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无人机(jī)发射技术

 

无人机的(de)发射方式众多,如手抛、机载(zǎi)投放、车载发射、弹射、火箭(jiàn)助推等。根据发射地点分类,可分为(wéi)陆基(手抛、车载等)、空基(机(jī)载投放)、海(hǎi)基(jī)(舰载、潜射(shè))发射;按发射动力可分为自力(lì)、弹射、投放、复合(hé)式(shì)发射。

1自力(lì)发射(shè)

自力发射是指无(wú)人机起飞时依(yī)靠发动机的推力或旋翼升(shēng)力实现升空自力倾(qīng)斜发射时常常(cháng)采用助推火箭垂直起飞多利用(yòng)旋翼或喷气(qì)发动机的升(shēng)力(lì)部(bù)分无人机在发动机推动(dòng)下采用跑道滑(huá)跑起飞如劲鹰1型汽油(yóu)航测航拍无人机和劲鹰2型垂直起飞(fēi)固定翼无人机、劲鹰3型可垂直(zhí)起飞悬停固定翼(yì)无人机劲鹰S1型(xíng)汽油航测(cè)航拍(pāi)水上无(wú)人机等多种型号的无(wú)人机。

1. 1火箭助推发(fā)射

以火(huǒ)箭作动力的发射平台被广泛(fàn)用于(yú)无人机的发射,无人机在1台或多台(通常2)助推火箭发动机推力作用下飞离发(fā)射(shè)装置,无(wú)人机起(qǐ)飞后,扔掉助推火箭,由机上主发动机完成(chéng)飞行任务。火箭助推发(fā)射技术成熟、推(tuī)力范围大、成本低,已系列化(huà)。然(rán)而(ér),火箭(jiàn)发射有以下(xià)缺(quē)点:

1)火箭会产生大(dà)量的烟尘和(hé)火光,并伴随着噪(zào)音,这(zhè)会对无人机(jī)的(de)操纵人员造成视觉和听觉上的(de)干扰,同时容易暴露阵地。2)火箭并没有完全(quán)克服发射不可(kě)预料这一特点(diǎn),不(bú)同的(de)火箭(jiàn)或(huò)多(duō)或少存在差别。3)每次(cì)发射(shè)都将消耗(hào)一定数量的火箭,从而造成发射(shè)费用的增加。

1. 2垂直起(qǐ)飞

无人机垂直起飞(fēi)主(zhǔ)要有两种(zhǒng)类型:旋翼垂直起飞;特殊改造的(de)固定翼型(xíng)垂直起飞。1)旋(xuán)翼飞机垂直起飞这种起飞方式的特点是以旋翼(yì)作无人(rén)机的升力工具,旋转(zhuǎn)旋翼使无人机垂直起飞。目前世界(jiè)上至少有4种旋翼(yì)式无人机(jī):主旋翼/尾旋(xuán)翼式(如(rú)美国的(de)ARC003)、共轴反(fǎn)旋双旋翼式(shì)(如加拿大的(de)CL-227哨(shào)兵、俄(é)罗斯的卡-137)、单旋翼式(如德国的Do34田(tián)凫)和倾斜旋翼式(shì)(如美国的D-340瞄准手)。由于这种起飞方式(shì)不受场地(dì)面积与地理(lǐ)条件的限制,所以(yǐ)适用广(guǎng),尤其在(zài)舰载无人机中广泛采用,但与长续航(háng)能力(lì)存(cún)在(zài)一(yī)定(dìng)矛(máo)盾。2)特殊改(gǎi)造型垂直起飞它包括(kuò)利用尾座(zuò)支撑(chēng)、专(zhuān)用起降发动机起飞两种(zhǒng)。尾座支撑(chēng)型在起飞时,无(wú)人机以垂直(zhí)姿态安置(zhì)在发射场(chǎng)上,由尾支座支(zhī)撑无人机,在机上发动机作(zuò)用下起飞。例如美国的(de)XBQM-108A无人机,它保留普通起落架(jià)装置,机尾有尾支座,可采用起(qǐ)落架滑跑方(fāng)式起飞(fēi),也可以垂(chuí)直姿态(tài)起飞。另一(yī)种在机上(shàng)配备垂直起飞(fēi)用发动机的推力下,或借助推力(lì)矢(shǐ)量换向技术,飞机垂直起飞。相对旋(xuán)翼无人机,它保持了固定翼飞机的快(kuài)速机动(dòng)和长续航(háng)能(néng)力的优点,工作(zuò)空间更广阔。

