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浮空式无人飞行器

时间:2019-09-28    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

   

浮空式无人飞行器


为满足空中监视和预警任务的要求,又要兼顾经济和尽可能长的续航的

时间,于是比空气还轻的飞行器再次出现,我们也称之为飞艇。美国海军和

其他国家的舰队正在研究和试验新型飞艇的构造和原理,以期提供对低空巡

航导弹的超视距探测能力。采用新技术和新设计的飞艇在某些任务中可以胜

过飞机。无人飞艇,包括浮空器和遥控软式飞艇具有某些异乎寻常的能力,

在完成监视及其他任务方面比载人飞行器更胜一筹。


1.浮空器

地面雷达系统在探测低空飞机时受到多种因素的制约,并会受到自然地

物的遮挡。在某些情况下使用飞机提供昼夜不间断的雷达覆盖的费用太高,

极不经济,并且飞机有重量和构造限制,这同时也限制了雷达的体积。系留

式浮空器是一种探测气球,它的外形同软式飞艇相似,用结实的绳索与地面

相连,它有助于克服上述机载雷达的某些缺点,因而自 60 年代以来在执法和

军事方面发挥了重要作用。这些能悬浮在 4570 米高空的飞艇装备有精密的雷

达和传感器,美国空军的“空中利爪”(Seek-Sky-Hook)计划就是依靠浮

空器提供覆盖佛罗里达海峡的雷达探测范围,以防止古巴对美国飞机采取不

友好举动。美国海关总署使用浮空器监视全部空中交通,发现和截获可疑的

毒品走私。在加勒比海,美国海岸警备队用一艘停在海面的船只控制一艘飞

艇,从而为巡逻艇转发信息。西屋电子公司的塔康莫分公司和 ILC 多佛公司

是先进的飞艇系统的主要承包者,产品的级别从 15.3 立方米的小飞艇到

63649.7 立方米的巨大飞艇。

2.其他浮空器构想

 
目前已有几种创新的飞艇方案处在研究之中,加利福尼亚的科学发展股

份有限公司成功地试飞了他们的小型遥控软式飞艇(RPMB),它特别适合于

市区监视。这种无人飞艇的样机长 4.88 米,直径 1.25 米,能够携带 1.3

公斤有效载荷以及电子设备、摄像机和推进系统。执法部门和美国联邦航空

局已经在使用一种长 15.25 米的较大型飞艇完成交通管制监视以及其他监视

任务。这种遥控小型软式飞艇的低噪声特性使它有可能成为执行反恐怖任务

的有效手段,它可用于周密地监视市区的隐匿之处。日本实验飞机公司制造

了一种小型 7.62 米无人科研飞艇,命名的“飞行潜艇” Flying Sub-marine),

它的底部有一个机翼,能增加升力和控制飞行高度。

美国海军出资由洛克希德导弹和空间公司进行“高台”(Hi-Spot)高空

飞艇的原理性设计,这种飞艇能够在 21350 米高空悬 100 天,它的 152.5

米长的软式艇体内充入了约 127 万立方米氦气,“高台”的预定任务包括空

/海监视、通信中继和传感器信息的传送。这种飞艇能够大大扩展对陆地和

水面军事活动的观察范围,特别是在卫星监视未能覆盖的区域。可以肯定,

英国皇家海军在马岛战争中使用了这种飞艇。美国还为马丁、马丽埃塔公司

提供资金,开发高中超压动力飞艇,这种飞艇长 101.5 米,直径 20.4 米,

能够上升到 20740 米的高度。

苏联也曾对遥控飞艇进行了实验,并完成了“安格伦”(Angren)84 样

机的试验飞行。这种飞行器有两部轮流工作的发动机。它的翼展为 9.1 米,

直径 3 米。“安格伦”84 可能是作为更大型的浮空器的原型机,后者可完成

货物运输和空中照相。

一些浮空器制造厂商还研制了较大型遥控飞艇的有人和无人系统样机。

通常的飞艇是茄形的,麦格纽斯宇航公司新近推出了三种新颖的球型遥控无

人机,其中 LTA20-1 飞行器事实上是一种综合了氦气的浮力、发动机涡轮动

力和该公司空气动力升力技术的产物。在水平直线飞行时,球形机壳沿水平

轴旋转,这是该公司的技术。球形体上部的旋转方向不同于飞行方向,在其

上部和下部之间产生一个  速度差,由此出现一个压力差,从而产生空气动

力升力。该公司在一座飞机厂房中使用 3 部 6 信道无线电发射机对 LTA20-1

进行了遥控飞行试验。


新泽两州普林斯的艾里奥公司对艾里奥 26 三角形硬式飞艇进行了试

验。它采用氦气的静止升力与空气动力机翼升力相结合的设计。美国战略防

御计划局探讨了将它用于针对潜射弹道导弹的海岸预警系统的可行性。在

12200 米高空巡航的无人三角形飞艇能够作为击毁洲际弹道导弹的激光武器

平台,这种飞艇处在影响波速传播的大气环境之上,适于安装激光器件,由

于艇上没有任何操作人员,所以它可在空中滞留数星期,无需换人或添加燃

料,此外三角形艇身所固有的隐身特性也优于雪茄形浮空器。

斯特夫杰空气动力公司是英格兰多赛特郡的一家小公司,它生产了一些

有趣的遥控充气型升空装置,并已经接受皇家海军的试验。其中有一种叫作

“浮空飞机”(Float-a- plane)的飞行器,长 5.8 米,翼展 7 米,由两台

直流电动机提供无噪声动力,采用透明的充气材料,在执行监视任务时不易

被目视观察或雷达发现。英国国防部对该公司设计的更为奇异的 “小碟”

