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无人机发射技术

 

无人机的发射方(fāng)式众多,如手抛(pāo)、机载投放、车载发射(shè)、弹射、火箭助推等(děng)。根据发射地(dì)点分类,可分为陆(lù)基(手(shǒu)抛(pāo)、车载等)、空(kōng)基(jī)(机载投放)、海(hǎi)基(舰载、潜(qián)射(shè))发射;按(àn)发射(shè)动力可(kě)分为自力、弹射、投放、复合式发射。

1、自力发射

自力发射是指无人机起飞时依靠发动机的(de)推力(lì)或旋翼升力(lì)实现升空。自力倾斜(xié)发射(shè)时常常采用助推火(huǒ)箭,垂直起飞多(duō)利用(yòng)旋翼或喷气发动机的升(shēng)力,部(bù)分无人机在发动机(jī)推动下(xià)采(cǎi)用跑道滑跑起飞。如劲鹰1型汽油(yóu)航测航(háng)拍无(wú)人机和劲鹰2型垂直起(qǐ)飞固定翼无人机、劲鹰3型(xíng)可垂直起飞悬停固定翼(yì)无人机劲鹰S1型汽(qì)油航(háng)测航拍水上(shàng)无人(rén)机等(děng)多种型号的无人(rén)机。

1. 1火箭助推发(fā)射(shè)

以火箭(jiàn)作动力的发射(shè)平台被广泛用于无人机的发射,无人机在1台或多台(通常2)助推(tuī)火箭发动机推力(lì)作用下飞离发射装置(zhì),无人机起飞后(hòu),扔掉助推火箭,由机上主发动机(jī)完成(chéng)飞行任务。火箭助推(tuī)发射技术成熟、推力范围(wéi)大、成本(běn)低,已系列化。然而,火箭发射有以(yǐ)下缺点:

1)火箭(jiàn)会产生大量的烟尘和火光,并伴(bàn)随着噪音,这会对无(wú)人机的操纵(zòng)人员造成视觉和听觉上的干扰,同时容易暴露(lù)阵地。2)火箭(jiàn)并没有完全(quán)克服(fú)发(fā)射不可预(yù)料这一特点,不同的火箭或多或少存在差别。3)每次(cì)发(fā)射都将消耗一定数量的火箭(jiàn),从而造成发射费用的(de)增加。

1. 2垂直起飞(fēi)

无人机垂直起飞主要有两(liǎng)种类型(xíng):旋翼垂直(zhí)起飞;特(tè)殊改造(zào)的固定翼(yì)型垂直起(qǐ)飞(fēi)。1)旋(xuán)翼飞机垂(chuí)直(zhí)起飞。这(zhè)种起飞方式的特(tè)点是以旋翼作无人机(jī)的升力工(gōng)具,旋转旋翼使无人机垂直起飞。目前世界上(shàng)至(zhì)少(shǎo)有4种旋翼式(shì)无人机:主(zhǔ)旋翼/尾旋翼式(如美(měi)国的ARC003)、共轴反旋(xuán)双旋翼式(如加拿(ná)大的(de)CL-227哨兵、俄罗斯的卡-137)、单旋翼式(如(rú)德国的Do34田凫)和倾斜旋翼式(shì)(如美国的D-340瞄(miáo)准手)。由于(yú)这种(zhǒng)起飞(fēi)方式不受场地(dì)面积与地(dì)理条(tiáo)件的限制,所以适用广,尤其在舰载无人机(jī)中广泛采用(yòng),但与长(zhǎng)续(xù)航能力存(cún)在一定(dìng)矛盾。2)特殊改造型垂直起飞(fēi)。它包括利用尾座支(zhī)撑、专用起降发动(dòng)机起飞两种。尾座支撑型在起飞时,无人机(jī)以(yǐ)垂直姿态安置在发射场上,由尾支座支撑无(wú)人(rén)机,在机上(shàng)发动机作用下起飞。例(lì)如美(měi)国的XBQM-108A无人机,它保留普(pǔ)通(tōng)起落架(jià)装置,机尾有尾支座,可采用起落架滑跑方式起(qǐ)飞,也可以垂(chuí)直姿(zī)态起飞。另一种在(zài)机上(shàng)配备垂直(zhí)起飞(fēi)用发动机的(de)推力下,或(huò)借助推(tuī)力矢量(liàng)换向技术,飞机垂直起飞(fēi)。相对旋翼无人机,它保持了固定翼飞机的快速(sù)机动和(hé)长续航能力的优点,工(gōng)作空(kōng)间更(gèng)广(guǎng)阔。