2弹射技术

常用的无人机弹射方式有弹力弹射、气液压(yā)弹射(shè)和(hé)燃气弹射,而电(diàn)磁(cí)弹射技术是一(yī)种(zhǒng)新概念发射(shè)技(jì)术(shù)。弹力发射利用伸缩性很强的弹性元件(如橡皮筋、弹簧)的(de)弹力作动力,提供起飞所需的加速度(dù),适用于轻()型机,如以(yǐ)色列微小-V和波音公司的扫描鹰。燃气弹射是指直接利用火(huǒ)药气体来发(fā)射无人机,通(tōng)常借助现役火炮(pào)实(shí)现通用发射(如美军研(yán)制155mm火炮发(fā)射快(kuài)看无(wú)人机),要考虑抗过载性(xìng)能,以及(jí)总体结构尺寸与武器的兼容性。

2. 1气液压弹射(shè)技术(shù)

无人(rén)机(jī)气液压弹射起飞方式是20世纪90年代国际上(shàng)发展起来(lái)的一种先进的导(dǎo)轨动(dòng)能弹射起(qǐ)飞方式,主要采用(yòng)气液压能源作为无人机弹(dàn)射起飞的动力。与常用的火箭(jiàn)助推(tuī)起飞(fēi)方式相比(bǐ),它具有安全隐蔽(bì)性(xìng)好、经济(jì)性好、适应性好等优(yōu)点,不(bú)会产生光、声、热、烟雾等信(xìn)号,不存在火控器材(cái)的存储、运输(shū)和管(guǎn)理问题,且每次进行无人机发射时(shí)消耗(hào)性器(qì)材及支(zhī)援(yuán)保障的费用较低,另外在一定范(fàn)围内通(tōng)过调节蓄能器充气压(yā)力和充油压力便可满足不同无人机对起飞质量和起飞速度的使用要求(qiú);与轮式(shì)起飞方(fāng)式相比较,前者起(qǐ)飞无需机场跑道,具(jù)有很好的机动灵活性,可连续进行(háng)无(wú)人机弹射起飞,使(shǐ)用方便,车(chē)载、舰载都很适用。国外最先把(bǎ)气液(yè)压弹射起飞(fēi)技术应用于无人机发射(shè)系统,由于(yú)技(jì)术复杂,难度较大,最初(chū)只有(yǒu)美国、英国和瑞士等少数国家掌(zhǎng)握此项技术,如美国(guó)影子200和天(tiān)鹰、英国不死鸟以及瑞士巡(xún)逻兵。不死鸟(niǎo)的发射过程是:无人机首先固定(dìng)在滑车上,滑车就位并在锁定的状态(tài)下进行液体压缩氮气储能。压力达(dá)到规定值时(shí),滑车释放,发射气缸中的活塞开始运动,活塞顶杆拉动带滑(huá)轮组的钢缆牵(qiān)动滑车加速(sù)。膨(péng)胀的氮(dàn)气推动液体不断(duàn)进入发(fā)射气缸,维持(chí)这个运动,直到活塞顶杆到达(dá)其行程的端点。同时,滑车(chē)到达滑(huá)轨终点时在(zài)液压刹车装置(zhì)作(zuò)用下(xià)停住,无人机离(lí)开滑(huá)车飞向天空。

2. 2电磁(cí)弹(dàn)射技术

电磁弹射(shè)器是利用电磁力推动物(wù)体,使物体(tǐ)在短距离(lí)内(nèi)加速到一定速度后发射出(chū)去的(de)装置。电磁弹射技(jì)术最初用于使(shǐ)小质量物体获(huò)得超高速的运动速度,但从(cóng)20世纪90年代以来,国外研究机构已将(jiāng)电磁弹射技术应用于大质量、较低速物体的加速发(fā)射。与火箭助推相比,电磁发射的几乎(hū)全(quán)是(shì)有(yǒu)效(xiào)载荷,无人机无负重(chóng),发射能源(yuán)为电(diàn)源,比(bǐ)使用(yòng)火药成本低,对(duì)环境影响小(xiǎo)。电磁弹射(shè)器主要由电源和直线(xiàn)直流电机(jī)等设备组成(chéng),与由各种气体管路或(huò)液体(tǐ)管路、阀、泵以及储(chǔ)能装(zhuāng)置等设备组成的气液压弹射器相比,电磁发射设(shè)备(bèi)体积小且(qiě)容易维护。由于直线直(zhí)流(liú)电机具有(yǒu)很好的可控(kòng)性,可(kě)以方便(biàn)且精确地(dì)通过(guò)调节输出电流的大小来改变弹射能的(de)大小,使电磁弹射器具有(yǒu)精(jīng)确弹射从轻型到重型无(wú)人机的能力。无人机电磁弹射起飞技术作为一(yī)种新(xīn)型的发射技术(shù),相比目前各种成熟(shú)的无人机发射起(qǐ)飞方式,发射效率更高,因此,受(shòu)到越(yuè)来越多的(de)关注。大(dà)多(duō)数无人机(jī)的(de)发射质量(liàng)都在2 000 kg以内,发射速度低于(yú)80 m/s,对这样(yàng)的发射质量和(hé)发射速度,目(mù)前(qián)的直线直流电动机技术和高(gāo)功率脉(mò)冲电(diàn)源技术能为工程应用提供技术保障。因此,采用电磁(cí)弹射发射无人机在技术上是(shì)可行的。