(Sauceror)飞艇产生了兴趣,这种遥控飞艇有两个充气雪茄状球体,它们

是反转的。这种飞艇是通过与发动机圆轮边缘相接的小翼控制方向和升力,

由一部艇上计算机控制升降和方位。据推测,“小碟”非常坚固并能够携带

重载荷。ILC 多佛公司对一种翼展为 1.55 米的充气型遥控飞行器进行了飞

行试验,并推出了一种翼展为 23 米、能携带 91 公斤监视载荷的遥控飞艇。

新技术和不断创新的设计使飞艇重新受到一些国家武装部队的欢迎,使

用无人飞艇完成任务所具有的优点,将成为武器发展的决策制订者们所考虑

的因素。

美国海军陆战队已在试验采用一种空中轻型系留监视系统,它能在两栖

部队在滩头时提供不受地物遮挡的俯式观察能力。在滩头阵地上往往缺少充

分的监视和目标指示信息,这种系留监视平台如同一套十分精密的仪器,是

获取信息的有效途径。

设在加利福尼亚森尼韦尔的洛克希德导弹与空间公司设计和试验了一种

称作翼伞的全纤维矩形无人降落伞,这种电子控制的飞行器用于携带载荷,

并可精确地定点空投。翼伞分无动力和有动力两种类型,由一名地面操纵手

通过无线电控制,也可由飞机遥控。它除了为远距离外的部队空投补给之外,

还可以执行侦察任务。设在马萨诸塞州内蒂克的美国陆军研究发展与工程中

心开发的一种空投系统,可将载荷从高空空投到精确定位的目标区域,该系

统能为特种作战准确而秘密地投送物资。使用时,载机可在离开回收区域的

安全距离上发射充气滑翔降落装置,再由机械寻的与制导系统和发射机控制

器引导该装置到达预定区域,随即张开伞盖,进行软着陆。

使用缩尺寸模型无人机对有人飞机的设计、新型复合材料、金属结构、

飞行和推力系统进行试验,可避免危险,节省大量研究经费。特别是对风险

较大的技术进行试验时,更能体现遥控飞行器低造价、无乘员的优越性。

3.北约的试飞遥控飞行器

北约的德赖登飞行研究中心制造了一种 F-15 的 3∶8 模型遥控飞行器,

这种模型机从 B—52 上发射,由地面驾驶舱中的一名飞行员操纵,驾驶舱中

有完备的飞行控制装置和电视屏幕,飞行员通过一部计算机给遥控飞行器发

送指令,并对其进行遥测。当经费不允许制造一架全尺寸有人飞机时,可用

这种模型对飞机作危险的旋冲或危险高度情况下的结构特性等方面的试验。

北约研制了一种斜翼遥控飞行器,这种机翼能够绕枢轴转动,从而在飞

行中处于效率最高的角度上。因此,它在高空具有后掠翼结构飞机的全部优


点,同时又避免了通常采取拖曳方式时因空气扰动而引起的偏斜。这项研究

对于 LTV 公司所从事的先进设计极为有益,它与 A-7 飞机的斜翼机身相似。

