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莫斯科不相信眼泪

 
 
 

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军用无人驾驶直升机的现状与未来  

2008-03-25 11:38:55|  分类: 装备科技G |  标签: |举报 |字号 订阅

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       1、前言

  无人机是由遥控设备或机上自备程序控制装置操纵的不载人飞行器。当前,世界上实用的军用无人机大多数为固定翼的无人机。相比之下,无人直升机则发展较晚,型号也比较少。但是,无人驾驶直升机有它独具的一些优势,其起飞着陆场地小,能垂直起降,能空中悬停,能向任何一个方向灵活飞行。所以它既可以代替有人驾驶直升机无法执行的某些空中作业,又可完成固定翼无人驾驶飞机无法完成的某些任务。目前,国外以研究和生产无人驾驶直升机的国家有美国、俄罗斯、德国、法国、英国、奥地利等。无人驾驶直升机的起飞重量一般都在1000公斤以下,其中500公斤以下又占绝大多数,在直升机家族中属于超轻型甚至微型直升机。无人机的桨盘载荷都在10~15千克/平方米以内,桨尖速度通常在100~150米/秒内。对于无人机驾驶技术来说,有三个台阶:绳系飞行、视距内遥控飞行、超视距飞行。无人驾驶直升机的型式有:单旋翼常规式;单旋翼特异式;共轴双旋翼常规式;共轴双旋翼特异式;其它特异式。其作战功能为执行侦察、信息中继、以及攻击作战等。

  2.军用无人驾驶直升机的特点
  ● 结构简单、造价低、易于研制、便于维护;
  ● 续航时间长.飞行距离远;
  ● 作战空间遍及低、中、高空,兼有低高空作战的双重性能;
  ● 在机体设计上可以充分发挥无人的特点.使机体更轻更小;
  ● 一机专用或一机多用.可配套发展;
  ● 在对人员有很大威胁的核、生、化环境下也能执行任务:
  ● 易于匹配高性能的机载设备,如合成孔径雷达,电光与红外传感器,并易于接受卫星数据传输信息,起到通信中继站的作用;
  ● 比有人机更能接近目标.所以能对巡航导弹的精确攻击提供更为实时的信息,用激光指示目标系统提供更为精确的制导;
  ● 可用多种方式起飞,还可用机载或航母搭载方式远程部署;
  ● 易于使用隐身技术,生存性高。

  3.军用无人驾驶直升机的用途
  3.1 信息中继
  搭载信息通信设备,在空中传送指挥中心与战区任务机之间的信息。

  3.2 监视与侦察
  放置各种监视与侦察设备,为部队提供一种监视与侦察手段。指挥官在不用暴露部队及人员的情况下,可以很容易地通过屏幕查看地形、敌方情况,以便立即采取行动反击。

  3.3 边境保护及反恐怖
  保护边远的边界、追击人及移动目标、协助抓获犯人。

  3.4 红外线地雷探测
  装有万向接头的光学/红外像机,具有稳定、自动追踪、远距离变焦、缩放功能。

  3.5 战场支援
  进行战场侦察、监视,供指挥决策;对敌方目标用激光测距、定位、火力校射;对打击目标实施激光照射,进行精确打击;对敌方火力、雷区、防御工事进行侦察;对武装直升机的射击提供空中警戒和空中通信转发。

  3.6 靶机
  模拟武装直升机的性能,作为无人驾驶直升机靶机,检验和验证武器装备,打击武装直升机。

  3.7 海上操作
  舰船火力校射、舰船实时情报保障、海港和海上巡逻、走私侦察、海上营救、清除水雷。

  3.8 原子能/化学/生物
  污染测量工具,向军队提供预先的警告,烟雾/污染物测定,远程感应和探测。

  3.9 电子对抗
  用以干扰对方的电子设备,减少己方战机的损失。

  4.军用无人驾驶直升机典型型号

  4.1 Model 379/Fire Scout(“火力侦察员”)

  Fire Scout是美国诺斯罗普?格鲁曼公司为美国海军研制的下一代垂直起落战术无人机,它是在Schweizer 333型轻型有人驾驶直升机的基础上改装而成的。主要用于侦察、监视、目标指示、情报收集等。Fire Scout可从海军舰船上自主起飞,按预定的线路飞行,以及在无人干涉条件下降落,美国海军和海军陆战队对Fire Scout的期望值很高,都很看中它的情报搜集能力。该机装载有功能强大的光电设备,可为地面部队和空中飞行员传递实时的视频信息,它可在空中巡航达6小时,活动范围可达110海里。Fire Scout的噪声较低,外加小巧的结构尺寸,很难被察觉。“火力侦察员”无人机是美国垂直起降战术无人机系统的空中飞行器部分,该系统将为美国海军和海军陆战队提供前所未有的战场形势侦察和精确目标支援能力。“火力侦察员”无人机的任务载荷包括光电/红外传感器、激光目标指示器等,以使它能够发现、跟踪和定位战术目标,为作战平台提供精确的目标数据。

