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无人机发射技术

 

无(wú)人机的发射方式众多(duō),如手抛、机载投放、车载发射、弹(dàn)射、火箭助(zhù)推等。根据发射地点分类,可分(fèn)为陆基(jī)(手抛、车载等)、空基(机(jī)载投放)、海基(舰载、潜(qián)射)发(fā)射;按发射动力可分为自力、弹射、投放、复合式(shì)发(fā)射。

1、自力发射

自(zì)力发射(shè)是指无人机起飞时依靠发动机的推力或旋翼升力实现升(shēng)空。自力倾斜(xié)发射时常(cháng)常采(cǎi)用助推火箭,垂(chuí)直起(qǐ)飞多利(lì)用旋翼或喷气发动(dòng)机的升力,部分无人机在发动机(jī)推动下采用跑道滑跑起飞。如劲鹰1型汽油航测航拍无(wú)人机和劲鹰2型(xíng)垂直(zhí)起飞固定翼无人机(jī)、劲鹰3型可垂直起飞悬停固(gù)定翼无人机劲鹰S1型汽油航测航拍(pāi)水上(shàng)无人机等多(duō)种型号(hào)的无人机。

1. 1火箭助(zhù)推发射

以(yǐ)火箭作动(dòng)力的发射平台(tái)被广(guǎng)泛用于无人机(jī)的发射,无人机在1台或(huò)多台(tái)(通常2)助推火箭发(fā)动机(jī)推(tuī)力(lì)作用(yòng)下飞(fēi)离发射装置,无人机起(qǐ)飞后,扔掉助推火箭,由机上主发动机完成飞(fēi)行任务。火箭助推发(fā)射技术(shù)成熟(shú)、推力范(fàn)围大、成本(běn)低,已系(xì)列化。然(rán)而,火箭发射有以下缺(quē)点:

1)火箭(jiàn)会产(chǎn)生大量的烟尘(chén)和火光,并伴随着噪(zào)音,这(zhè)会对无人机的操纵人(rén)员造成视觉和听觉上的干(gàn)扰,同时容易暴(bào)露阵地。2)火箭并没(méi)有完全(quán)克服发射(shè)不可预料这(zhè)一特点,不同(tóng)的火箭或多或少存在差别。3)每次发射(shè)都将消耗一定数量的火箭(jiàn),从而造成(chéng)发射费用的增加(jiā)。

1. 2垂直起飞

无人机垂直起飞主要有(yǒu)两(liǎng)种(zhǒng)类(lèi)型:旋翼垂直起飞;特殊改造的固(gù)定翼型垂直(zhí)起飞。1)旋翼飞机垂直起(qǐ)飞。这种起飞方式的特点是(shì)以旋(xuán)翼作无人机的升(shēng)力工具,旋转旋翼使无人机垂直起飞。目前(qián)世界上至少有4种旋翼式无人机:主旋翼/尾旋翼式(如美国的ARC003)、共轴(zhóu)反(fǎn)旋双旋翼式(如加拿大的CL-227哨兵(bīng)、俄罗斯(sī)的卡-137)、单旋翼式(如(rú)德国的(de)Do34田凫)和倾(qīng)斜旋翼式(如美国的D-340瞄准手(shǒu))。由(yóu)于这种起飞方式不受(shòu)场(chǎng)地面(miàn)积与地理条件的限制,所以(yǐ)适用广,尤其在舰载(zǎi)无人机中广泛采(cǎi)用,但(dàn)与长(zhǎng)续航能力存在一定矛(máo)盾。2)特殊改造型垂直起飞。它包括利用尾座(zuò)支撑、专用起降(jiàng)发动机(jī)起(qǐ)飞两种。尾座(zuò)支撑型在起(qǐ)飞时,无(wú)人机以垂直姿态安置在发射场上,由尾支座(zuò)支撑无人机,在机上(shàng)发动机作用下起飞。例如(rú)美国的XBQM-108A无人机,它保留普通起落架装置,机尾有尾支座,可采(cǎi)用起落架滑跑方式(shì)起(qǐ)飞(fēi),也可以垂直(zhí)姿(zī)态起飞。另一种在机(jī)上配(pèi)备垂(chuí)直起飞用发(fā)动机(jī)的推(tuī)力下,或借助推力矢量换向技术,飞机垂直起(qǐ)飞。相对旋翼无(wú)人机,它(tā)保持了固(gù)定翼飞机的快速机(jī)动和长续航能力的优点,工作(zuò)空间更广阔。

