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无(wú)人机(jī)发射技术(shù)

 

无(wú)人机的(de)发射方式众多,如手抛(pāo)、机载(zǎi)投放、车载发射、弹射、火箭助推等(děng)。根据发射地点分类,可分为陆(lù)基(手(shǒu)抛、车载等)、空基(机载(zǎi)投(tóu)放)、海(hǎi)基(舰载、潜射(shè))发射;按发射动力可分为自力、弹射、投放、复合式发(fā)射。

1自力发射

自力发射(shè)是指无人机起飞时依靠发动(dòng)机的推力或(huò)旋(xuán)翼升(shēng)力实现升空自力倾斜发射时(shí)常常(cháng)采用助推火(huǒ)箭垂直起飞多利用旋翼(yì)或喷气(qì)发动机的升力部(bù)分无人机在发动机推动下采用跑道(dào)滑跑起飞如劲鹰1型汽油航测航拍(pāi)无人(rén)机和劲鹰2型垂直起(qǐ)飞固(gù)定翼无人(rén)机、劲鹰3型可垂直起飞悬停固定翼(yì)无人机劲鹰S1型汽油航测航拍水上无人机等多种型号的无人机。

1. 1火箭助推发射(shè)

以火箭作动力的(de)发射平台被广泛用(yòng)于无(wú)人机的发射,无(wú)人(rén)机在1台(tái)或多台(通(tōng)常2)助推火箭发动机(jī)推力作用下飞离发射装置(zhì),无(wú)人机起飞后,扔掉助推火箭,由机上(shàng)主发动机完成(chéng)飞行任务。火箭助推发射技术成(chéng)熟、推(tuī)力范围大、成本低,已系列化。然而,火箭发射有以下(xià)缺点:

1)火(huǒ)箭会产(chǎn)生大量的烟尘和火(huǒ)光,并伴随着噪音,这会对无人机(jī)的操纵人员造成(chéng)视觉和(hé)听觉上的干扰(rǎo),同时容(róng)易暴露(lù)阵地。2)火箭并没有完(wán)全克服发射不可(kě)预料这一特点,不同的火箭或多或(huò)少存(cún)在差别。3)每次发射都将消耗一定数量的火箭(jiàn),从而造成发射费用的增加。

1. 2垂直起飞(fēi)

无人机垂(chuí)直起飞主要有两(liǎng)种类型:旋翼(yì)垂直起飞;特殊改造的固定翼型垂直起飞(fēi)。1)旋翼(yì)飞机垂直起飞这种起飞方式的特点(diǎn)是以(yǐ)旋翼作无人机的升力工具,旋转旋翼(yì)使(shǐ)无人机垂直起飞。目前世界上至(zhì)少有4种旋翼式无人(rén)机:主(zhǔ)旋翼/尾旋翼式(如美国(guó)的ARC003)、共轴反旋双(shuāng)旋翼式(如加拿(ná)大的CL-227哨兵(bīng)、俄罗斯(sī)的卡-137)、单旋翼(yì)式(如德国(guó)的Do34田凫)和倾斜旋翼式(如美(měi)国的D-340瞄准手)。由(yóu)于这(zhè)种起(qǐ)飞方式不受场地面积与地理(lǐ)条件的限(xiàn)制,所(suǒ)以适用广,尤其在舰(jiàn)载无人机中广泛采用(yòng),但(dàn)与长续航能(néng)力存在(zài)一定矛盾。2)特(tè)殊改(gǎi)造型垂直起飞它(tā)包括利用尾座支撑、专用起降发动机起飞两(liǎng)种(zhǒng)。尾座支撑(chēng)型在起飞时(shí),无人机以垂直姿态安置在(zài)发射场上,由尾支(zhī)座支撑无(wú)人机(jī),在机上(shàng)发动机作用(yòng)下起飞。例如(rú)美(měi)国的XBQM-108A无人机,它保(bǎo)留普(pǔ)通起(qǐ)落架装置(zhì),机尾有尾支座,可采用起落架滑跑方式起飞,也可以垂直(zhí)姿态起飞(fēi)。另一种在机上配备垂直起(qǐ)飞用发动机的推力下,或借助推力矢(shǐ)量换向技术(shù),飞机垂(chuí)直起飞。相对旋翼(yì)无人(rén)机,它保持了固定翼飞机的快速机(jī)动和长(zhǎng)续航能力的优点,工作空(kōng)间更广阔。