北约的航空及结构试验计划包括以超临界翼面的机翼取代 BOM-34F“火

蜂”靶机的普通机翼,使其成为既灵活而又抑制震颤的系统。

4.高机动性飞机设计技术

洛克威尔公司制造的高机动性飞行器是一种得到推广的样机试验型遥控

飞行器,它用于试验在跨音速机动性方面的新设计。这种缩尺寸模型飞行器

将风洞试验和模拟器提供的数据与地面试验时所不能获得的数据结合起来。

它告诉人们在下一步制造全尺寸有人飞机的试验中应注意的事情。高机动性

飞行器由一架 B-52 飞机在 13700 米高度上发射,它飞行起来与 F-15 的模型

遥控飞行器相像,由一名飞行员通过地面设备进行控制。这种地面驾驶舱中

包括节流阀、操纵杆、方向舵踏板和传感器显示器,由一部计算机将飞行员

的动作转换成电子遥控信号发给飞行器。遥控飞行器上的计算机则通过数字

式遥控自动加强仪将自己的信号回送给地面飞行控制设备,并用遥测发射机

将每秒成千比特的实时飞行数据发回地面计算机。高机动性飞行器的滑行式

起落架能够在干涸荒芜的河床上着陆。洛克威尔公司的两架高机动性遥控飞

行器已用于验证以 965~1287 公里时速作高加速度飞行的情况,它尺寸约为

未来有人飞机的一半,长 6.9 米,高 1.3 米,翼为 4.7 米,它采用通用电

力公司 J85-21 加力式发动机,发躯重量为 1544 公斤。

其他一些飞行器技术,包括高长宽比、低燃料消耗机翼、前掠翼、斜翼

以及低截获概率几何形状设计,这些都可以在遥控飞行器上进行试验。

在充气型空中运载器领域内正大量采用机器人技术,一些最先进的技术

和新材料正在与精密的传感器、计算机、指挥和控制设备相结合。这些系统

是否用作军事设备取决于其性能以及空军领导人是否愿意在规划中采纳这些

无人系统。

5.行星式“漫游者”宇宙火箭

美国国家宇航局有好几项雄心勃勃的计划,其中包括在 2000 年以前研制

出无人“漫游者”运载器。这种运载器可携载科学仪器在月球表面“行走”

约 1930 公里,可装载一个分析土质的自动化实验室,并借助电视摄像机对所

覆盖的区域绘制详细的地图,这些信息对于建立第一个月球站是必不可少

的。美国已初步计划在 2007 年,即在开始空间时代的 50 周年时建立该站。

在一项类似的计划中,国家宇航局的马歇尔空间飞行中心研究了“火星人漫

游者”构想,即弹性环状机动系统(ELMS)。它是一种弹性环状轨道装置,

将取代用在宇宙飞船上的三种着陆舱,比如“海盗”着陆舱。在这种装置上

安装立体摄像机、机械手以及用于研究火星表面的各种科学仪器。

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