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无人机发射技术(shù)

 

无(wú)人机(jī)的(de)发射方式众多,如手抛(pāo)、机载投放、车载发射、弹射(shè)、火箭助(zhù)推等。根(gēn)据发射地点分类,可分(fèn)为陆基(手抛(pāo)、车载等)、空基(机载投(tóu)放)、海基(jī)(舰(jiàn)载(zǎi)、潜(qián)射)发射;按发射动力可分为自(zì)力、弹射、投放、复合式发射。

1自力发(fā)射

自(zì)力(lì)发射(shè)是指无人机起飞时依靠发动机的推力或旋翼升力(lì)实(shí)现升空自力倾斜(xié)发射时常常采用助推火箭垂直起飞多利用旋翼或喷气发动机的升力部(bù)分(fèn)无人(rén)机在发动机推动下采用跑道滑跑起飞如劲鹰1型汽油航测航拍(pāi)无人机和劲鹰2型垂直起飞固定翼无人机、劲鹰(yīng)3型可垂直起飞悬停固定翼(yì)无人机劲鹰S1型(xíng)汽油航测航拍水上(shàng)无人(rén)机等多(duō)种型号的无人(rén)机。

1. 1火箭助推发射

以火(huǒ)箭作动(dòng)力的(de)发(fā)射(shè)平台被广泛用于(yú)无人(rén)机的发射,无人机在1台(tái)或多(duō)台(通(tōng)常(cháng)2)助推火(huǒ)箭发动机推(tuī)力作(zuò)用下飞离(lí)发射装置,无人机起飞后,扔(rēng)掉助推(tuī)火箭,由机上主(zhǔ)发动机完成飞行任务。火箭助(zhù)推发射技术成(chéng)熟、推(tuī)力范围大、成本低,已系列化。然(rán)而,火箭发射有以下缺点:

1)火(huǒ)箭会产生大量的烟尘和(hé)火(huǒ)光,并伴随着噪音,这会对无人机(jī)的操纵人(rén)员造(zào)成(chéng)视觉和听觉(jiào)上的干扰,同(tóng)时容(róng)易暴露阵(zhèn)地。2)火箭并没有完全克(kè)服(fú)发射(shè)不可预料这一(yī)特点,不同(tóng)的火箭或多或少存在差别。3)每次发射都将消耗一(yī)定(dìng)数量(liàng)的火箭,从(cóng)而造成发射费用(yòng)的增加。

1. 2垂直起(qǐ)飞

无人机(jī)垂(chuí)直起飞主要有(yǒu)两(liǎng)种类型:旋翼垂直起飞;特殊(shū)改(gǎi)造的固定翼型(xíng)垂直起(qǐ)飞。1)旋翼飞(fēi)机(jī)垂直起飞(fēi)这种起(qǐ)飞方(fāng)式的特点是以旋翼作无人机的升力工具,旋转旋(xuán)翼使(shǐ)无人(rén)机垂直起飞。目前世界上至(zhì)少(shǎo)有4种旋翼式无人机:主(zhǔ)旋翼/尾(wěi)旋翼式(shì)(如美国的(de)ARC003)、共轴(zhóu)反旋(xuán)双旋翼式(如(rú)加(jiā)拿大的CL-227哨兵、俄罗(luó)斯(sī)的卡-137)、单旋(xuán)翼式(如德国的(de)Do34田凫)和倾斜旋翼式(如美国的D-340瞄准手)。由于这种(zhǒng)起飞方式不受场(chǎng)地面积(jī)与地理条件的限制,所以适(shì)用广,尤(yóu)其在舰载无人机中广泛采用,但(dàn)与长续航能(néng)力存在一定(dìng)矛盾。2)特殊改造型(xíng)垂直起(qǐ)飞它包括(kuò)利用尾座(zuò)支撑(chēng)、专用起降(jiàng)发动机起(qǐ)飞两种。尾(wěi)座(zuò)支撑(chēng)型在起飞时,无人机以垂(chuí)直(zhí)姿态(tài)安置在发射(shè)场上,由(yóu)尾支座支撑(chēng)无人机,在机上发动机作用下起飞。例如美国(guó)的XBQM-108A无人机,它保留普通起落架装置(zhì),机尾有尾支座,可(kě)采用起落架(jià)滑(huá)跑方式起飞,也可(kě)以垂直姿(zī)态起飞。另一种在机上配(pèi)备垂直起飞用发(fā)动机的(de)推力下,或借助推力矢量换向技(jì)术,飞机垂直起飞。相对旋翼无人机,它保持了固定翼飞(fēi)机的快速机动和长续航能力的优点,工作空间更广(guǎng)阔。

2弹射技术(shù)