  技术参数:
  外形尺寸:
  旋翼直径:   8.38m
  机身长(折叠): 6.98m
  机高:   2.87m

  动力装置:
  1台Allison 250-C20W 涡轴发动机,功率15KW

  重量与载荷:
  最大起飞重量:1156kg
  空重: 661kg
  燃油重量:385kg
  最大有效载荷:91kg

  主要性能:
  最大速度:232km/h
  升限:6100m
  活动半径:200km
  续航时间:6h

Fire_Scout

Fire_Scout

Fire_Scout

Fire_Scout

Fire_Scout

Fire_Scout

Fire Scout Surveillance

Fire Scout Surveillance

Fire_Scout

Fire_Scout

Fire_Scout

Fire_Scout

  4.2 Cypher(“零式”)

  Sikorsky Cypher(“零式”)无人直升机是一种近程军民两用无人飞行器。最初是设计用于空中侦察的,主要用来提供战场目标定位和跟踪信息。随着Cypher无人机技术的成熟,它逐渐发展成为一个多用途任务平台,能够完成多种不同的任务,包括警戒、搜索、地下探测、任务载荷运送、无线电中继等。

  Cypher机体呈圆环型,其独特之处在于采用涵道式结构,两副共四片桨叶的共轴旋翼全部置于涵道之中。Cypher无人直升机的涵道具有多种功能,它既可支持、固定和保护旋翼,又可产生一部分升力。另外它还作为机体来容纳发动机、航空电子设备、燃油、有效载荷以及其它与飞行相关的硬件。

  西科斯基从1 986年开始进行Cypher概念设计,第一架Cypher技术验证机于1992年进行系留试飞。1993年进行自由飞行。1994年以来,Cypher无人机已经展示了各种不同的飞行能力,至1998年,Cypher无人机已经试飞了500个起降。

  Cypher的自动飞行模态有:自动起飞和着陆、定位悬停、高度保持、速度保持、中场点导航和自动返回等。Cypher飞行器由一个运动的地面站进行控制和管理。通过一个系统操纵显示器,就可计划、监视和执行整个任务过程。根据任务不同以及使用范围和要求图像的质量,Cypher无人机的任务载荷可包括电光传感器、前视红外传感器、小型雷达、化学探测器、磁测仪、无线电中继设备等。

  技术参数:
  外形尺寸:
  旋翼直径:  1.2m
  机身长(折叠): 0.6m
  机高:   2m

  动力装置:
  1台UEL AR801型转子发动机,功率38.8KW
  重量与载荷:
  最大起飞重量: 113kg
  空重:    75kg
  最大有效载荷: 23kg

  主要性能:
  最大速度:121km/h
  升限:  2440m
  活动半径: 80km
  续航时间: 3h

cypher

cypher

cypher

cypher

cypher

cypher

cypher

cypher

cypher

cypher

cypherII

cypherII

  4.3 Ka-137

  Ka-137是俄罗斯卡莫夫直升机科学技术联合体研制的一种多用途无人直升机。1994年开始研制,1995年完成草图设计,同年在莫斯科航展首次展出,1996年完成全尺寸模型制作,1999年投产并用于俄罗斯陆军和边防部队。Ka-137可携带最大80公斤的有效载荷,主要用于生态监测、油气管道监测、森林防火、辐射和生化侦察、自然灾害监测、公安边防巡逻、渔场保护等。K-137与Ka-37一样也采用共轴双旋翼结构,但它的外形尺寸比Ka-37小,机体形状为球形,并采用四腿起落架。

  Ka-137的机体分成上下两个独立的部分,上半部分装载发动机、燃油及控制系统;下半部分放置有效载荷和各种传感器。该机装有一套自动飞行的数字控制系统,机载惯性卫星导航系统确保它能够完成许多复杂的自动飞行任务。Ka-137的特点如下:可完全自主飞行;可舰船操作;机体防腐蚀;电磁屏蔽;可装载电视摄象机和红外摄像机、便携式雷达和无线电发射机;可重组多任务传感器;卫星导航:数字自动驾驶仪;自动导航在60m的精度之内;可防高强度辐射。