2、弹射技术

常用的无人机弹射(shè)方(fāng)式有弹力弹(dàn)射、气液压弹射(shè)和燃气弹射,而(ér)电磁弹射技术是一种新(xīn)概念(niàn)发(fā)射技术。弹(dàn)力发射(shè)利用伸缩(suō)性很强(qiáng)的弹性元件(如橡皮筋(jīn)、弹簧(huáng))的(de)弹力作动力,提供起飞所需(xū)的加速(sù)度,适用(yòng)于轻()型机,如以色列微小-V和波音公司的扫描鹰(yīng)。燃气弹射(shè)是指直(zhí)接利用火药气体来发射无人(rén)机,通常借(jiè)助(zhù)现役火炮实现通用发射(如美(měi)军研制155mm火炮发射快看无人机),要考虑抗过载性能,以及总体结构尺寸与武器的兼容性。

2. 1气液压弹射(shè)技术(shù)

无人机(jī)气液(yè)压弹(dàn)射起飞方式是20世纪90年(nián)代国际上(shàng)发展起来的一种先进的(de)导轨动(dòng)能弹射起飞(fēi)方式,主(zhǔ)要采用气液压能源作为无人机弹射起(qǐ)飞的动力。与(yǔ)常用的火箭助推起飞(fēi)方式(shì)相比,它具有安全隐蔽性好、经(jīng)济性(xìng)好、适应性好等(děng)优点,不会产生光、声(shēng)、热、烟雾(wù)等(děng)信号,不存在火(huǒ)控器材的存储、运输和管(guǎn)理问题,且每次进(jìn)行无人机(jī)发(fā)射时消耗性(xìng)器(qì)材及支援保障的(de)费用较低,另外在一定范围内通过调节蓄能器(qì)充气压力和充油压力(lì)便可满足不同无人(rén)机对起飞质量和起飞速度的使用要求;与轮式起飞方式(shì)相(xiàng)比较,前者起飞(fēi)无需机场跑(pǎo)道,具有很好的机动灵活性,可连续进行无(wú)人机弹射起飞,使(shǐ)用方便(biàn),车载、舰载都很适用(yòng)。国外最先把气(qì)液压(yā)弹射起飞技术应用于(yú)无人机发射(shè)系统(tǒng),由于技术复杂,难(nán)度较大,最初只(zhī)有美国(guó)、英国和瑞士等少数国家掌握此(cǐ)项技术,如美国影子200和天鹰、英国不死鸟(niǎo)以及瑞士(shì)巡逻(luó)兵(bīng)。不死(sǐ)鸟的发射过程是:无人机首先(xiān)固(gù)定(dìng)在滑车上,滑车就位并(bìng)在锁定的(de)状态下进行(háng)液(yè)体压(yā)缩氮气储能(néng)。压力达到规定值时,滑(huá)车释放,发射气缸中的活塞开始运动,活塞顶杆拉动带(dài)滑(huá)轮组的钢(gāng)缆牵动滑(huá)车(chē)加速。膨胀的氮(dàn)气推(tuī)动液体(tǐ)不断(duàn)进入发射气缸,维持这个运(yùn)动,直到(dào)活塞(sāi)顶杆(gǎn)到达其行程的端点。同时,滑车到达滑(huá)轨终点时在液压刹车装置(zhì)作用(yòng)下停住,无人机离开滑车(chē)飞向天空。

2. 2电磁弹射(shè)技术

电磁(cí)弹射器是利(lì)用电磁力(lì)推动物体,使物体在短距离内(nèi)加(jiā)速到一定速(sù)度后发射出(chū)去的装(zhuāng)置。电磁弹射技术最初用(yòng)于使小(xiǎo)质量物体获得超高速的运动速度,但(dàn)从20世纪(jì)90年(nián)代以来,国外研究机构已(yǐ)将电磁弹射技术应(yīng)用于大质量、较(jiào)低速(sù)物(wù)体的(de)加(jiā)速发射。与(yǔ)火(huǒ)箭助推相比(bǐ),电磁发射的几乎全(quán)是有效载荷,无人机无负重,发射(shè)能源为(wéi)电源(yuán),比使(shǐ)用火药成本(běn)低(dī),对(duì)环境影响小。电磁弹射器主要(yào)由电源(yuán)和直线直流电机等设备(bèi)组成(chéng),与由各种(zhǒng)气体管路或(huò)液体管路、阀、泵以及储能装置等设备组成(chéng)的气液压弹射器相(xiàng)比,电磁发射设备体积小且容易(yì)维护(hù)。由于直线直流电(diàn)机具有很(hěn)好的可控性,可以方便且精(jīng)确地通过调节输出电流的大小来改变弹射能的大小,使(shǐ)电磁(cí)弹(dàn)射器具(jù)有精确(què)弹射从轻型(xíng)到重型无(wú)人机(jī)的能力。无人机电(diàn)磁弹射(shè)起(qǐ)飞技(jì)术(shù)作为一种新型的(de)发射技术,相(xiàng)比目前各种成(chéng)熟的(de)无人机发(fā)射起飞(fēi)方式,发射(shè)效率更高,因此(cǐ),受(shòu)到越(yuè)来越多的(de)关注。大多数无人机的(de)发射(shè)质(zhì)量都在(zài)2 000 kg以内,发射速度(dù)低(dī)于80 m/s,对这样的发射质量和发射速度,目前的直线直流电(diàn)动机技(jì)术和(hé)高(gāo)功率脉冲电(diàn)源技术能为工程(chéng)应(yīng)用提供技术保(bǎo)障(zhàng)。因此(cǐ),采用(yòng)电磁弹射发射(shè)无人机在技术上是可行的。

