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无人机发射技术(shù)

 

无人(rén)机的发射(shè)方(fāng)式众(zhòng)多,如(rú)手抛、机载投(tóu)放、车载发射(shè)、弹射、火(huǒ)箭助推等。根(gēn)据(jù)发射地点分类,可分为陆基(jī)(手抛(pāo)、车载等)、空基(机载投(tóu)放)、海(hǎi)基(舰载、潜射(shè))发(fā)射;按(àn)发射动力(lì)可分(fèn)为自力、弹射、投放、复合式发射。

1自力发射

自力发射(shè)是指无人机起飞时依(yī)靠发动机(jī)的推力(lì)或旋翼升(shēng)力实现升空自力倾斜发(fā)射时常常采用(yòng)助推火箭垂直起飞多利用(yòng)旋翼或喷气发动机的升力部分无人(rén)机(jī)在发动(dòng)机推动下采用跑道滑跑起飞(fēi)如(rú)劲鹰(yīng)1型汽油航测航拍无(wú)人机和劲鹰2型垂直起飞固定翼无人机、劲鹰3型可垂直起飞悬停固定翼(yì)无人机劲鹰S1型汽油航测航(háng)拍水上无人机等多种型号的无人机。

1. 1火箭助推发射

以火箭作(zuò)动力的发射平台被广泛用(yòng)于无人机的(de)发射,无人机(jī)在1台或(huò)多台(通常2台(tái))助推(tuī)火箭发动机推力作用下(xià)飞离(lí)发(fā)射装置,无人(rén)机起飞后,扔掉助(zhù)推火箭,由机(jī)上主(zhǔ)发动(dòng)机完成飞行(háng)任务。火箭助推发射技术成熟、推力(lì)范围大、成本低,已系列(liè)化(huà)。然(rán)而,火箭(jiàn)发射有(yǒu)以下缺点:

1)火箭会产生大量的(de)烟尘和火光,并伴随(suí)着噪音,这会对无人机的操纵人员造成视觉和听觉(jiào)上(shàng)的干扰(rǎo),同(tóng)时容(róng)易暴露(lù)阵地。2)火箭(jiàn)并没(méi)有完(wán)全克服发(fā)射(shè)不可预料(liào)这一(yī)特点(diǎn),不同的火箭或多或(huò)少(shǎo)存在(zài)差别。3)每次发(fā)射都将消耗(hào)一定数量的火箭(jiàn),从而造成(chéng)发(fā)射(shè)费用的(de)增加。

1. 2垂直起飞

无人机垂直起飞主要有两(liǎng)种类型:旋翼垂直起飞;特殊(shū)改造的(de)固定翼(yì)型垂直起飞。1)旋翼飞机垂直起飞这种起(qǐ)飞方式的特点是以(yǐ)旋翼(yì)作(zuò)无人机的升力工(gōng)具,旋转旋翼(yì)使无(wú)人机垂直起飞。目前(qián)世界上至少有4种旋(xuán)翼式无人机:主旋(xuán)翼(yì)/尾旋(xuán)翼式(如(rú)美(měi)国的ARC003)、共轴反旋双(shuāng)旋翼式(如(rú)加拿大的CL-227哨兵、俄罗斯(sī)的卡-137)、单旋翼式(如德国的Do34田凫)和倾斜旋翼式(如美国的D-340瞄准手)。由于这(zhè)种(zhǒng)起飞方式不受场地(dì)面积与地理条(tiáo)件的限制,所以适用广,尤其在舰载(zǎi)无(wú)人(rén)机中广泛采用,但与长续航能力存在(zài)一定矛盾。2)特殊改造(zào)型垂(chuí)直起飞(fēi)它包括利用尾座支(zhī)撑(chēng)、专用(yòng)起降(jiàng)发动(dòng)机起飞两种(zhǒng)。尾座支撑型在起飞时,无人机以(yǐ)垂直姿态安置在发射场上,由尾支座支(zhī)撑无人机,在(zài)机上发动机作用下起(qǐ)飞(fēi)。例如美国的(de)XBQM-108A无(wú)人机(jī),它保留普(pǔ)通起落架装置(zhì),机尾有尾支座(zuò),可采用起落架滑跑(pǎo)方式起飞,也可(kě)以垂直姿态(tài)起飞(fēi)。另一种(zhǒng)在机上配备垂(chuí)直起飞用发动机的(de)推力(lì)下,或借助推力矢量换向技术,飞机垂直起飞。相(xiàng)对旋翼无人机,它(tā)保持了固(gù)定翼(yì)飞(fēi)机的(de)快(kuài)速机(jī)动(dòng)和长续航(háng)能力的优点,工作(zuò)空间更广阔。