2、弹射技术

常用(yòng)的无人机弹射方式有弹力弹射、气(qì)液(yè)压(yā)弹射和(hé)燃气弹射,而电磁弹射技术是一种新概念(niàn)发(fā)射技术。弹力发(fā)射利用伸(shēn)缩性很(hěn)强的弹性(xìng)元件(如橡皮筋、弹簧(huáng))的弹(dàn)力作动力(lì),提供起(qǐ)飞所(suǒ)需的加速度(dù),适用于轻()型(xíng)机,如(rú)以色列微(wēi)小-V和波音(yīn)公司的扫描(miáo)鹰。燃气弹射是指直接利用火药气(qì)体来发射(shè)无人机,通常借助现役火(huǒ)炮实现通用(yòng)发射(如美军研制155mm火(huǒ)炮发射快看无(wú)人机(jī)),要考虑抗(kàng)过载性能,以及总体结构(gòu)尺寸与武器的兼容性。

2. 1气液压(yā)弹射技术

无人机(jī)气液压弹射起飞方(fāng)式是20世纪90年代国际上(shàng)发(fā)展起来的一(yī)种先进的导轨动能弹射起飞方(fāng)式,主要采用气液压能源作(zuò)为无人(rén)机弹射(shè)起飞的动(dòng)力。与常用的火箭(jiàn)助推起飞方(fāng)式相比,它具有安全隐(yǐn)蔽性好、经济(jì)性好(hǎo)、适(shì)应性好(hǎo)等优(yōu)点,不会(huì)产生光、声、热、烟雾等信号,不存在火控器材的存储、运输和管理问题,且每次进行无(wú)人机发射时消耗性(xìng)器材及支援保障的费用(yòng)较低,另外在一(yī)定范围内通(tōng)过调节蓄能器充气压力和充油(yóu)压力便可满足(zú)不同无人机对起飞(fēi)质量和起飞速度(dù)的(de)使(shǐ)用要求;与轮式起飞方式相比较,前者起(qǐ)飞无(wú)需机(jī)场跑(pǎo)道,具有(yǒu)很好的机动灵活性(xìng),可连续进行无人机弹射起(qǐ)飞,使用方便(biàn),车载、舰载都(dōu)很适用。国外(wài)最(zuì)先把气液压弹射起飞技术(shù)应用于(yú)无人机发射系统,由于技术(shù)复杂,难(nán)度较大,最初只有美国、英(yīng)国和瑞士(shì)等(děng)少数国家掌握此项(xiàng)技术,如美(měi)国影子(zǐ)200和天鹰、英国不死鸟以及(jí)瑞士巡逻兵。不死鸟(niǎo)的发射(shè)过(guò)程是:无人机(jī)首先固定在滑(huá)车上(shàng),滑(huá)车就位并在锁定的状态下进行液体压(yā)缩氮气储(chǔ)能。压力达到规定值(zhí)时,滑车释放,发(fā)射气缸中的活塞开(kāi)始运动,活塞顶杆拉动带滑轮组的钢缆牵动滑车加(jiā)速。膨胀的氮气推动液体(tǐ)不断(duàn)进入发射气缸,维(wéi)持这个(gè)运(yùn)动,直到活(huó)塞(sāi)顶杆到达其行程的端点。同时(shí),滑车到达滑轨终点时在液(yè)压刹(shā)车装置(zhì)作用下停住,无(wú)人(rén)机离开滑车飞(fēi)向天空(kōng)。

2. 2电磁弹射技术

电磁弹射器是利用电(diàn)磁力推动物(wù)体,使物体在短距离内加速(sù)到一(yī)定(dìng)速度后发射出去的装(zhuāng)置。电磁(cí)弹(dàn)射(shè)技(jì)术最初用于使小质量物体(tǐ)获得超高速的运动(dòng)速(sù)度,但从20世纪90年代以来,国外研究机构已将电磁弹射技(jì)术应用于大质(zhì)量、较低速物体的加速发射。与火箭助(zhù)推相比,电磁发射的几乎全是有效(xiào)载(zǎi)荷,无人机无负(fù)重,发射能源为电源,比使用火(huǒ)药成本低,对环境(jìng)影响小(xiǎo)。电磁弹(dàn)射器主要由电源和(hé)直线直流电机等设(shè)备组成(chéng),与(yǔ)由各种气体(tǐ)管路(lù)或液体管路、阀、泵以及储(chǔ)能(néng)装(zhuāng)置等设备组成的(de)气液压弹射器相比,电(diàn)磁发射设备体积小(xiǎo)且容易(yì)维护。由于直(zhí)线直流电机具有很好的可控性,可以方便且精(jīng)确地通(tōng)过调节输出电流的大小来改变(biàn)弹射能的大小,使电磁弹射器(qì)具有精确(què)弹射从轻型到重型无人机的能(néng)力。无人机电磁弹射(shè)起飞技术作为一种新型的发(fā)射技(jì)术,相比目前各(gè)种成熟的无(wú)人机发(fā)射起(qǐ)飞(fēi)方式,发射效率更高,因此,受到越来(lái)越多的关注(zhù)。大(dà)多数无人机的(de)发(fā)射质量都在2 000 kg以内,发射(shè)速(sù)度低于80 m/s,对这样的发射质量和发射速(sù)度,目前(qián)的(de)直线(xiàn)直流电动机技术和高功率脉冲电源技术能为工程应用提供技术保障(zhàng)。因此,采用电(diàn)磁弹射发(fā)射无人机在技术上(shàng)是(shì)可(kě)行的。

