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无(wú)人机发射技术

 

无(wú)人机的发射方式(shì)众多,如(rú)手抛、机载投放、车载发射、弹射、火(huǒ)箭助推(tuī)等。根据发(fā)射地点(diǎn)分类(lèi),可分(fèn)为陆基(jī)(手抛、车载(zǎi)等)、空基(机载投放)、海(hǎi)基(舰(jiàn)载(zǎi)、潜射)发(fā)射;按发(fā)射动力(lì)可(kě)分为(wéi)自力、弹射、投放、复合式发射。

1自力发射

自(zì)力发射是指无人机(jī)起飞时(shí)依靠发动机的推力或旋翼升力实现升空自力(lì)倾斜发射时常(cháng)常采用助推火箭垂直起(qǐ)飞多利用旋翼或(huò)喷(pēn)气发动机的升力(lì)部分无人机在发(fā)动机推动下采用跑道滑跑起(qǐ)飞如劲(jìn)鹰1型汽(qì)油航测航拍无人机和(hé)劲鹰2型垂直起飞(fēi)固(gù)定(dìng)翼无人(rén)机、劲鹰3型可垂直(zhí)起飞悬停固(gù)定翼无人机(jī)劲(jìn)鹰S1型汽油航测(cè)航(háng)拍水上无人机等多种型号的无人(rén)机(jī)。

1. 1火(huǒ)箭助推发射

以(yǐ)火箭作动力的发(fā)射平(píng)台(tái)被广泛用于无人机的发(fā)射,无人(rén)机在(zài)1台或多台(通常2)助(zhù)推(tuī)火箭发动机推(tuī)力作(zuò)用下飞离发射装置,无人机起(qǐ)飞后,扔掉助(zhù)推火箭,由机上主发动机(jī)完(wán)成飞行任务。火箭助推发射技术成熟、推力范围大、成本低,已系列化(huà)。然(rán)而(ér),火(huǒ)箭发射有以下缺点:

1)火箭(jiàn)会产生大量的(de)烟尘和火光,并伴随着噪音,这会对无(wú)人(rén)机的操纵人员造成视觉(jiào)和听(tīng)觉上(shàng)的干扰(rǎo),同时容易(yì)暴露阵(zhèn)地。2)火(huǒ)箭并没有完全克(kè)服发(fā)射不可(kě)预料(liào)这一特点,不同的火箭(jiàn)或(huò)多或少存(cún)在差别。3)每次发射(shè)都将消(xiāo)耗一定数量的火箭,从(cóng)而造成发射费(fèi)用的增加。

1. 2垂直起(qǐ)飞

无人机(jī)垂(chuí)直起飞主要(yào)有两(liǎng)种类(lèi)型:旋翼垂直起(qǐ)飞;特殊改造的(de)固定翼型垂直起(qǐ)飞。1)旋翼飞机垂直起飞这种起飞方式的特点(diǎn)是以旋(xuán)翼作(zuò)无人机的升力(lì)工具,旋转(zhuǎn)旋(xuán)翼使(shǐ)无(wú)人机垂直起飞。目前世(shì)界(jiè)上至少有4种旋翼式无人机:主旋翼/尾旋(xuán)翼式(如(rú)美国的ARC003)、共轴反旋双旋翼式(如加拿大的CL-227哨兵、俄(é)罗斯的(de)卡-137)、单旋翼(yì)式(如德国的Do34田(tián)凫)和倾斜旋翼式(如美国(guó)的D-340瞄准手(shǒu))。由于这种(zhǒng)起飞(fēi)方式不受场地(dì)面积与地(dì)理条件的限(xiàn)制,所以适用广,尤其在舰载无人机中广泛采用,但与长续航(háng)能力存在一定矛(máo)盾。2)特(tè)殊改(gǎi)造型垂直(zhí)起飞(fēi)它包括利用尾座支撑、专用起降发动机起飞两种。尾座支撑型在起飞时,无人(rén)机以垂直姿(zī)态安置在发射场上,由尾支座(zuò)支撑无人机(jī),在机上发动机作(zuò)用下起飞。例如美国的XBQM-108A无人(rén)机,它保留普(pǔ)通起落架装(zhuāng)置,机尾有尾支座,可采用起落架滑跑方式(shì)起飞,也可以垂直姿态(tài)起飞。另一种(zhǒng)在(zài)机上配备垂直起飞用发动机的(de)推(tuī)力下,或借助推(tuī)力矢量(liàng)换向技(jì)术,飞机垂直起飞(fēi)。相对(duì)旋翼无人(rén)机,它保持了(le)固定翼飞机的快速机动和长续航能力(lì)的优点,工作空间更广阔。