2弹射技术

常用的无人机弹射方式有(yǒu)弹力弹射、气(qì)液压(yā)弹射和燃气(qì)弹射,而电磁弹射技术是一种(zhǒng)新概念(niàn)发射技术(shù)。弹(dàn)力发射利用伸缩性很强的弹性(xìng)元件(如(rú)橡皮筋、弹簧)的弹力作动力,提(tí)供(gòng)起飞所需的加速度,适用于轻()型机,如以色列微小-V和波音公(gōng)司的扫描鹰。燃气弹射是指直接利用火药气体来发射(shè)无人机,通常(cháng)借助现役(yì)火炮实现通用发射(如美军研制155mm火炮发射快看无(wú)人机),要考(kǎo)虑抗过载性(xìng)能,以及总(zǒng)体结构尺寸与武器的兼容(róng)性。

2. 1气液压(yā)弹射技术

无人机气液压弹射起飞方式是(shì)20世纪(jì)90年代(dài)国际上发展起来的(de)一种先进的(de)导轨动能弹射起飞方式,主要采用气液(yè)压能(néng)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方(fāng)式相比(bǐ),它具有(yǒu)安全隐蔽性好、经济性好、适应性好(hǎo)等优点,不(bú)会产生光、声、热、烟雾等信号,不存在火控器材的存储、运输和管理问题,且(qiě)每(měi)次进行无人机发射时消(xiāo)耗(hào)性器材及支(zhī)援保障的费用较低,另外在(zài)一定范围内通过调节蓄能器充气(qì)压(yā)力和充油(yóu)压力便可满(mǎn)足(zú)不同无人机对起飞质量和(hé)起(qǐ)飞速(sù)度的使用要求;与轮(lún)式起飞方式相(xiàng)比较,前者起飞(fēi)无需机(jī)场跑(pǎo)道,具(jù)有很好的机动灵活(huó)性,可连(lián)续进行无人(rén)机弹射起飞,使用(yòng)方(fāng)便,车载、舰载都很适用。国外(wài)最(zuì)先把气液压弹射起飞技术应(yīng)用于无人机发(fā)射系统,由(yóu)于(yú)技术复杂,难度较大,最初只有美国、英国和瑞士等(děng)少(shǎo)数国家掌握此项技术,如美国影(yǐng)子200和天鹰、英国不死鸟以(yǐ)及瑞士巡逻兵。不死鸟的发(fā)射过程是:无人机首先固定(dìng)在(zài)滑车上,滑车就位并在(zài)锁定的状(zhuàng)态下(xià)进(jìn)行液体(tǐ)压缩氮气(qì)储能。压力达到规定值时,滑车释放(fàng),发射气缸中的活塞开始运(yùn)动,活塞顶(dǐng)杆拉动带(dài)滑轮组的(de)钢(gāng)缆牵(qiān)动滑车加(jiā)速。膨胀的氮气推动液体不断(duàn)进入发射气缸,维持这个运动,直到活(huó)塞顶杆到(dào)达其行程的端点。同(tóng)时(shí),滑车到(dào)达滑轨终(zhōng)点时(shí)在液压(yā)刹车装置作用下(xià)停住,无人机离开滑车飞向天空。

2. 2电(diàn)磁弹(dàn)射技(jì)术

电磁弹射器是利用电磁力推动物(wù)体,使物体在短距(jù)离内加速(sù)到(dào)一定速度后发(fā)射出去的装置。电磁弹射技术最初用于使小质量物体获得超高(gāo)速的(de)运动速度(dù),但从20世纪(jì)90年(nián)代以来,国外研究机(jī)构(gòu)已(yǐ)将电磁弹(dàn)射技(jì)术应(yīng)用于大质(zhì)量、较低速物体的加速发射。与火箭助推相比,电磁发射的几(jǐ)乎全是有效载荷,无人(rén)机无负(fù)重,发射能源为电(diàn)源(yuán),比使(shǐ)用火药成(chéng)本低,对(duì)环境影响小(xiǎo)。电磁弹射器主要由电源和(hé)直线直流电机等设备组成,与由各种气体管路(lù)或液体管路(lù)、阀、泵以(yǐ)及储能(néng)装置等设备(bèi)组成的气液压弹射器相比,电磁(cí)发射设(shè)备体积(jī)小且容易(yì)维护。由(yóu)于直(zhí)线直流电机(jī)具有很好(hǎo)的可控性,可(kě)以方便且精确地(dì)通过调节输出电流的大小来改变弹射能的大小,使(shǐ)电磁弹射器具(jù)有精确弹射从轻(qīng)型(xíng)到重型无人(rén)机的能力。无人机电磁弹射起(qǐ)飞技术(shù)作为一种新型(xíng)的发(fā)射技术,相比(bǐ)目(mù)前各种成熟的(de)无人机发射起(qǐ)飞方式,发射效率更高,因此,受到(dào)越来越多的关注。大多数无人机的发(fā)射质量都在(zài)2 000 kg以内,发射(shè)速(sù)度低于80 m/s,对(duì)这样的发(fā)射质量和发射速度,目前(qián)的直线直流电动(dòng)机技术(shù)和高(gāo)功率(lǜ)脉冲电(diàn)源技术能为工程(chéng)应用提供技术保障。因此,采用电(diàn)磁弹射发射无(wú)人(rén)机在技术上是可(kě)行的。

