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无人(rén)机发射技术

 

无人机的发射方式众多(duō),如(rú)手抛、机载(zǎi)投放、车载发射(shè)、弹射、火箭助推等。根据发(fā)射地点(diǎn)分类,可(kě)分为(wéi)陆基(jī)(手抛(pāo)、车载(zǎi)等)、空基(机载(zǎi)投放)、海基(舰载、潜(qián)射)发(fā)射;按发(fā)射动(dòng)力可分(fèn)为自力、弹(dàn)射、投放、复(fù)合式(shì)发射。

1自(zì)力发射

自力发射是指无人机起(qǐ)飞时依靠发动机的推(tuī)力(lì)或旋(xuán)翼升力实现升空自力倾斜发射时常常采用助推(tuī)火(huǒ)箭垂直起飞多利用旋翼或喷气发动机的升力(lì)部(bù)分无人机在发动机推动下(xià)采用跑道滑跑起飞如劲(jìn)鹰1型(xíng)汽油航(háng)测航拍无人机和(hé)劲鹰2型垂(chuí)直起(qǐ)飞固定翼(yì)无人机、劲(jìn)鹰3型可垂直起飞悬停(tíng)固定翼无人机劲鹰S1型汽油(yóu)航测航拍水上无人机等多(duō)种(zhǒng)型号(hào)的无人机。

1. 1火箭助推发(fā)射

以火箭作动力的发射平台被(bèi)广泛(fàn)用于无人机的发(fā)射,无人机(jī)在(zài)1台或多台(通常(cháng)2)助(zhù)推(tuī)火箭发动机推力(lì)作(zuò)用下飞(fēi)离发射装置,无人机起飞(fēi)后,扔掉助推火箭,由机(jī)上主发动(dòng)机完(wán)成飞(fēi)行任务。火箭(jiàn)助推发射技术(shù)成熟、推(tuī)力范围大、成(chéng)本低,已系列(liè)化。然而,火箭发射有以下(xià)缺点:

1)火箭会产生大量的烟尘和火光,并伴(bàn)随着噪(zào)音,这(zhè)会对无(wú)人机(jī)的操纵人员(yuán)造成视觉和听(tīng)觉上的干扰,同时容易暴露阵地。2)火箭并(bìng)没有完全克服发射(shè)不可预料(liào)这一(yī)特点(diǎn),不同的火(huǒ)箭(jiàn)或多或(huò)少(shǎo)存(cún)在差(chà)别。3)每次发射都将消耗一定(dìng)数(shù)量的火箭,从(cóng)而(ér)造成(chéng)发射费用的增加。

1. 2垂(chuí)直起飞

无人机垂直起飞主要有两种类型:旋翼垂直起飞;特殊改造的(de)固定翼型垂(chuí)直起飞。1)旋(xuán)翼飞机(jī)垂直起飞这种起飞(fēi)方式的特点是以旋翼(yì)作无(wú)人机的升力工具,旋转旋翼使无人机垂直起飞(fēi)。目前世界上至少有4种(zhǒng)旋翼式无人机:主(zhǔ)旋翼/尾旋翼式(如美国(guó)的ARC003)、共(gòng)轴(zhóu)反旋双旋翼(yì)式(如加拿大(dà)的CL-227哨兵(bīng)、俄罗斯的(de)卡-137)、单旋翼式(如德国的Do34田凫)和倾斜旋翼(yì)式(如美国的D-340瞄准手)。由于这种起飞(fēi)方(fāng)式不(bú)受场地面积与地理条件的限制,所以适用广,尤其(qí)在(zài)舰(jiàn)载无人机中(zhōng)广(guǎng)泛采用(yòng),但与长续(xù)航能力(lì)存在一定矛盾。2)特殊改造(zào)型垂直起飞(fēi)它包括利用尾座支撑(chēng)、专用起(qǐ)降发(fā)动(dòng)机起飞两种。尾座支(zhī)撑型在起(qǐ)飞(fēi)时,无(wú)人机以(yǐ)垂(chuí)直(zhí)姿态安置在(zài)发射场上,由尾支座支撑无人(rén)机,在机上发动机作用下起飞。例如美国(guó)的XBQM-108A无人机,它保(bǎo)留普通起(qǐ)落架(jià)装(zhuāng)置,机(jī)尾有尾支座,可(kě)采用起落架滑跑(pǎo)方式起飞,也可以垂直姿态起飞(fēi)。另一种在机上配(pèi)备垂直起(qǐ)飞用发动机(jī)的推力下,或借助推力矢量换向(xiàng)技术,飞机垂直起飞。相对旋翼无人机,它保持了固定翼飞机(jī)的快(kuài)速机动和(hé)长续航能力的优(yōu)点,工作空间更广阔。