2弹(dàn)射技(jì)术

常用的无人机弹射方式有弹力弹射、气液压弹(dàn)射和燃气弹射,而电磁(cí)弹(dàn)射技(jì)术是(shì)一种新概(gài)念发射技术。弹力发(fā)射利用伸缩性(xìng)很强(qiáng)的弹性元件(如(rú)橡皮(pí)筋、弹(dàn)簧(huáng))的弹力作动力,提供起飞所(suǒ)需的加速(sù)度,适用于轻()型机,如以色列微(wēi)小-V和波音公司的扫(sǎo)描鹰。燃(rán)气(qì)弹射是指直接利用(yòng)火(huǒ)药气体来发射无人机,通常借(jiè)助现(xiàn)役火炮实(shí)现通用发(fā)射(如美军研制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(yǔ)武器的兼(jiān)容(róng)性(xìng)。

2. 1气(qì)液(yè)压弹射(shè)技术

无人(rén)机气液压(yā)弹(dàn)射起(qǐ)飞方式(shì)是20世纪90年(nián)代国际上发展起来的一种先(xiān)进的导轨动能弹射(shè)起飞方式,主要采用气液压(yā)能源作为无人机弹(dàn)射起飞的动(dòng)力(lì)。与常用的火(huǒ)箭助推(tuī)起飞方式相比,它(tā)具(jù)有安全隐蔽性(xìng)好、经(jīng)济性好、适应性好等优点,不会产生光、声(shēng)、热、烟雾等信号,不存在(zài)火控器材的(de)存储、运输和管理(lǐ)问题,且每次进行无人机发射时消耗性(xìng)器材及支援(yuán)保(bǎo)障的费(fèi)用较低,另外(wài)在一定范围内通过调节(jiē)蓄能器充气压(yā)力和(hé)充油压(yā)力(lì)便可满(mǎn)足不同无人机对起飞质量和起飞(fēi)速(sù)度(dù)的使用要求;与轮式起(qǐ)飞方式相比较,前者起飞无(wú)需机场跑道(dào),具有很好的机动灵活性(xìng),可连续(xù)进行无(wú)人(rén)机弹射起飞,使用方(fāng)便,车载、舰(jiàn)载(zǎi)都很适用。国(guó)外最先把气液(yè)压弹射起(qǐ)飞技术(shù)应(yīng)用(yòng)于无人机发射系(xì)统,由(yóu)于(yú)技(jì)术复杂(zá),难度较大(dà),最初只(zhī)有美国、英国和瑞(ruì)士等少数国家掌握此项技(jì)术,如美(měi)国影子200和天鹰、英国不死鸟(niǎo)以及瑞士巡逻兵(bīng)。不死鸟的发(fā)射过程是:无人机首(shǒu)先固定在(zài)滑车上,滑车就位并在锁定的(de)状态(tài)下进行(háng)液体压缩氮气储能(néng)。压力达到规定值时(shí),滑(huá)车释放,发射气(qì)缸中的活塞开始运动,活塞顶杆拉动带(dài)滑轮(lún)组的钢缆牵动滑车加速(sù)。膨胀的氮气推动液(yè)体不断进入发射气缸,维持这个运动,直到活塞顶杆到(dào)达其(qí)行程的端(duān)点。同时,滑车到达(dá)滑(huá)轨终点时在液压刹车装置作用下停住,无(wú)人机离开滑车飞向天(tiān)空。

2. 2电磁弹射(shè)技(jì)术

电(diàn)磁弹射器(qì)是利用电磁力推动物体(tǐ),使物体(tǐ)在短距离内(nèi)加速到一定速度后发射出去的装置。电磁弹射技术最(zuì)初(chū)用于使小质(zhì)量物(wù)体获得超(chāo)高速的运动速度,但(dàn)从20世纪90年代以来,国外研究机构(gòu)已将电(diàn)磁(cí)弹射技术(shù)应用于(yú)大(dà)质量、较低速物体的加速发(fā)射。与火箭助推相比,电磁(cí)发射的几乎(hū)全(quán)是有效载荷,无人机无负重,发射能源为(wéi)电(diàn)源,比使用火药(yào)成(chéng)本低(dī),对(duì)环境影响小。电(diàn)磁弹射(shè)器主要由电源和直线(xiàn)直流电(diàn)机等设备组成,与(yǔ)由各种(zhǒng)气体管路或液体管路、阀、泵以及储能装(zhuāng)置等设备组成的(de)气液压弹射器相(xiàng)比,电磁发射(shè)设备体积小且容易(yì)维护(hù)。由于直(zhí)线直(zhí)流电机具有很(hěn)好的(de)可控性,可(kě)以方便且精确地通过调节输(shū)出电流的大小来改变弹射能(néng)的(de)大小,使电磁弹射器具有精(jīng)确弹(dàn)射(shè)从轻型到重(chóng)型无(wú)人机的能(néng)力。无(wú)人机电磁弹(dàn)射(shè)起飞技(jì)术作为一种新型的发射技术,相(xiàng)比(bǐ)目前各种成熟(shú)的(de)无人机(jī)发射(shè)起飞方(fāng)式,发射效率更高(gāo),因此,受(shòu)到越来越多的关注。大多数无人(rén)机(jī)的(de)发(fā)射质(zhì)量都(dōu)在2 000 kg以内(nèi),发射速度低于80 m/s,对这样的发(fā)射质(zhì)量和发射速度,目前的直线(xiàn)直(zhí)流(liú)电(diàn)动机技术和高(gāo)功率脉冲电源技术能为工程应用(yòng)提供技术(shù)保障(zhàng)。因此(cǐ),采用电磁弹射(shè)发射无人机在技术(shù)上是可行(háng)的。