常(cháng)用(yòng)的无(wú)人机弹射(shè)方式有弹力弹射、气(qì)液压弹射和燃气弹射,而电磁弹射技术是一种新概(gài)念发射(shè)技术。弹力发射利用伸(shēn)缩性很强的弹性元件(如橡皮筋、弹簧(huáng))的弹力(lì)作动力(lì),提(tí)供起飞所需的(de)加速度,适用于轻()型机,如以色列微小-V和波音(yīn)公司(sī)的扫描鹰。燃气弹(dàn)射是指(zhǐ)直接利用火药气体来发射无人机,通常借(jiè)助(zhù)现役(yì)火炮实现通用发射(如美(měi)军研制(zhì)155mm火炮发射快(kuài)看(kàn)无(wú)人机(jī)),要(yào)考虑抗过载性能,以及总体结构(gòu)尺(chǐ)寸与武器的兼容性。

2. 1气液压弹(dàn)射技术

无人(rén)机气液压弹射(shè)起飞方式是20世(shì)纪90年代国际上发展起来的一种(zhǒng)先进(jìn)的导轨动(dòng)能弹射起飞方式,主要采用气液压能源作(zuò)为无人(rén)机(jī)弹射起飞的动力。与(yǔ)常用的火箭(jiàn)助推起飞方式相比(bǐ),它具(jù)有安全隐(yǐn)蔽性好(hǎo)、经济性(xìng)好、适应性好等优点,不会(huì)产生光、声、热、烟雾等信号,不存在火控器材的存储、运(yùn)输和(hé)管理问题,且每(měi)次进行无人机发射时消耗性器材及(jí)支援保障的费用较低,另(lìng)外在一定范围内通(tōng)过调节蓄能(néng)器充气压力和充油压(yā)力(lì)便可满(mǎn)足不同无人(rén)机对起飞质量(liàng)和起(qǐ)飞速度的使用要求;与轮式起飞方式相比(bǐ)较,前者(zhě)起飞无(wú)需(xū)机场(chǎng)跑道,具有很好的(de)机动灵活(huó)性,可连续进行无人机弹射起飞,使用(yòng)方便(biàn),车载、舰载都很适用。国外最(zuì)先(xiān)把气液压弹(dàn)射起飞技术应用于无人机发射系统,由于技术复杂,难度较大,最初只有美国、英国和(hé)瑞士等少(shǎo)数国家掌握此(cǐ)项技术,如美国影子200和天鹰、英国不死鸟以(yǐ)及瑞士巡逻兵(bīng)。不死(sǐ)鸟的(de)发射过程是:无人机首先固定在滑车上,滑(huá)车就位并在锁定(dìng)的状态(tài)下进行(háng)液体压缩氮气储能。压力达到(dào)规定值时,滑(huá)车释放(fàng),发射气缸中的活(huó)塞开始运(yùn)动,活塞顶杆拉动带滑轮(lún)组的钢缆牵动滑车加速。膨胀的(de)氮气推动液体不断进(jìn)入发(fā)射气缸,维持(chí)这个(gè)运(yùn)动(dòng),直到活塞顶杆到达其(qí)行程的端(duān)点。同时,滑车到达滑轨终点时在液压刹车装置作用(yòng)下停住,无人机离开滑车飞向天(tiān)空。

2. 2电磁弹(dàn)射技术

电(diàn)磁弹射(shè)器是利用电磁(cí)力推动物(wù)体,使物体在(zài)短距离内加速到一定(dìng)速度后发(fā)射(shè)出(chū)去的装置。电磁(cí)弹射技术(shù)最初(chū)用于使(shǐ)小质量物体获得超高速的(de)运动速(sù)度,但从20世纪90年(nián)代(dài)以来,国(guó)外研究机构已将(jiāng)电磁弹射技术应用于大质量、较低速物体(tǐ)的加速发射。与火箭助推相比(bǐ),电磁发射(shè)的几乎全是(shì)有效载荷,无人机无负(fù)重,发射能源为电源,比使(shǐ)用火药(yào)成(chéng)本低,对环境(jìng)影(yǐng)响小。电磁(cí)弹射器(qì)主要(yào)由电源和直线直流(liú)电机等(děng)设(shè)备(bèi)组成,与(yǔ)由各种气体管(guǎn)路或液体管路、阀、泵以及(jí)储(chǔ)能装置等设(shè)备组成的(de)气液压(yā)弹射器相比,电磁发射(shè)设备体积(jī)小(xiǎo)且容易维护。由于直线直流(liú)电机具有很好的(de)可控性,可(kě)以方便且精确(què)地通过调节输出电流的大(dà)小来改变弹射(shè)能的大(dà)小,使电磁弹射(shè)器具有精确弹射(shè)从轻型到(dào)重型无人机的能力。无人机(jī)电(diàn)磁弹射起飞技术作为(wéi)一种新型的发射技(jì)术(shù),相比目前(qián)各种成(chéng)熟的(de)无人机(jī)发射起飞(fēi)方式,发射效率更高,因此(cǐ),受到越来越(yuè)多(duō)的关(guān)注。大多(duō)数无(wú)人机(jī)的发(fā)射质量都在2 000 kg以内,发(fā)射速度低于80 m/s,对这样的发射质量和发射速度,目(mù)前(qián)的直线直流电动机技术和(hé)高功(gōng)率脉冲电源技术能为(wéi)工程应用提供技(jì)术保障(zhàng)。因此(cǐ),采(cǎi)用电磁弹射发射无人(rén)机在技术上(shàng)是可行的。