2弹射技术

常(cháng)用的无人机弹射方式有(yǒu)弹力弹射(shè)、气液压弹射(shè)和燃(rán)气弹射,而电磁弹射技术是(shì)一种新概念发射技术(shù)。弹(dàn)力发射(shè)利用伸缩性很强的弹(dàn)性元件(如橡皮筋、弹簧)的弹力作动力,提供起飞(fēi)所(suǒ)需的加速度,适用于(yú)轻()型机,如(rú)以色列微小(xiǎo)-V和波音公司(sī)的扫(sǎo)描(miáo)鹰。燃气(qì)弹射是指直接利用火药(yào)气(qì)体来发射无人机,通常借助现(xiàn)役火炮实现(xiàn)通用发射(如(rú)美军研制155mm火炮发射快看(kàn)无人机),要考虑抗过载性能,以及总体(tǐ)结构尺寸与武(wǔ)器的兼容性。

2. 1气液压弹射(shè)技术

无人机气液压弹射起飞方(fāng)式是20世纪(jì)90年代(dài)国际上发展起(qǐ)来的(de)一种(zhǒng)先进(jìn)的导(dǎo)轨动能弹(dàn)射起飞方式,主要采(cǎi)用(yòng)气液压能源作(zuò)为无人(rén)机弹射起飞的动力。与(yǔ)常(cháng)用(yòng)的火箭助推起飞方式相(xiàng)比,它具有安全隐蔽性好(hǎo)、经济性(xìng)好、适应(yīng)性(xìng)好(hǎo)等优点,不会产生(shēng)光、声、热、烟雾等(děng)信号,不存在火控器材的存储、运输和管理问题,且每次进行无人机发射时(shí)消耗性器(qì)材及支援保障(zhàng)的费用较低,另外在一定(dìng)范(fàn)围(wéi)内通(tōng)过调节蓄能器充气压力和充油压力便可满足不同无人机对起(qǐ)飞质量和起飞速度的使用要求;与轮式(shì)起飞方式相(xiàng)比较,前者起飞无需机(jī)场跑(pǎo)道,具有很好的机动灵活性,可连续进(jìn)行(háng)无人机(jī)弹射(shè)起飞,使用方便,车(chē)载(zǎi)、舰载都很适用。国外最先把气(qì)液压(yā)弹(dàn)射起飞技术应用于无人(rén)机(jī)发射系统,由于技术复杂,难度较大,最初只有美国、英国和瑞士等少数(shù)国家掌握(wò)此项技术,如美(měi)国(guó)影子200和天鹰(yīng)、英国不死鸟(niǎo)以(yǐ)及瑞士巡逻兵。不死鸟的发射过程是:无人机首先固定在滑车上,滑车就位并在(zài)锁定的(de)状态下进行液(yè)体压缩氮气储能。压力(lì)达到规定值(zhí)时,滑车释放,发射气缸中的活塞开始运动,活塞顶杆拉(lā)动带滑轮组(zǔ)的钢缆牵动滑车加速。膨胀的氮(dàn)气(qì)推动液体不断进入发射气缸,维持(chí)这个(gè)运(yùn)动,直到活塞顶杆到达其(qí)行程的端点。同时(shí),滑车到达(dá)滑(huá)轨终点(diǎn)时在液压刹车装置作用下停住,无人机离开滑(huá)车(chē)飞向(xiàng)天空(kōng)。

2. 2电磁弹射技术(shù)

电磁弹射器是利用电磁力推动物体,使物体(tǐ)在短距离(lí)内加(jiā)速到一定速度后(hòu)发射出去的装置。电磁弹(dàn)射技术最(zuì)初用(yòng)于使小质(zhì)量物体获得超高速的运动(dòng)速度,但(dàn)从(cóng)20世纪90年代以(yǐ)来,国外研究机(jī)构已将电磁(cí)弹射(shè)技术应(yīng)用于大质(zhì)量、较低速(sù)物体的加速发射。与火箭助推(tuī)相(xiàng)比,电磁发射的几(jǐ)乎全是有效载(zǎi)荷,无人机无(wú)负(fù)重,发(fā)射能源(yuán)为(wéi)电源(yuán),比(bǐ)使用火药(yào)成(chéng)本低,对(duì)环境影响小。电磁弹射器主要(yào)由电源和直(zhí)线直流电机等设备组成(chéng),与由各种(zhǒng)气体(tǐ)管(guǎn)路或(huò)液体管路、阀、泵以及储能装置(zhì)等设备(bèi)组成的气液(yè)压弹射器相比,电磁发射设备体积小且容易维护。由于直(zhí)线直流电机具有很好的可控性,可以方便(biàn)且(qiě)精确地通(tōng)过调节输出电流的大(dà)小来改变弹射能的(de)大小,使电磁弹(dàn)射器具(jù)有精确弹射从轻型到重型无人(rén)机的能力。无(wú)人(rén)机电磁弹射起飞技术作(zuò)为一(yī)种新型的发射技(jì)术,相比目前(qián)各种成熟(shú)的无人机发(fā)射起飞方式,发(fā)射效率(lǜ)更高(gāo),因此,受到越(yuè)来越多的(de)关注。大多(duō)数无人机的发射质量都在(zài)2 000 kg以(yǐ)内,发射(shè)速度低于80 m/s,对这样的发(fā)射质量(liàng)和发(fā)射速(sù)度(dù),目前(qián)的直线直流电动机技术和高(gāo)功率脉冲电源技术(shù)能为工程(chéng)应用提供(gòng)技术保障。因此,采用电磁弹射发射无人机在技术上是可行的。

