长航时无人驾驶飞机

科技工作者之家 2020-11-17

长航时无人驾驶飞机(long endurance unmanned aerial vchicle)是指续航时间在8h以上(甚至达数十小时)的无人驾驶飞机。它一般用于执行战略/战役侦察任务。由于它在距基地数千米之遥的敌纵深地区的中高空(7000~20000 m)长时间飞行,为确保足够的升力,其机翼面积大,翼展宽。

简介长航时无人驾驶飞机(long endurance unmanned aerial vchicle),续航时间在8h以上(甚至达数十小时)的无人驾驶飞机。它一般用于执行战略/战役侦察任务。由于它在距基地数千米之遥的敌纵深地区的中高空(7000~20000 m)长时间飞行,为确保足够的升力,其机翼面积大,翼展宽。它通常采用高效节油的涡轮风扇发动机。为实现数据(包括目标图像)能实时传输给地面指挥中心,它装备了通信中继设备和数字式数据链路。另外,它还配备了自主式导肮系统(主要是惯导/GPS组合系统)。美国在发展长航时无人驾驶飞机方面处于世界领先地位。1993年美国开始实施“蒂尔”系列长航时无人驾驶飞机发展计划。美国已装备了该系列中的“蚋蚊”750和“捕食者”中空长航时无人驾驶飞机,并正在研制“全球鹰”高空长航时无人驾驶飞机和“暗星”高空长航时隐身污染驾驶飞机1。

高空长航时无人机的基本任务高空长航时无人机的任务特点是在高空(18 km以上)长时间(大于24 h)地工作, 主要用于执行侦察和传感任务, 其任务要求包括初始和运行成本低、维护工作量少、能够快速部署等2。

高空长航时无人机对动力的要求(1)发动机应具有良好的任务可靠性, 良好的燃油经济性, 稳定的高空工作能力和良好的爬升能力;

(2)发动机的重量应尽可能轻, 寿命应尽可能长, 寿命期成本(采购、运行和维护成本)应尽可能低;

(3)由于高空的空气密度很低, 发动机的散热不好, 因此, 高空长航时飞行任务对发动机的冷却也提出了更高要求;

(4)另外, 为满足无人机机载用电的更高需求, 发动机应提供更多的电力2。

高空长航时无人机发动机发展面临的挑战(1) 发动机的重量和阻力增加。发动机重量和阻力的增加限制了飞行器的飞行高度。因此, 要满足高空长航时无人机的任务要求,需要发展重量轻、阻力小的热交换器和重量轻、效率高的压缩系统。

(2) 发动机的工作稳定性受到影响。高空长航时无人机还要求有高的功率提取, 以用于驱动电力载荷。当发动机在高空工作时, 由于空气密度大大降低, 其工作线向压气机的喘振线方向移动, 而高的功率提取则进一步增加了压气机喘振裕度的负担, 因此, 高空工作的发动机的工作稳定性将受到影响。对于高空工作的发动机来说, 提高压气机的工作稳定性是非常重要的一项内容1。

“全球鹰”高空长航时监视无人机“蒂尔”II“全球鹰”是美国特里达因瑞安航空公司研制的高空长航时无人机, 是世界上无人机中最大的一种, 主要用于侦察监视。

1996年开始飞行试验。该机为单翼机;机身后部背上有复合材料发动机短舱, 内装一台涡扇发动机;机头上方有圆拱形天线罩, 内装卫星通信天线;在机翼翼根前的机身底部圆拱形罩内装合成孔径雷达;在后机身底部泡形罩内装共用的数据链天线;V 型尾翼采用复合材料;机下装收放式前三点起落架。

无人机由预编程序控制, 飞行中也可通过遥控方式随时改编飞行程序。任务设备有侦察设备(光电/红外传感器、合成孔径雷达)、威胁报警系统和雷达干扰箔条投放系统。“全球鹰”可通过卫星数据链把侦察到的图像信息实时传输给地面站。雷达和光电/红外传感器的搜索覆盖面积为5500km /h, 分辨率在瞄准模式下是0.305m,在搜索模式下是0.915m。在20km 高度, 该机能识别地面停放的各种飞机、导弹和车辆的类型。机翼翼展35.42m, 机长13.53m。最大起飞重量为11612kg, 最大任务设备重907kg。巡航速度635km/h, 实用升限20.5km, 活动半径5560 km, 续航时间可大于42h。最大负载900kg, 并且在“蒂尔”II机上装干扰机、诱饵和雷达告警接收机,每架飞机可携带3~4个拖曳式诱饵和一台ALR89型雷达告警接收机配合工作。干扰系统可在2个频段上工作, 使其既能对付老式的低频雷达和导弹,又能对付像俄制的SA - 10和SA - 12 这类的新型武器2。

“蒂尔”Ⅲ 高空长航时战术无人机“蒂尔” Ⅲ 是由DARO (美国国防空中侦察局)负责, 由洛克希德 马丁/波音公司组成的联合先进开发公司独家研制。主要采用石墨碳精复合材料, 以减轻重量。装备威廉姆斯公司的H J44涡轮风扇发动机, 推力为8. 5 kN。续航时间12 h,最大升限15 km, 最大负载450 kg, 巡航速度463km /h, 翼展21. 00m, 活动半径900 km。

2001年, 美国国防部停止研究“暗星”无人飞行器研制计划, 决定发展“全球鹰”研制计划。“暗星”具有隐身特性, 而“全球鹰”不具有隐身性。国防部官员认为, 对于在高空飞行的体积很小的无人机来说, 隐身不再是一个重要的优点。“全球鹰”能飞更远的距离, 并且在一个指定区域可以持续巡航更长的时间, 这些都是最终选择“全球鹰”的决定性因素2。

“捕食者-B”高空长航时无人机通用原子公司计划销售其“捕食者- B”型无人机, 以填补近程战术无人机系统和远程高续航系统(如“全球鹰”型无人机)之间的空白。通用原子公司正在研制三种型号的“捕食者- B”型无人机。涡轮螺旋桨型使用霍尼维尔公司的331-10型发动机, 速度可达400km /h, 飞行高度15km, 在空中滞留25h, 有效载荷可达350kg。喷气型有可能采用威廉姆斯国际公司的FJ44型引擎, 有效载荷为350kg, 速度可达500km /h, 飞行高度可达22km, 持续飞行时间为12 h。第三个型号是为国家航空航天局(NASA )设计的, 可以用于大气研究, 它的翼展比“捕食者”普通型还要长7m, 持续执行任务时间可达32h。“捕食者-B”型无人机可以使用“捕食者”型无人机的地面设施和维修设备2。

“赫尔梅斯” 1500高空长航时无人机“赫尔梅斯” 1500是由以色列Sliver Arrow公司研制。1997年首次飞行, 主要用于实时侦察、监视、目标截获和通信中继。它的续航时间大于40h, 最大升限9 145m, 最大载荷400 kg, 最大平飞速度315 km /h, 最大巡航速度241km/h, 任务半径200km, 翼展10.00m1。

“萨若海尔”高空长航时无人机“萨若海尔”是由法国的Aerospatiate公司从1994年开始进行研制的高空长航时无人机, 大约2007~2010年推向军队服役, 最大起飞重量5300kg, 其中任务载荷500kg, 高度18~20km, 续航24h, 任务范围2500km, 任务载荷包括光电、红外和雷达传感器、电子情报和通信情报装置、空中地图测绘设备等1。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所

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