3空中投放

无人机被其它(tā)飞行器(qì)(常规飞机、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(zhì)的盾牌无人验证(zhèng)机(jī)从P-3C母(mǔ)机的机翼或弹舱中发射,离(lí)机后展开尾翼(yì)和(hé)尾部控(kòng)制面,俯冲到低高(gāo)度之后开始执行任务(wù)。常(cháng)规(guī)飞机投(tóu)放能(néng)降低无人机飞行(háng)过程中发(fā)生(shēng)故障和被拦截(jié)的可能性(xìng),延长无人机的结构疲(pí)劳寿命,但(dàn)母机需要大(dà)型机场(chǎng),且保障(zhàng)过程复杂,特(tè)别是陆、海军使用时(shí)需得到空军协同,独立作(zuò)战能力不(bú)强(qiáng)。

由各种炮弹(dàn)、火箭弹、航空炸弹、导弹、布撒器等母(mǔ)弹携带投(tóu)放的(de)无人机在飞(fēi)行初期(qī)由(yóu)母弹携(xié)带,到达(dá)预定高度和距(jù)离时被母(mǔ)弹(dàn)抛出,然(rán)后子机再进行一定距离的巡航飞(fēi)行或目(mù)标区内的巡(xún)飞,并完成指定任务。这(zhè)种投放方(fāng)式(shì)已(yǐ)经引起了众多国家(jiā)的重(chóng)视,典型的有(yǒu)美国广域侦(zhēn)察无(wú)人机(WASP)和(hé)洛卡斯,俄(é)罗斯(sī)R-90无人侦察(chá)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(fàng)无人机,速度快,从发射到(dào)飞行至目标区上空一般为几分钟,降(jiàng)低了被拦截的风险,同时具有小(xiǎo)型化、维护简单、使(shǐ)用方便等特点,但也存在作用距离短、巡航时间有限(xiàn)、不(bú)易回(huí)收(shōu)重(chóng)复(fù)使用等不足。

4潜射技术

美军(jun1)20世纪90年代率先开始研(yán)制潜(qián)射无人机,先后有(yǒu)海上搜索者、海上(shàng)哨兵、鸬鹚三种型号,使无人机成为潜艇的预警侦察(chá)、通信导(dǎo)航、战场(chǎng)评估(gū)、对敌打击的攻防兼备的重要装备,大大(dà)提高了潜(qián)艇的作战能力。

潜艇(tǐng)在(zài)水下发射无人机是一项(xiàng)十分复杂(zá)的系统工程,涉及到流体力学、空(kōng)气动力学以及电(diàn)子技术等多(duō)门学科。目前,美国潜射(shè)无人机水(shuǐ)下发射正在(zài)分别采用2种(zhǒng)发射方(fāng)式进(jìn)行试验:干式发射和湿(shī)式发射。

干(gàn)式(shì)发射是采用较多的(de)一种潜射(shè)方式(shì)。无(wú)人机被折叠后,整体装入运载(zǎi)器内,在水下航(háng)行和点(diǎn)火时(shí)始终处于干(gàn)燥状态,完全依靠运载器将其送至水面(miàn),无人机在出水过程中完成与运载器的分离。这种发(fā)射方式的最大(dà)益处(chù)在于,无(wú)人机回避了水环(huán)境适应性问题(tí),从而大幅降低了无人机的研制难度。此种技术(shù)比较成熟,海上搜索者就是采用此种(zhǒng)方(fāng)式(shì)发射,采用了(le)可折叠机翼,从潜艇(tǐng)标(biāo)准(zhǔn)的(de)533 mm鱼雷发射管等发射(shè)装置发射(shè)。

湿式发射方式的无(wú)人机无运载(zǎi)器,但无人机在发射管内有(yǒu)一个密封的(de)保护筒(tǒng),当(dāng)无(wú)人机发射离(lí)管(guǎn)后至安全距离时点(diǎn)火,保(bǎo)护筒留在(zài)管内。鸬(lú)鹚潜射无人机(jī)采用了这种方式,它类似海鸥(ōu)折叠翼(yì),并能装于潜(qián)艇弹道导弹的发射筒内。无人机(jī)从弹(dàn)道导弹(dàn)发(fā)射(shè)筒弹(dàn)出(chū),上浮(fú)到海面,然后点燃火箭(jiàn)助推器(qì),达到一定速度后,涡轮风扇(shàn)发(fā)动机启动,进入巡航飞行(háng)。

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