無人機可靠性測試必要性分析和主要測試項目

時間：2020-07-08

無人機是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機，包括無人*機、固定翼機、多旋翼*行器、無人飛艇、無人傘翼機。無人機按不同使用領域來劃分，無人機可分為*、民用和消費級三大類。
無人機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人駕駛*行器，其控制在很大程度上要比有人作戰(zhàn)飛機復雜得多，一旦發(fā)生故障無人機的生存概率比較低。
影響無人機可靠性的環(huán)境因素
1、降雨
比起有人駕駛飛機來，多數(shù)無人機較易受降雨的影響。這主要有三個原因
（1）多數(shù)無人機尺寸相對較小
（2）它們多利用木制螺旋槳
（3）較少注意防水密封。

2、結冰
另一個影響可靠性的環(huán)境因素就是結冰，這種危害即使在晴好天氣也可能發(fā)生。機翼結冰對飛機飛行危害較大。一旦在機翼上形成結冰，隨后便會在控制面上結冰。積冰破壞了機翼流線外形，對飛機操縱性產(chǎn)生不利影響。當較大的積冰脫落時，會對螺旋槳造成危害。積冰達到一定限度，就會**過飛行控制系統(tǒng)的調(diào)控極限，從而破壞控制面鉸鏈的運動，較大地影響機翼外形和無人機操縱性。致使無人機進入失速狀態(tài)，直至墜毀。
3、風
相比較有人機，風在總體上對無人機、尤其是小型無人機造成的影響也較大。這主要是由于它們的設計（比如操縱面面積、作動器響應頻率、飛行速度等）造成對環(huán)境（比如陣風、翼載等）響應不夠理想。這些影響因素中，一部分是小型無人機無法克服的，另一部分是設計者沒有將可靠性設計到系統(tǒng)中去。
高的風速不但影響無人機的起飛和著陸，而且在飛行過程中易形成紊流。多數(shù)無人機，比起有人機來尺寸較小，飛行速度較低，較易受到紊流的影響。尺寸越小，受干擾程度就越大。

4、雷諾數(shù)
雷諾數(shù)是流體力學中表征粘性影響的相似準則數(shù)。無人機越小，其操縱面就相對較大，因為在不利壞境下要加強它們的操縱性。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)是另一個值得考慮的外部因素。
無人機的可靠性設計
無人機開發(fā)商，一般比較注重產(chǎn)品壽命周期的采辦階段。實際上，對于無人機的可靠性，應貫穿于其壽命周期的各個階段。從確定無人機的需求開始，經(jīng)過概念設計、初步設計和詳細設計階段，一直到無人機的使用和退役，都與可靠性密切相關。大量的實踐說明，一個可靠的無人機系統(tǒng)不但要注重其系統(tǒng)性能，而且在概念設計階段就要注意可靠性、維修性的設計。

如果在無人機設計階段，以犧牲其可靠性為代價，片面追求性能要求，就會導致無人機在外場使用中的許多問題，如任務成功率低、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、概率風險評估、質(zhì)量功能展開等）可用來解決這些問題，但如果在無人機壽命周期的早期運用這些工具，效果會較好。從飛行控制軟件的開發(fā)上可清楚地印證這一點。在壽命周期內(nèi)，軟件錯誤出現(xiàn)的越早，糾正措施所需的代價就越低。

為在控制成本的同時達到提高可靠性目的，以下原則在設計所有無人機子系統(tǒng)時必須予以考慮：
1.運用系統(tǒng)工程與設計實踐標準進行設計
2.設計力求簡單
3.加強預先診斷能力設計
4.確保材料和零件的可互換性
5.考慮人為因素（在制造、操作和維護中）對無人機的敏感性
6.基于故障模式與影響分析，運用冗余設計和故障安全保護設計手段
7.可生產(chǎn)性設計
8.**使用已得到驗證的材料和零件
9.對材料和零件質(zhì)量的維持和控制

無人機常用的六大可靠性測試
1、高低溫測試
由于無人器作業(yè)的環(huán)境條件往往多變且復雜，而且每一款機器對于內(nèi)部功耗發(fā)熱的控制能力有所區(qū)別，較終導致*行器自身的硬件對于溫度的適應能有所不同，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試是必須的。不能說，*行器在南方飛沒有問題，但是帶到北方竟無法起飛，又或是無人機在溫度高或者溫度低的條件下儲存，*行器竟出現(xiàn)了未知的故障等等，對于普通消費者來說，這樣的結果都是無法接受的。

2、跌落測試
跌落測試是目前絕大多數(shù)產(chǎn)品都需要做的一項常規(guī)測試，一方面是為了檢驗無人機產(chǎn)品的包裝是否能很好地保護好產(chǎn)品本身以確保運輸安全；另一方面其實就是*行器的硬件可靠性，畢竟*行器像常用的智能手機一樣，無法避免地會出現(xiàn)一些小磕小碰，或者甚至出現(xiàn)意外摔機的情況，良好且牢靠的硬件性能可以大大提升*行器對于外界的抵御能力，將機器損壞降到較低，減少維護的時間和成本。

3、GPS 搜星測試
對于一款無人機*行器來說， GPS模塊是一個非?；镜挠布枨?，屬于*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及飛行速度等數(shù)據(jù)信息，同時，在功能上可以輔助實現(xiàn)懸停，航線規(guī)劃和自動返航等等眾多智能功能。所以，*行器搜星的速度和數(shù)量對于無人機來說是非常重要的，速度太慢，你可能需要等很長的時間才敢起飛，星數(shù)太少或者不穩(wěn)定，在飛行的過程中丟星其實也會影響到飛行操控和安全。

4、振動測試
無人機內(nèi)部有很多的傳感器，比如IMU慣性測量單元，這些感知的數(shù)據(jù)如果因為振動受影響，較終的結果就是*行器可能會“瘋”掉，完全不受控制；其次，內(nèi)部硬件結構復雜，機身的一體化強度要求較高，如果振動導致硬件連接異常，螺絲或者模塊松懈等等，其實都是不能容忍的。同時，*行器自身的振動會影響到飛行的穩(wěn)定和航拍的效果。要知道，如果你經(jīng)常外出，路上會受車輛顛簸振動的影響，起飛和降落不流暢或者經(jīng)?？目呐雠鲆矔艿秸駝拥挠绊懀?行器對于振動的抵御能力不可忽略。

5、按鍵測試
無人機的遙控器上有控制搖桿和很多的功能按鍵，機身上也有對頻鍵，電池扣等等，這些按鍵隨著長期地頻繁使用都會出現(xiàn)老化和磨損，按鍵測試其實就是在較大使用強度下，測試這些按鍵是否能持續(xù)正常工作，抗老化的能力有多強，畢竟按鍵壞了，飛行控制和功能使用都會受到影響，客戶體驗不佳。

6、線路彎折測試
隨著無人機一體化的發(fā)展，很多的連線都被商場絞盡腦汁盡可能地設計減少了，但還是會不可避免地有一些模塊之間的連線，而這些線路會出現(xiàn)長期的彎折，所以必要的彎折測試以檢測模塊之間的連接可靠性非常重要，比如云臺一般在機身的下方，云臺的FPC排線一般肉眼可以看到，如果該排線損壞云臺將與機身斷連，無法工作；還有，一旦這些排線破損或者短路，也不能影響到無人機其它模塊的正常運作。

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