3空中投放(fàng)

无人(rén)机被其(qí)它飞行器(qì)(常规飞机、特(tè)殊弹药等)运载到(dào)空中借助相关技术放飞。美国新近研(yán)制的盾牌无人验证机从P-3C母机的机翼(yì)或弹舱中发(fā)射,离机后(hòu)展开尾翼和尾部控制面,俯冲到低(dī)高度之后开始(shǐ)执行任务。常规飞(fēi)机投放能降(jiàng)低无人机飞行过程中发生故障和被拦截的(de)可(kě)能(néng)性,延(yán)长无人机的结构疲劳寿命,但母机需要大型机(jī)场,且保障(zhàng)过程复(fù)杂,特别是陆、海军(jun1)使(shǐ)用时需得到空军协同,独立(lì)作(zuò)战(zhàn)能力不强(qiáng)。

由各种(zhǒng)炮弹、火箭弹、航空炸弹、导弹、布撒器等母弹携带投放的无(wú)人机在(zài)飞行初期由母弹携(xié)带,到达预定高度和距(jù)离时被母弹抛出,然后子机再进行一定距离的巡航飞(fēi)行(háng)或目标区内(nèi)的(de)巡飞(fēi),并完成指(zhǐ)定任务。这种投放方(fāng)式(shì)已经引(yǐn)起了众多国家的重视(shì),典(diǎn)型的有美国广域(yù)侦察无人机(WASP)和(hé)洛卡斯,俄(é)罗斯R-90无(wú)人侦察机由旋风火箭炮发射的300 mm火箭弹运载抛撒。特种弹药运载投放无人(rén)机,速度(dù)快,从发(fā)射到飞行至目标区上空一般为几分(fèn)钟,降低了被拦截的(de)风险,同时具有小(xiǎo)型(xíng)化、维护简单、使用方便等(děng)特点(diǎn),但也存(cún)在作(zuò)用距离短、巡航(háng)时(shí)间有限、不易回(huí)收重复使用等不足(zú)。

4潜射(shè)技术

美军20世纪90年(nián)代(dài)率先开始研制潜射无人机,先后有海(hǎi)上搜索(suǒ)者、海上哨兵(bīng)、鸬鹚(cí)三种型号,使(shǐ)无人机成为潜艇的预警侦(zhēn)察、通(tōng)信导航、战场评估、对敌打击(jī)的攻防兼备的重要装(zhuāng)备,大大(dà)提高了潜艇的作战能力(lì)。

潜艇在(zài)水下发射(shè)无人机是一项十分复杂的系统工程(chéng),涉及到流体力学(xué)、空气动力学以及(jí)电(diàn)子技术等(děng)多门学科。目前,美(měi)国潜射无人机水(shuǐ)下发(fā)射正(zhèng)在分(fèn)别采用2种发射方式(shì)进行试验:干式发射(shè)和湿(shī)式发射。

干式发射是(shì)采用较多(duō)的一(yī)种(zhǒng)潜射方式(shì)。无人机被(bèi)折叠后,整体(tǐ)装入运载器内,在(zài)水(shuǐ)下(xià)航(háng)行和点火时始终处(chù)于干燥状(zhuàng)态,完全依(yī)靠运载器将其送至水面,无人(rén)机(jī)在出水过程中完成与运(yùn)载器的分离。这种发射方式(shì)的最大益处在于(yú),无人机(jī)回避了水环境适应性问题,从而大幅降低了无人机的研制难度。此种技(jì)术(shù)比较成熟(shú),海(hǎi)上搜索(suǒ)者(zhě)就(jiù)是采用此(cǐ)种(zhǒng)方式发射(shè),采用了可折叠机翼,从潜艇标准的533 mm鱼雷发射管等(děng)发射(shè)装置(zhì)发(fā)射。

湿式发射方式(shì)的无人机无运载器,但无(wú)人机在发射管(guǎn)内有一个密封的保护筒,当无(wú)人机发射(shè)离管后至安全距离时点火,保护筒留在管内。鸬鹚潜射无人(rén)机采用(yòng)了这种方式(shì),它类似海(hǎi)鸥折叠翼,并(bìng)能装于潜艇(tǐng)弹道导弹的(de)发射筒内(nèi)。无人机(jī)从弹道导弹(dàn)发射筒弹出,上浮到海面,然后点燃火(huǒ)箭助(zhù)推器,达到(dào)一(yī)定速(sù)度(dù)后,涡轮风扇发动机(jī)启动,进(jìn)入巡航飞行。

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