬件性能可以大大提升飛行器對(duì)于外界的抵御能力，將機(jī)器損壞降到最低，減少維護(hù)的時(shí)間和成本。

　　3、GPS 搜 星 測(cè) 試

　　對(duì)于一款無(wú)人機(jī)飛行器來(lái)說(shuō)， GPS模塊是一個(gè)非?；镜挠布枨?，屬于飛行器控制系統(tǒng)的重要傳感器單元之一。不僅可以提供位置坐標(biāo)及飛行速度等數(shù)據(jù)信息，同時(shí)，在功能上可以輔助實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)懸停，航線規(guī)劃和自動(dòng)返航等等眾多智能功能。所以，飛行器搜星的速度和數(shù)量對(duì)于無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)是非常重要的，速度太慢，你可能需要等很長(zhǎng)的時(shí)間才敢起飛，星數(shù)太少或者不穩(wěn)定，在飛行的過(guò)程中丟星其實(shí)也會(huì)影響到飛行操控和安全。

　　4、振 動(dòng) 測(cè) 試

　　無(wú)人機(jī)內(nèi)部有很多的傳感器，比如IMU慣性測(cè)量單元，這些感知的數(shù)據(jù)如果因?yàn)檎駝?dòng)受影響，最終的結(jié)果就是飛行器可能會(huì)“瘋”掉，完全不受控制;其次，內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)身的一體化強(qiáng)度要求較高，如果振動(dòng)導(dǎo)致硬件連接異常，螺絲或者模塊松懈等等，其實(shí)都是不能容忍的。同時(shí)，飛行器自身的振動(dòng)會(huì)影響到飛行的穩(wěn)定和航拍的效果。要知道，如果你經(jīng)常外出，路上會(huì)受車輛顛簸振動(dòng)的影響，起飛和降落不流暢或者經(jīng)?？目呐雠鲆矔?huì)受到振動(dòng)的影響，所以飛行器對(duì)于振動(dòng)的抵御能力不可忽略。

　　5、按 鍵 測(cè) 試

　　無(wú)人機(jī)的遙控器上有控制搖桿和很多的功能按鍵，機(jī)身上也有對(duì)頻鍵，電池扣等等，這些按鍵隨著長(zhǎng)期地頻繁使用都會(huì)出現(xiàn)老化和磨損，按鍵測(cè)試其實(shí)就是在最大使用強(qiáng)度下，測(cè)試這些按鍵是否能持續(xù)正常工作，抗老化的能力有多強(qiáng)，畢竟按鍵壞了，飛行控制和功能使用都會(huì)受到影響，客戶體驗(yàn)不佳。

　　6、線 路 彎 折 測(cè) 試

　　隨著無(wú)人機(jī)一體化的發(fā)展，很多的連線都被商場(chǎng)絞盡腦汁盡可能地設(shè)計(jì)減少了，但還是會(huì)不可避免地有一些模塊之間的連線，而這些線路會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)期的彎折，所以必要的彎折測(cè)試以檢測(cè)模塊之間的連接可靠性非常重要，比如云臺(tái)一般在機(jī)身的下方，云臺(tái)的FPC排線一般肉眼可以看到，如果該排線損壞云臺(tái)將與機(jī)身斷連，無(wú)法工作;還有，一旦這些排線破損或者短路，也不能影響到無(wú)人機(jī)其它模塊的正常運(yùn)作。

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