3、空(kōng)中投放

无人机被其它(tā)飞行器(常规飞(fēi)机、特殊(shū)弹药等)运载到空中借助相关技术(shù)放飞。美国新(xīn)近研制(zhì)的盾牌无人验证机从P-3C母机的机翼或弹舱中(zhōng)发(fā)射,离(lí)机后展开尾(wěi)翼和尾部控制面,俯(fǔ)冲到低高(gāo)度之后开始执行任务。常规飞(fēi)机(jī)投放能降低无人机飞行过程中发生(shēng)故障和(hé)被拦(lán)截的可能性,延长无(wú)人(rén)机的结构疲劳寿命,但母机(jī)需要大(dà)型机场,且保障过(guò)程(chéng)复(fù)杂(zá),特别是(shì)陆、海军使用时需(xū)得到(dào)空(kōng)军(jun1)协同,独立作战(zhàn)能力(lì)不强。

由(yóu)各种炮弹、火箭弹、航空炸弹、导(dǎo)弹、布撒器等母弹携带投放的无(wú)人(rén)机在飞行初期由母弹携带,到达预定高(gāo)度和距离时(shí)被(bèi)母弹抛出,然后子机再进行(háng)一定距离的巡航(háng)飞行或目标区内(nèi)的巡飞,并完成指定任(rèn)务(wù)。这种投放方式已经引起了众多国家的重视,典(diǎn)型的有美国广域侦察无(wú)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(fā)射的300 mm火箭弹(dàn)运载抛撒。特种弹药运载投放无人机,速(sù)度快,从发射到飞行至(zhì)目(mù)标区上空一(yī)般为(wéi)几分钟(zhōng),降低了被拦(lán)截的风(fēng)险,同时具有小型(xíng)化、维护简(jiǎn)单、使用方便等特点,但也存在(zài)作用距离短、巡航时(shí)间有限、不易回收重复使(shǐ)用等不足。

4、潜射技(jì)术

美军20世纪90年代率(lǜ)先(xiān)开始研制(zhì)潜射无人(rén)机,先后有海上搜(sōu)索者、海上哨兵、鸬鹚三种型号,使无人机(jī)成(chéng)为潜艇的预警侦察、通信导航、战(zhàn)场(chǎng)评估(gū)、对敌打击的攻防兼备的重(chóng)要装备,大大(dà)提高了潜艇(tǐng)的作战能力。

潜艇在水(shuǐ)下发射无人机(jī)是一项十分复杂的系统工程,涉及到流体(tǐ)力(lì)学(xué)、空(kōng)气(qì)动力学以及电子技术等多门学科。目前(qián),美国潜射无人机水下(xià)发射正在分(fèn)别采用2种发射方式进行(háng)试验:干式发(fā)射和湿式发射。

干式发射是采用较多的一种潜射方式。无人机被折叠(dié)后,整(zhěng)体装入运载器内,在水下航行和点火时始(shǐ)终(zhōng)处于干燥状态(tài),完(wán)全依(yī)靠运载器(qì)将其送至水面,无人机在出水过程中完成与运载器的分离。这种(zhǒng)发射方式的最大益处在(zài)于,无人机回(huí)避了水环境适应性问题(tí),从而(ér)大幅降低了(le)无人机的研制难度。此(cǐ)种技术比较(jiào)成熟,海上搜索者就是采用此种方式发(fā)射(shè),采用了可折叠机翼,从(cóng)潜艇标准的533 mm鱼雷发(fā)射管等发(fā)射(shè)装置发射。

湿式(shì)发射(shè)方式的无人机无运载器,但无人机(jī)在(zài)发射管内有一个(gè)密封的保护筒,当无人机发射(shè)离管后至(zhì)安全距离(lí)时点火,保护筒留在管内。鸬鹚潜射无人机采(cǎi)用了(le)这种方式,它类似海(hǎi)鸥折叠翼,并(bìng)能装于潜艇弹道导弹的发射筒内(nèi)。无人机从弹道导弹发射筒弹出,上浮到海面,然(rán)后点燃火(huǒ)箭助推器,达到一定速度后,涡(wō)轮风扇发(fā)动机启动(dòng),进入巡航飞行。

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