魏昌全

摘 要：為找到無(wú)人機(jī)回收系統(tǒng)故障的原因，運(yùn)用故障樹分析法建立故障樹模型，為故障排查指明方向，并定位故障。根據(jù)故障排查結(jié)果，對(duì)故障部件進(jìn)行故障模式、機(jī)理影響分析，確定故障模式和影響，找出故障發(fā)生的根本原因和故障機(jī)理，提出改進(jìn)措施，有助于提高無(wú)人機(jī)回收系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī) 回收故障 故障樹分析 故障模式機(jī)理影響分析

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）04（c）-0056-02

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，滿足不同需求的新型無(wú)人機(jī)不斷涌現(xiàn)。具有飛行高度低、飛行速度快、雷達(dá)散射截面積小、可回收等特點(diǎn)的無(wú)人機(jī)是新型無(wú)人機(jī)發(fā)展的重要方向。該型無(wú)人機(jī)在研制試飛回收階段發(fā)生故障，無(wú)人機(jī)回收失敗墜毀，為查明故障原因，提出改進(jìn)措施，提高無(wú)人機(jī)回收可靠性，采用故障樹分析[1，2]（FTA）和故障模式、機(jī)理影響分析[3]（FMMEA）相結(jié)合的方法進(jìn)行故障分析。

1 總體思路

基于FTA-FMMEA[4]進(jìn)行無(wú)人機(jī)回收系統(tǒng)故障分析的總體思路。

首先通過對(duì)無(wú)人機(jī)回收故障現(xiàn)象的描述分析，確定故障樹分析的頂事件，根據(jù)頂事件形成的原因?qū)ふ抑虚g事件和底事件，建立故障樹模型，針對(duì)故障樹模型中的各底事件逐項(xiàng)進(jìn)行分析排查，從而定位故障。針對(duì)定位的故障部件進(jìn)行故障模式、機(jī)理影響分析，確定其潛在的故障模式及影響，分析各故障模式的故障原因及故障機(jī)理，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，從而提高該型無(wú)人機(jī)的回收可靠性。

2 基于FTA的故障分析

2.1 故障描述及頂事件確定

無(wú)人機(jī)在研制試飛回收過程中發(fā)生故障的具體表現(xiàn)形式為：無(wú)人機(jī)到達(dá)回收啟動(dòng)點(diǎn)后，飛控系統(tǒng)正常發(fā)送回收系統(tǒng)的回收時(shí)序指令，回收傘艙蓋解鎖機(jī)構(gòu)正常工作，傘艙蓋正常彈開和分離。但是，回收傘艙中的回收傘未出艙，回收系統(tǒng)未發(fā)揮減速、穩(wěn)降作用，無(wú)人機(jī)繼續(xù)向前飛行，運(yùn)動(dòng)參數(shù)滿足自毀判據(jù)后，無(wú)人機(jī)打舵自毀。通過對(duì)無(wú)人機(jī)殘骸進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)回收系統(tǒng)的拋傘機(jī)構(gòu)未工作，仍整體留在無(wú)人機(jī)回收傘艙內(nèi)。

通過上述故障描述可知，此次無(wú)人機(jī)回收故障的原因是拋傘機(jī)構(gòu)未工作，中斷了無(wú)人機(jī)的回收流程，導(dǎo)致回收傘未起到減速、穩(wěn)降作用，使無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)滿足自毀判據(jù)，從而打舵自毀。因此，在對(duì)此次回收故障進(jìn)行故障樹分析時(shí)，將拋傘機(jī)構(gòu)未工作作為頂事件F。

2.2 故障樹建立

拋傘機(jī)構(gòu)工作的基本流程為：飛控計(jì)算機(jī)發(fā)出拋傘機(jī)構(gòu)工作指令→拋傘指令經(jīng)電氣線路傳送至相應(yīng)繼電器→繼電器閉合→接通啟動(dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)線路→集熱器熔斷→點(diǎn)燃啟動(dòng)藥→點(diǎn)燃推進(jìn)藥柱→推進(jìn)藥柱燃燒產(chǎn)生能量由噴管噴出產(chǎn)生推力→在推力作用下運(yùn)動(dòng)殼體由固定機(jī)構(gòu)射出→經(jīng)連接帶實(shí)現(xiàn)回收傘出艙。通過分析拋傘機(jī)構(gòu)工作的基本流程，以拋傘機(jī)構(gòu)未工作為頂事件，可建立如圖2所示故障樹。