3空中投放

无人(rén)机被其它飞行器(常规飞机、特殊弹药等)运载到空中(zhōng)借助相关技(jì)术放飞。美国新(xīn)近研制的(de)盾牌(pái)无人验证机从P-3C母机的机翼或弹舱中发射,离机后展开尾(wěi)翼(yì)和(hé)尾部控制(zhì)面,俯冲(chōng)到低高度(dù)之后开始执行任务。常规飞机(jī)投放能降(jiàng)低无(wú)人机飞行过程中发生(shēng)故障和被(bèi)拦截的可能性,延长无人机的结构疲(pí)劳(láo)寿命,但母机需要大(dà)型机场,且保(bǎo)障过程复杂,特别是陆、海军使用时(shí)需(xū)得到空(kōng)军(jun1)协同(tóng),独立作(zuò)战(zhàn)能力(lì)不(bú)强。

由各(gè)种炮弹、火箭(jiàn)弹、航空炸弹、导弹(dàn)、布撒器等母弹携带投放的无人机在飞(fēi)行初期由母弹携带,到达预定高度和距(jù)离时被母(mǔ)弹抛(pāo)出,然后子机再进行一定距离的巡航飞行(háng)或目标(biāo)区内的巡飞(fēi),并完成(chéng)指定任务(wù)。这种投放方式(shì)已经引起(qǐ)了众多国家的重视(shì),典型的有美国广域侦(zhēn)察(chá)无人机(WASP)和洛卡斯,俄罗斯R-90无人侦察机由旋风(fēng)火箭炮发(fā)射(shè)的300 mm火(huǒ)箭弹运(yùn)载抛撒。特种弹药运载投放无人机,速度快,从(cóng)发射到飞行至目标区上空一般为几分钟,降低了被拦截的风险,同时(shí)具有(yǒu)小型化、维护简单、使用(yòng)方便(biàn)等特点(diǎn),但也(yě)存在作用距离短(duǎn)、巡航时间有限、不易回收(shōu)重复使(shǐ)用等不足。

4潜射技术(shù)

美军20世纪90年(nián)代率先(xiān)开始(shǐ)研制潜射(shè)无人机,先后有海上搜索(suǒ)者、海上哨(shào)兵(bīng)、鸬鹚三种(zhǒng)型号,使无人(rén)机成为潜艇的预警侦察、通信(xìn)导航、战场评估、对敌打(dǎ)击(jī)的攻防兼备的重要装备,大大提高了潜艇的作战能力。

潜艇在(zài)水下(xià)发(fā)射无人机是一项十分复(fù)杂的系统工程,涉及到流体力学、空(kōng)气动力学以及电子技术等(děng)多门学科。目前(qián),美国潜(qián)射无人机水下(xià)发射正在(zài)分别采用2种发(fā)射方式进行试验:干式发射和湿式发(fā)射。

干式发射是采用较多的一种潜射方(fāng)式(shì)。无人机被折(shé)叠后,整体装入(rù)运载器内,在水下航行和点火时(shí)始(shǐ)终处(chù)于干燥状态(tài),完全依靠运载器将其送至水面(miàn),无人(rén)机在出水过程中(zhōng)完成与运载器的分离。这种发射(shè)方式的最(zuì)大益处在于,无(wú)人机回(huí)避了水环境适应性问题(tí),从而大幅降低了无人机的研制难(nán)度。此种技术(shù)比较成熟,海上搜索者就是采用(yòng)此(cǐ)种方式发射,采用了可折叠(dié)机翼,从潜艇标(biāo)准的(de)533 mm鱼雷发射管等(děng)发射装(zhuāng)置发射。

湿式(shì)发(fā)射方式的无(wú)人机无运载器,但无人机在(zài)发射管内(nèi)有一个密封的保护筒(tǒng),当无人机发(fā)射离管后至安全距(jù)离时(shí)点火(huǒ),保护筒留在管内。鸬(lú)鹚(cí)潜射无人(rén)机采用(yòng)了这种方式,它类(lèi)似海鸥(ōu)折(shé)叠(dié)翼(yì),并(bìng)能(néng)装于(yú)潜艇弹道(dào)导弹的发射筒内。无(wú)人机从弹道导弹发射筒弹出,上浮到(dào)海面,然后(hòu)点燃火箭助推(tuī)器,达到(dào)一(yī)定速度后,涡轮风(fēng)扇(shàn)发(fā)动机(jī)启动,进入巡航飞行。

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