2弹射(shè)技术

常(cháng)用的(de)无人机弹射方式有弹(dàn)力弹射、气(qì)液压弹射和燃气(qì)弹射,而(ér)电磁弹射技术是一种新概念(niàn)发射技术。弹力发射利(lì)用伸缩(suō)性很(hěn)强的(de)弹性元件(jiàn)(如(rú)橡皮(pí)筋、弹(dàn)簧)的弹(dàn)力作动力,提(tí)供起飞所需的加速度,适用(yòng)于轻()型机(jī),如以色列微小(xiǎo)-V和波(bō)音公司(sī)的扫描鹰。燃气弹射(shè)是(shì)指直接利用火药气体来发射无人机(jī),通常借助现役火炮实现通用发射(如美军研制155mm火炮(pào)发射快(kuài)看无人机),要考虑抗过(guò)载(zǎi)性能,以及总体结构尺寸(cùn)与武器的兼容性。

2. 1气液压弹(dàn)射技术

无人机气液压弹(dàn)射起飞方式是(shì)20世纪90年代国(guó)际(jì)上(shàng)发展起来(lái)的一种先进(jìn)的导轨(guǐ)动能弹射起(qǐ)飞(fēi)方式,主要采(cǎi)用气液压(yā)能源作为(wéi)无人机(jī)弹射起飞(fēi)的动力(lì)。与常用(yòng)的火箭助推起飞方式相比,它(tā)具有安全隐蔽(bì)性好、经济性好、适应性好等优点,不会产生光、声(shēng)、热(rè)、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(rén)机发射时(shí)消耗性(xìng)器(qì)材及支援(yuán)保(bǎo)障的费用较(jiào)低,另外在一定范围内通过调节蓄(xù)能器充气压力和(hé)充油压力便可满足不(bú)同无(wú)人机对起飞质量和(hé)起(qǐ)飞速度的使(shǐ)用要求;与轮式起飞方式相比较,前者起飞无(wú)需机场跑道,具有很(hěn)好的(de)机动(dòng)灵活(huó)性,可连(lián)续进行无人(rén)机(jī)弹射起(qǐ)飞(fēi),使(shǐ)用方便,车载、舰(jiàn)载都很适用(yòng)。国外最先(xiān)把气液压弹射(shè)起飞(fēi)技术应用于无人机发射系统,由(yóu)于技(jì)术复杂,难(nán)度较大,最初(chū)只有(yǒu)美国、英国(guó)和瑞士(shì)等少数国家(jiā)掌握此项技(jì)术,如美国影子200和天(tiān)鹰、英国不死鸟(niǎo)以及(jí)瑞士(shì)巡逻兵。不死鸟的发射过程(chéng)是(shì):无人机首先(xiān)固定在滑车上,滑车就位并在锁定的(de)状态下进行液体(tǐ)压缩氮气储能。压力达(dá)到规定值(zhí)时(shí),滑车(chē)释(shì)放(fàng),发射气(qì)缸中的(de)活塞开始(shǐ)运动,活塞顶杆拉动带滑轮组的钢缆牵动滑车加速。膨胀的氮(dàn)气推动液(yè)体不断进入发射气(qì)缸(gāng),维持(chí)这(zhè)个运(yùn)动,直到活塞顶杆(gǎn)到(dào)达其行(háng)程的端点。同时(shí),滑车到达滑轨终点时在液压刹车装置(zhì)作(zuò)用下停住(zhù),无人机离(lí)开滑车(chē)飞向天空(kōng)。

2. 2电(diàn)磁弹射技术

电磁弹射器是利用电磁力推动物体(tǐ),使物体(tǐ)在短(duǎn)距离内加速到(dào)一定速(sù)度后发射出(chū)去的装置。电磁(cí)弹射技(jì)术最初用于(yú)使小质量物体获得(dé)超高速(sù)的运动速度,但从20世纪90年代以来,国外研(yán)究机构已将(jiāng)电磁弹射(shè)技术应用(yòng)于大质量、较低速物体的加速发(fā)射。与火(huǒ)箭助推相比,电(diàn)磁(cí)发射的几乎全是有效载荷(hé),无人机(jī)无负重(chóng),发射能源为电源,比使用火药(yào)成本(běn)低,对环境影响小(xiǎo)。电磁弹射(shè)器主要(yào)由(yóu)电源和直线(xiàn)直流电机等(děng)设备组成,与由各(gè)种气体管路(lù)或液体管路、阀、泵以及储能装(zhuāng)置等设备组成的(de)气液压弹射器相比,电磁发射(shè)设备体(tǐ)积小且容易维护。由于直线(xiàn)直流电机具有很好的可控性,可以方便且精确地通过调节输出电流的(de)大小来改变弹射能的大小,使电(diàn)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。无人机电磁弹射起飞技(jì)术作为一种(zhǒng)新型的发射技术,相比目前各种成熟(shú)的无人机(jī)发射(shè)起飞方式,发射效率更高,因此(cǐ),受(shòu)到越来越多的关注。大多数(shù)无(wú)人机的发射(shè)质量都在2 000 kg以内(nèi),发(fā)射速度(dù)低于80 m/s,对这样的(de)发射质量和发射速度,目前的(de)直线直(zhí)流电动机(jī)技术和高功率脉冲电源技术能(néng)为工程应用提供技术保障。因此,采用电磁弹射发(fā)射无人机在技术上是(shì)可行的(de)。