3、空中投放

无人机被(bèi)其它飞行器(qì)(常规飞机、特殊(shū)弹药等)运载(zǎi)到空中(zhōng)借助相关技术放飞。美国新近研制(zhì)的盾(dùn)牌无人验证机从P-3C母机的(de)机翼或弹舱中发(fā)射(shè),离机(jī)后展开尾翼(yì)和(hé)尾部控制面,俯冲到(dào)低高度之(zhī)后开始执行(háng)任务。常规飞机投放能降低无人机飞行过程中(zhōng)发生故障和被拦截的可能性,延长(zhǎng)无人机的结(jié)构疲劳寿命,但母机需要大型机场,且保障过程复杂,特(tè)别是陆、海军(jun1)使(shǐ)用时需得到空军协(xié)同,独立(lì)作战能力(lì)不强(qiáng)。

由各种炮弹、火箭(jiàn)弹(dàn)、航空炸(zhà)弹(dàn)、导弹、布撒器等(děng)母(mǔ)弹携带(dài)投放的无人(rén)机在飞行初期由母弹携(xié)带(dài),到(dào)达预定(dìng)高度和距离时被母(mǔ)弹抛出,然后子机再进行一定距(jù)离的巡航飞行或目标区内的巡飞(fēi),并完成指定任(rèn)务。这种投放方式已经引起了众(zhòng)多国家的(de)重(chóng)视,典型的有(yǒu)美国广域侦(zhēn)察(chá)无人机(jī)(WASP)和洛卡斯,俄罗斯R-90无人侦(zhēn)察机由(yóu)旋风火箭炮发射的300 mm火箭(jiàn)弹(dàn)运载抛撒。特种弹(dàn)药运载(zǎi)投放无人机(jī),速度(dù)快,从发射到飞行至目标区上(shàng)空一般(bān)为几分钟,降低了被拦截的风险,同时具有小型化、维护简单、使用方便等特点,但也存(cún)在作用距离(lí)短(duǎn)、巡(xún)航时间有限、不易回收重复使(shǐ)用等不(bú)足。

4、潜射技术

美军20世纪90年(nián)代率(lǜ)先开始研制潜射无人机(jī),先后有海上搜索者、海上哨(shào)兵、鸬鹚三种(zhǒng)型号,使(shǐ)无人(rén)机成为潜艇的(de)预(yù)警侦察、通信(xìn)导航、战场评估(gū)、对(duì)敌打击的攻防兼(jiān)备的重要装备,大(dà)大提高了潜艇的作战能力。

潜艇在水下发射无(wú)人机(jī)是(shì)一项十分复杂的系统工(gōng)程,涉(shè)及(jí)到流体力学、空气动力(lì)学以及电子技术等多门学(xué)科。目(mù)前,美国潜射无人机水下发射(shè)正在分别采用2种发射方式进行试验(yàn):干式发射和湿(shī)式发射。

干式(shì)发射是(shì)采用较(jiào)多的一种潜射方式。无人(rén)机(jī)被折(shé)叠(dié)后,整体装入(rù)运载器内,在(zài)水下航(háng)行和点(diǎn)火时始(shǐ)终处于干燥状态,完全(quán)依靠运载(zǎi)器(qì)将其送(sòng)至水面(miàn),无人机在出水过程中完(wán)成与运载器的分离。这种(zhǒng)发射方式的最(zuì)大益处在于(yú),无人机(jī)回避了水环境(jìng)适应(yīng)性(xìng)问题(tí),从而大幅降低了无(wú)人机的研制(zhì)难度。此种技术比较(jiào)成(chéng)熟(shú),海上搜索者就是采用此种(zhǒng)方式发射,采用了(le)可(kě)折叠机翼,从(cóng)潜(qián)艇标准的533 mm鱼雷发射管等发射(shè)装置发射。

湿式发射方式的无人(rén)机无运载器,但无人机在发射管内有一(yī)个(gè)密封的保护筒,当无人机发射离管后至安(ān)全距离时点(diǎn)火,保护筒(tǒng)留在管内。鸬鹚潜射无人机采用了这种方式(shì),它(tā)类似海鸥折叠翼,并(bìng)能装于(yú)潜艇弹道(dào)导弹的发射筒内。无人机从弹(dàn)道导弹(dàn)发射(shè)筒弹出(chū),上浮到海(hǎi)面(miàn),然后点燃火箭助(zhù)推器,达到一定速度后,涡(wō)轮风扇(shàn)发动机启动,进(jìn)入巡航(háng)飞(fēi)行。

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