3空中投放

无人(rén)机被其它飞行器(常(cháng)规飞机、特殊弹药等)运载(zǎi)到空中借助相关技术放飞。美国新近研制的(de)盾牌(pái)无人验证机从P-3C母机的(de)机翼或(huò)弹舱(cāng)中发射(shè),离机后展开尾翼和尾部控(kòng)制(zhì)面,俯(fǔ)冲到低高度(dù)之后开始执(zhí)行任务(wù)。常规(guī)飞机投(tóu)放能降低无人机(jī)飞(fēi)行过程中发生故障和被拦截(jié)的可能(néng)性(xìng),延长(zhǎng)无人机的(de)结构疲(pí)劳(láo)寿(shòu)命,但母机需要大型机场,且保障过程复杂(zá),特别是陆(lù)、海军使用时需得(dé)到空军协同,独立作(zuò)战能力不强。

由各(gè)种炮弹、火箭弹(dàn)、航空炸弹、导弹、布撒器(qì)等母弹携带投放的(de)无人机在(zài)飞行初期由母弹(dàn)携带,到达预定(dìng)高度和距离时被母弹抛出,然后子机再进行一定距(jù)离的巡航飞行或目标区内的巡飞(fēi),并(bìng)完成指定任务。这(zhè)种投放方式(shì)已经引起了(le)众多国家的重视,典型的有(yǒu)美(měi)国广域侦察(chá)无人(rén)机(WASP)和洛卡斯(sī),俄罗斯(sī)R-90无人侦察机由旋风火箭炮发射的300 mm火箭弹运载抛撒。特(tè)种(zhǒng)弹药运载投放无人机,速(sù)度(dù)快,从发射到飞行至目标区上空一般为几(jǐ)分(fèn)钟,降低了被拦截的风险,同时具有(yǒu)小型化、维(wéi)护简单(dān)、使用方便(biàn)等特点,但(dàn)也(yě)存在作用距离短、巡(xún)航时间(jiān)有(yǒu)限(xiàn)、不易回收重复(fù)使(shǐ)用等不足。

4潜射技术

美(měi)军20世纪90年代率(lǜ)先开始(shǐ)研制潜(qián)射无(wú)人机,先后(hòu)有海上搜索(suǒ)者、海上哨兵、鸬鹚三种型号,使无人机成为潜艇的(de)预警侦察、通信(xìn)导航、战场评估、对敌(dí)打击的攻防兼备的(de)重要装备,大大(dà)提高了潜艇的作战能(néng)力。

潜艇在水下发射无人机是一项(xiàng)十分(fèn)复杂的系统工程,涉及到(dào)流体力(lì)学、空气动力学以及电子(zǐ)技术等多门学科。目前,美国潜射无人机水下发射正在分别采用2种发射方式进行试验(yàn):干式(shì)发(fā)射和湿式发(fā)射。

干(gàn)式发射是采用较多的一种潜射方式。无人机被(bèi)折(shé)叠后,整体装入运载器内,在水下(xià)航(háng)行(háng)和点火时始终处于干燥(zào)状态,完全依靠运(yùn)载器将其送至水面(miàn),无人机在出水过(guò)程中完成与运载器(qì)的(de)分离。这种发(fā)射方式的最大益处在于,无人(rén)机回避了水环境(jìng)适应性问题,从而大幅降低了无人机的研制难(nán)度(dù)。此种技术比较成熟,海上搜索者就(jiù)是采用此种方式发射,采用了可折叠机翼,从潜艇标(biāo)准的533 mm鱼(yú)雷发射管等发射装置发(fā)射(shè)。

湿(shī)式发射方(fāng)式的无人机无运载(zǎi)器,但无(wú)人(rén)机(jī)在发射管内有(yǒu)一个密封的(de)保护筒,当无人(rén)机发射离管(guǎn)后(hòu)至安全距离时点火,保护筒留在管内。鸬鹚(cí)潜射无人机采用了(le)这种方式,它类似海鸥折叠(dié)翼,并能(néng)装于潜艇弹道(dào)导(dǎo)弹的发射筒内(nèi)。无人(rén)机从弹道(dào)导弹发射筒弹出,上浮到(dào)海面,然(rán)后点燃火(huǒ)箭助推器(qì),达到一定速度(dù)后,涡轮风扇发动机启动,进入巡航飞行。

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