圖2中各事件符號(hào)代表意義如下：F表示拋傘機(jī)構(gòu)未工作；F1表示拋傘機(jī)構(gòu)失效；F2表示拋傘機(jī)構(gòu)未收到工作指令；F3表示啟動(dòng)機(jī)構(gòu)失效；F4表示運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)失效；F5表示工作指令未傳到拋傘機(jī)構(gòu)；F6表示繼電器故障；X1表示固定機(jī)構(gòu)變形；X2表示飛控計(jì)算機(jī)未發(fā)出工作指令；X3表示啟動(dòng)機(jī)構(gòu)集熱器失效；X4表示啟動(dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)藥失效；X5表示啟動(dòng)機(jī)構(gòu)導(dǎo)線故障；X6表示啟動(dòng)機(jī)構(gòu)插頭未連接；X7表示運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)推進(jìn)藥柱失效；X8表示運(yùn)動(dòng)殼體損傷；X9表示運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)擋板脫落；X10表示運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)膠圈失效；X11表示運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)噴管堵塞；X12表示無(wú)人機(jī)電氣線路故障；X13表示無(wú)人機(jī)電池電壓不滿足拋傘機(jī)構(gòu)工作要求；X14表示繼電器1故障；X15表示繼電器2故障。

用上行法[5]可求得故障樹模型如下：

F=X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8+X9+X10+X12+X13+X14、X15

2.3 故障定位

通過對(duì)飛行試驗(yàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀可知，飛控計(jì)算機(jī)發(fā)出了拋傘機(jī)構(gòu)工作指令，無(wú)人機(jī)電池電壓滿足拋傘機(jī)構(gòu)工作要求。因此，故障X2和X13可排除。

通過復(fù)查無(wú)人機(jī)技術(shù)準(zhǔn)備表格和技術(shù)準(zhǔn)備工作照片可知，拋傘機(jī)構(gòu)外觀正常、工作阻值正常，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)插頭正常連接。因此，故障X1、X5、X6可排除。

通過對(duì)無(wú)人機(jī)殘骸中與拋傘機(jī)構(gòu)工作指令相關(guān)的電氣控制裝置電路、連接電纜進(jìn)行檢查，電氣控制裝置的繼電器1、繼電器2動(dòng)作正常，電纜連接正常。因此，故障X12、X14、X15可排除。

通過對(duì)故障拋傘機(jī)構(gòu)分解檢查可知，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)噴管未堵塞、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)膠圈未失效、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)擋板未脫落、運(yùn)動(dòng)殼體未損傷、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)推進(jìn)藥柱未工作，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)集熱器熔斷、啟動(dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)藥未工作。因此，故障X3、X8、X9、X10、X11可排除，故障X4、X7不可排除。

由于啟動(dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)藥正常工作是運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)推進(jìn)藥柱工作的先決條件，因此，頂事件F（拋傘機(jī)構(gòu)未工作）的故障原因?yàn)閱?dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)藥失效，即故障X4。

3 故障模式、機(jī)理影響分析

3.1 故障模式及影響分析

啟動(dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)藥采用三級(jí)啟動(dòng)方式，由熱敏藥、次啟動(dòng)藥、主啟動(dòng)藥組成。啟動(dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)藥可能存在的故障模式為熱敏藥失效、次啟動(dòng)藥失效、主啟動(dòng)藥失效。上述任一故障模式發(fā)生，都將導(dǎo)致啟動(dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)失敗，拋傘機(jī)構(gòu)無(wú)法工作，無(wú)人機(jī)回收失敗。

3.2 故障原因

熱敏藥失效、次啟動(dòng)藥失效、主啟動(dòng)藥失效的故障原因分析如下。

（1）藥劑漏裝。如果在啟動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配過程中，裝配工人漏裝熱敏藥、次啟動(dòng)藥、主啟動(dòng)藥中的任意一種藥劑都將導(dǎo)致相應(yīng)的故障模式發(fā)生，從而導(dǎo)致啟動(dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)失敗。