  技术参数
  外形尺寸:
  旋翼直径:   5.30m
  机身最大直径:  1.30m
  机身长(不计旋翼): 1.88m
  机宽(不计旋翼):  1.88m
  机高:    2.30m

  动力装置:
  1台Hirth 2706 R05型二冲程活塞式发动机。功率48.5KW

  重量与载荷:
  最大起飞重量: 280kg
  空重:   200kg
  最大有效载荷:  80kg

  主要性能:
  最大速度: 175km/h
  巡航速度: 145km/h
  悬停升限: 2900m
  使用升限: 5000m
  最大航程: 530km
  续航时问: 4h

ka-137

ka-137

ka-137

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  4.4 Camcopter (“坎姆考普特”)

  Camcopter是奥地利开发的一个小型可遥控和完全自主飞行的无人直升机,主要可用于完成空中监视、目标侦察、雷区探察、交通管制等任务。Camcopter机上配置有由CCD摄像机和红外传感器构成的双重传感器万向支架系统。该无人直升机既可遥控,有可按预定的路线进行自动飞行。在自动飞行模态,操纵者可通过任务控制单元观察飞行,飞行控制根据飞行任务计划自动完成;在人工操作模态,操纵者可通过任务控制单元指挥和观察飞行。该系统允许操作员中断预编程飞行,然后还可以回复到自动飞行模态。以惯性/卫星导航为基础的自动飞行控制系统即使在恶劣的天气条件下也可确保飞行的稳定。该机配备有一智能电源管理系统控制电力供给,它由三台交流发电机和一套可充电后备电池组成。Camcopter无人机采用常规的单旋翼带尾桨设计,旋翼和尾桨均由两片桨叶组成。

  技术参数:
  外形尺寸:
  旋翼直径:  3.02m
  机身长: 2.50m
  机宽:   0.82m
  机高:  0.80m

  动力装置:
  1台遥控启动式二冲程活塞发动机,功率11.2KW

  重量与载荷:
  最大起飞重量: 66kg
  空重:   40kg
  最大有效载荷: 25kg

  主要性能:
  巡航速度:90km/h
  悬停升限: 1700m
  最大爬升率: 5m/s
  任务半径: 80km
  续航时问: 6h

Camcopter

Camcopter

Camcopter

Camcopter

Camcopter

Camcopter

  5.军用无人驾驶直升机的优势

  ◆ 起降简单,操作灵活
  与无人飞机相比,垂直起降是无人直升机的最大的点之一。在一定作战任务下.无人直升机可以作到体积小、重量轻、不需滑跑就可起降,也不需要航母起降甲板那样严格。由于直升机的结构特点,无人直升机在气动、气动力学、动力学和控制等问题上虽然要比固定翼的无人机复杂得多,但是无人直升机与固定翼无人机相比,最重要的特点是它适应性强,可在狭窄的场地和舰船上垂直起降,具有良好的超低空和贴地飞行能力。无人驾驶直升机与有人驾驶直升机相比,一般可缩小尺寸,其研制周期较短、研制费用较低、易于维护、使用方便。

  ◆ 不惧伤亡,可实现“零死亡”战略和战术
  与有人直升机相比,在边境战争和地区冲突中可避免己方人员的损失。实际上,无人直升机的最大好处是,不存在人员伤亡后被俘的危险,这也是倍受各国军事家极力推崇“零死亡”军事理论关注和重视的原因。它可以全方位、全天候完成任务。对于有人机来说,生命安全保障系统、弹射救生装置、抗弹击及抗坠设计等,在高技术云集的现代战争环境下,驾驶员的生命保障依然是一个不易完全解决的问题。而无人直升机却不需为此担忧,也不会像有人机那样因人的体力、精力的疲乏而影响它的作战功能。在某些情况下,无人机甚至能取得比有人机难以取得的胜利。

  ◆ 造价低廉、可靠性高、飞行重量低
  由于不需要飞行员,所以可免去许多结构限制,从而降低了无人机的造价,因而可作到以很小的代价达到同一军事目标。通常,军用无人直升机的造价只是有人驾驶直升机的1/10,甚至百分之几。军用无人机的飞行控制,目前主要采取两种形式:第一种是采取预先编制的控制程序,来自动控制飞行;第二种是由设置在地面、空中或舰船上的遥控指挥站来指挥。由于无需培养熟练的飞行员和物质技术保障,大大降低了寿命周期费用。