3空中投放

无人机被其它飞行(háng)器(常规飞(fēi)机、特殊(shū)弹药等)运载到空(kōng)中借助相关技术放(fàng)飞。美国新近研制(zhì)的盾牌(pái)无人验证机从P-3C母机的机翼或弹(dàn)舱中发射,离机后展开尾翼和尾部控制(zhì)面,俯冲到(dào)低(dī)高度之后(hòu)开始执行任务。常规飞机投放能降低无人(rén)机(jī)飞行过程中发(fā)生故障(zhàng)和被拦截的可能性,延长无人(rén)机的结构疲(pí)劳寿(shòu)命,但(dàn)母机需要大型机场,且保障过程复杂,特别是陆、海军使用时需得到空军协同,独立作战(zhàn)能(néng)力不强。

由各种炮弹(dàn)、火(huǒ)箭(jiàn)弹、航空炸(zhà)弹(dàn)、导弹、布撒(sā)器等母弹携(xié)带投放(fàng)的无人机在飞(fēi)行初期(qī)由母弹(dàn)携带(dài),到达预定(dìng)高(gāo)度和距离时被(bèi)母(mǔ)弹抛出(chū),然后子机再进(jìn)行(háng)一定距离的巡(xún)航飞行或目(mù)标(biāo)区内的巡飞,并(bìng)完成指定任务。这种投放方式已(yǐ)经引起了众多国家的重视,典型的有美(měi)国广域侦(zhēn)察无人机(WASP)和洛卡斯,俄罗(luó)斯R-90无人侦察机由旋风火箭炮发射的300 mm火箭(jiàn)弹运载抛撒(sā)。特种弹药运(yùn)载投放(fàng)无人机(jī),速度快(kuài),从发(fā)射到飞行至目标区上空一般为几分钟,降低了被拦(lán)截的风险,同时具有小型化、维护简单、使用方便等(děng)特点(diǎn),但也存在作用距离短、巡(xún)航(háng)时间有限、不(bú)易(yì)回(huí)收重复使用等不足。

4潜射(shè)技术

美(měi)军20世纪90年代率先开始研制(zhì)潜射无(wú)人(rén)机,先后(hòu)有海(hǎi)上搜索者、海上哨兵、鸬鹚三种型号(hào),使无人机成为潜艇的(de)预(yù)警侦察、通信导航(háng)、战场评估、对敌打击的攻(gōng)防兼(jiān)备(bèi)的重要装备,大大(dà)提(tí)高了潜艇的(de)作战能(néng)力(lì)。

潜艇在水(shuǐ)下发射无人(rén)机是一项十分复杂的系统(tǒng)工程(chéng),涉及到流体力学、空气动力学以及电子技术等多(duō)门学科(kē)。目前,美国潜(qián)射无人机水下发射正在分别(bié)采用(yòng)2种发射方式进行试验(yàn):干式发(fā)射和湿式发射(shè)。

干式(shì)发射是采用较(jiào)多的一种潜射方式。无人机被折叠后,整体装入运(yùn)载器内,在(zài)水(shuǐ)下(xià)航(háng)行(háng)和(hé)点(diǎn)火时始终处(chù)于干燥状态,完全(quán)依靠运载器(qì)将其送至水(shuǐ)面,无人机在出水过程中完成与运(yùn)载器的分(fèn)离(lí)。这种发射(shè)方式的最大益处(chù)在于,无人(rén)机(jī)回避了水(shuǐ)环境适应(yīng)性问题,从而大幅降(jiàng)低了无人机的研制难度(dù)。此种技(jì)术比较(jiào)成(chéng)熟(shú),海上搜(sōu)索者就是采用此种方式发射,采用了可折叠机翼,从潜艇标准的533 mm鱼雷(léi)发射管等(děng)发射装置发射。

湿式发射方式的无人机无运载器,但无人(rén)机在发射管内有一个密封的保护筒,当无人机发(fā)射离管后至安全距(jù)离时点(diǎn)火,保护筒留(liú)在管内。鸬鹚潜射无人机采用了这种方式,它类似海(hǎi)鸥折叠翼,并(bìng)能装于潜艇弹道导弹的发射筒内。无人机从弹道导弹发射(shè)筒弹出,上浮到海(hǎi)面,然后点燃火箭助推(tuī)器,达到一定(dìng)速度(dù)后,涡轮风扇发动机启(qǐ)动(dòng),进入巡航飞行(háng)。

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