（2）藥劑工作前脫落。熱敏藥、次啟動(dòng)藥與集熱器通過綢墊封裝在一起，如果封裝時(shí)管殼收口壓接不到位，在外界震動(dòng)條件下易造成綢墊脫落，熱敏藥和次啟動(dòng)藥將脫落于主啟動(dòng)藥內(nèi)，從而導(dǎo)致集熱器工作時(shí)產(chǎn)生的熱能無(wú)法有效傳遞，造成啟動(dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)失敗。

（3）藥劑受潮。如果拋傘機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期存儲(chǔ)在濕度過高的環(huán)境中，且沒有采取有效的控制措施，則熱敏藥、次啟動(dòng)藥、主啟動(dòng)藥容易受潮，任意一種藥劑受潮都將導(dǎo)致相應(yīng)的故障模式發(fā)生，從而導(dǎo)致啟動(dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)失敗。

（4）藥劑藥量不足。如果在啟動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配過程中，裝配工人在裝填熱敏藥、次啟動(dòng)藥、主啟動(dòng)藥中任意一種藥劑時(shí)沒有達(dá)到要求的藥量，都將導(dǎo)致啟動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳熱過程中斷，造成啟動(dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)失敗。

（5）藥劑制藥不勻。熱敏藥液使用時(shí)，需攪拌工藝，長(zhǎng)時(shí)間放置后會(huì)出現(xiàn)藥液分層，影響熱敏藥性能。

3.3 改進(jìn)措施

人為失誤出現(xiàn)了9次，溫濕度控制出現(xiàn)了3次，震動(dòng)沖擊出現(xiàn)了2次。人為失誤主要出現(xiàn)在熱敏藥、次啟動(dòng)藥、主啟動(dòng)藥的裝配環(huán)節(jié)，溫濕度控制和震動(dòng)沖擊主要出現(xiàn)在存儲(chǔ)、使用環(huán)節(jié)。因此，提出如下改進(jìn)措施。

（1）規(guī)范啟動(dòng)藥裝配工藝流程。

制作啟動(dòng)藥裝配工藝流程表，細(xì)化熱敏藥、次啟動(dòng)藥、主啟動(dòng)藥裝配工藝流程，明確裝配先后順序及各藥劑藥量，明確熱敏藥、次啟動(dòng)藥封裝時(shí)管殼收口和綢墊固定要求，明確熱敏藥液攪拌工藝要求等。裝配工人應(yīng)嚴(yán)格按照裝配工藝流程表進(jìn)行裝配操作，逐項(xiàng)對(duì)照檢查，對(duì)于關(guān)鍵操作（例如：管殼收口、綢墊固定等）應(yīng)拍照為證，最后應(yīng)簽字確認(rèn)。

（2）強(qiáng)化驗(yàn)收環(huán)節(jié)把控。

啟動(dòng)機(jī)構(gòu)批次驗(yàn)收環(huán)節(jié)應(yīng)派專人對(duì)啟動(dòng)藥裝配過程中產(chǎn)生的技術(shù)資料（裝配工藝流程表、照片）進(jìn)行復(fù)查，并明確啟動(dòng)機(jī)構(gòu)批次驗(yàn)收需進(jìn)行震動(dòng)試驗(yàn)。

（3）明確啟動(dòng)機(jī)構(gòu)存儲(chǔ)、使用條件。

給出啟動(dòng)機(jī)構(gòu)存儲(chǔ)時(shí)的溫濕度控制要求，明確啟動(dòng)機(jī)構(gòu)使用過程中的注意事項(xiàng)，應(yīng)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行存儲(chǔ)、使用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文運(yùn)用FTA-FMMEA綜合分析法對(duì)無(wú)人機(jī)在研制試飛回收階段發(fā)生的故障進(jìn)行分析，通過FTA分析確定了故障原因?yàn)閱?dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)藥失效。通過FMMEA分析明確了啟動(dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)藥潛在故障模式及影響，分析了其故障原因及故障機(jī)理，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，提高了啟動(dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)藥可靠性，從而提高了無(wú)人機(jī)回收系統(tǒng)可靠性。

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