  ◆ 隐蔽性好、机动性好、生命力强
  装载火箭弹、导弹等武器的无人驾驶武装直升机可对敌实施对地(海)攻击和空战。与有人武装直升机相比,无人武装直升机不存在伤亡问题,更适合于执行纵深攻击等危险性大的任务,可在目标上空长时间停留、搜寻,因而击毁敌方目标的概率高,无人武装直升机的设计完全以任务为中心,不必像有人武装直升机那样考虑人的心理限制和身体因素,因此可比有人武装直升机有更好的机动性,更适合于执行于空对空作战任务。

  6.军用无人驾驶直升机的未来发展
  一些军事家预测:“无人驾驶飞行器将成为21世纪航空器发展的热点”,甚至认为,“将会导致世界武器装备的第三次革命”。从总的方面看,军用无人机的未来发展方向是:“作战任务扩展”、“小型化、智能化和隐身”、“高科技任务设备”、“数字化、网络化”、“远程、战略性”等。

  ■ 发展长航时、高航程无人直升机
  长航时、高航程无人直升机可在侦察、通信中继、边境巡逻等军民用任务方面发挥更大的作用,发展长航时无人直升机将是下一代无人直升机的一个重要发展方向。有人直升机由于座舱狭窄,飞行员不能长时间呆在驾驶舱等原因,一般连续飞行时间不能太长,而无人直升机不必考虑飞行员生理限制的问题。目前美国已开始研究A160长航时无人直升机。

A-160

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  ■ 发展智能化、易操纵的无人直升机
  目前的无人直升机的主要缺点和不足是,缺少应对突发性事件的能力,只能执行预定的任务,即智能化程度很低,特别是在战场上,这一点与有人驾驶飞行器相差较大,而且不容易操纵。因此,发展智能化程度高,易于操纵的无人直升机是一个重要的发展趋势。随着电子技术、信息技术,特别是控制技术等的发展,无人机机载设备的性能将有质的飞跃,灵敏度分辨率将更高,飞控系统的运用将更加成熟,智能化、易于操纵的无人直升机将成为可能。

  ■ 发展任务载荷大的无人直升机
  在一定起飞重量下,任务载荷大,就可以实施无人直升机任务和任务范围的扩大。任务扩大是指:任务级别——由战术级到战役、战略级;任务范围扩大则指:由战场支援保障到攻击型作战任务转变。这样,军用无人驾驶直升机将会以新的革命性杀伤武器平台的姿态出现于21世纪的战场。

  ■ 发展良好隐身性能的无人直升机
  虽然固定翼的无人驾驶侦察机在近期的几场局部战争中发挥了重大作用,但由于其隐身方面存在不足,在战争中也暴露出无人机损耗率高、生存率低的问题。无人直升机由于速度小、飞行高度低,其隐身性能就显得更加重要。因此,增强军用无人机的隐身性能、提高其战场生存率将是一个发展趋势。采取的措施包括气动外形考虑隐身设计,大量使用复合材料和减低RCS涂料,以满足雷达隐身要求,同时还要考虑无人机的红外和噪声隐身。无人机广泛使用复合材料、雷达吸波材料、红外隐身技术及声隐身技术,使无人机对雷达、红外、声隐形性能达到相当高的程度。一般无人机雷达反射截面面积仅为0.1平方米,即使是非隐形设计的无人机,由于其尺寸小,发动机功率低,而外形和横截面的设计自由度大,其雷达反射截面、红外信号亦可以很小。此外,无人机在实际作战使用中还能按预编程序绕过固定的防空阵地,更使对其探测和跟踪十分困难。

  ■ 发展高效新武器系统的无人机
  就美国陆军所向往的作战系统,“科曼奇”直升机已是一个很好的直升机平台。它是装备美国陆军的第一种真正的隐身直升机,其雷达截面的RCS大约是“海尔法”导弹正面的尺寸,它比“阿帕奇”直升机的小360倍。它可以融侦察/攻击能力一体,成为了有良好突防生存能力的现代智能化武器系统。所以,如果到2009年美陆航可能得到无人驾驶的“科曼奇”武装直升机,届时美陆航装备体系的战斗力将又会有一个新的飞跃。但对于这种预测,也有航空界的专家提出值得思考的一个问题,即在价格已经相当昂贵的“科曼奇”上实施UCAR无人武装直升机计划的成本,以及所能达到的真正效果。
CL-227

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Gyrodyne QH-50

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Eagle_Eye

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Dragonfly

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SAIC ATI Vigilante OPV

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SAIC ATI Vigilante

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                                        于琦 《昌河科技》 2004.01

 

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