3空中投放

无(wú)人机被其它飞行器(常规飞机(jī)、特(tè)殊弹药等)运载到空中借助相关技术放(fàng)飞(fēi)。美国新近(jìn)研制的盾牌无(wú)人验证机(jī)从P-3C母机的(de)机翼或弹舱中发(fā)射,离机后展(zhǎn)开(kāi)尾翼(yì)和尾部(bù)控制面,俯冲到低高度(dù)之后开始(shǐ)执行任务(wù)。常规飞机投放能(néng)降低无(wú)人机飞行(háng)过程中发生故障和被拦(lán)截的可能性,延长无人机的结构疲劳寿命,但母机需要大型机场,且保障过程复杂,特别是陆、海(hǎi)军(jun1)使用时需得到空军协同,独立作(zuò)战能力不强。

由各种(zhǒng)炮弹、火箭弹、航空炸弹、导弹、布撒器等母(mǔ)弹携带投放的无人机在(zài)飞行初(chū)期由母弹携带,到达(dá)预定(dìng)高度和(hé)距离时被(bèi)母弹抛出(chū),然后子机(jī)再进(jìn)行一定距离(lí)的巡航飞(fēi)行或目标区(qū)内的巡飞,并完成指(zhǐ)定任务。这种投放方式已经引起了众多国家的重视,典型(xíng)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(jiàn)炮发射的300 mm火箭弹(dàn)运载抛撒。特种弹药(yào)运载(zǎi)投放无(wú)人机,速度快,从发射(shè)到飞行至目标区(qū)上空(kōng)一(yī)般(bān)为几分(fèn)钟,降低了被拦截(jié)的(de)风险,同时具(jù)有小型化、维护简单、使用(yòng)方便等(děng)特点,但(dàn)也存在作用距离短、巡航时间有限(xiàn)、不(bú)易回收重复使用等不(bú)足。

4潜射(shè)技术

美军20世纪90年代率(lǜ)先开(kāi)始研制潜射无(wú)人机,先后有海上(shàng)搜索(suǒ)者、海上哨兵、鸬鹚三种(zhǒng)型号,使(shǐ)无人机成为潜艇的预(yù)警(jǐng)侦(zhēn)察、通信导航、战场评(píng)估、对敌打击(jī)的攻防(fáng)兼备的(de)重要装备,大大(dà)提高了潜艇(tǐng)的作(zuò)战能力。

潜(qián)艇在水下发射无人机是一(yī)项十分复杂的系统工程,涉及到流体力学、空气动力学以及电子技术(shù)等多门学(xué)科。目(mù)前,美国潜射(shè)无(wú)人机水下发射(shè)正在分别采用(yòng)2种发射方式进(jìn)行试验:干式发(fā)射(shè)和湿(shī)式发射。

干式发射(shè)是采用较多(duō)的一种潜射(shè)方式。无人机(jī)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)点火时始终处于干燥(zào)状态,完全依靠运载器将其送至水(shuǐ)面,无人机在出水过程中完成与(yǔ)运载(zǎi)器的分离。这种(zhǒng)发(fā)射方式的最大(dà)益处在于(yú),无人机回避(bì)了水环境适(shì)应性(xìng)问题,从而大幅降低了无人机的研制难度。此种技术比较成(chéng)熟,海上(shàng)搜(sōu)索者就是采用(yòng)此(cǐ)种方式发射,采(cǎi)用了(le)可折叠机翼,从(cóng)潜艇标准的533 mm鱼雷(léi)发(fā)射管等发射装置发射。

湿(shī)式发射(shè)方式的无(wú)人机无运(yùn)载器,但(dàn)无人机在发射管内(nèi)有一个密封的保护筒,当(dāng)无人机(jī)发射离管(guǎn)后至安全距(jù)离时点火,保护筒(tǒng)留在管内。鸬(lú)鹚潜射无人(rén)机采(cǎi)用了这种方(fāng)式,它类似海鸥折叠翼(yì),并能装于潜艇弹道(dào)导弹的发射筒内(nèi)。无(wú)人(rén)机从弹道导弹发(fā)射筒弹出,上(shàng)浮到海面,然后点燃火箭(jiàn)助推器,达到一定速度(dù)后,涡轮风扇发动机启动,进入巡航飞(fēi)行。

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