无人驾驶共轴直升机的兴起

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1、直 升机技术 ?琳年 第?期 总第? ?期 一匕行 器发展 无人驾驶共轴直升机的兴起 陈 绍 祖 ?年代初 , 随着直升机的实用和首 先 投入朝鲜 战场使用 , 美国即开始研究军用 无人驾驶直升机 , 随后西 德 、 英国 、 加拿 大 、 日本国也步其后 尘 , 开始研制 。 ?年代初 , 美国首先在原有直升机 的 基础 上 , 改装出无人驾驶直升机 。 德 尔默 公 司的? 一? 单旋翼带尾桨的教练直升 机和基罗达 因公司 的? 一 ? ? 双旋 翼共轴 式直升机首先进 行了改装 。 ? ? 年? ? 月 , ? 一? 无人驾驶 直升机在 “ 黑泽 尔 伍德 ” 号驱逐舰上首次以 无线电遥

2、控起 飞 和 着舰成功 。 ?年 , 它便投入海军服役 。 改装的无人驾驶直升机一般都比新研制 的大 。 美国海军装备的? 一 ? ?系列 无人驾 驶直升机共约 ? ? 架 , 机上装两台? ? 马力 的涡轴发动机 , 旋翼直径 ? ? ? ?米 , 起飞 重 量为? ?千克 , 机 上还装备摄像机 、 激光测 距 机和 鱼雷等 。 这种无人直升机以后发展 改为 ?到 系列 。 美国海尼斯公 司仿苏 式 米 一 ? ?直升机装玻璃钢外壳作为模拟直升 机 靶机 , 供海军针对性的训练演习 。 新研制的无人驾驶直升机主要考虑 多功能 、 多用途 、 提高有效载荷 、 隐身能 力 、 使用和维修方便

3、以及安全回收等 。 它的 发动机功率一般为 ? ? ?马力 , 旋只直 径 为 ? ? ? ? ? 米 , 起飞重量为? ? ? 千克 , 比改装的无人直升机小得多 。 ?年代以后 , 随着缩比的遥控设备和 旋翼的安定性日益改进 、 完善 , 无人驾驶直 升机 的发展才真正登 上军事舞台 。 如今无人 驾驶直升机在胜能类型 、 用途 、 动力装置 、 遥控 、 发射 、 回收等方面者 贿相当大的发展 , 并正开始向着实用化的方向发展 。 现在国外 无人驾驶直升机大量涌现 , 单旋翼和共轴式 布局的各占一半 , 型号有数十种之多 , 近 几 年还出现倾转旋翼的 、 叶尖喷气旋转机翼 的 、 旋翼

4、飞环的等垂直起落无人 机 。 新的 无人驾驶直升机正在世界兴起 。 无 人驾驶直升机能垂直起落 、 前后左 右飞行 、 空中悬停 、 机动 灵活地执行其它 无人驾驶直升机和有人驾驶直升机所不能 完成 的任务 、 现在它己被广泛应用于 军 事 和民用的各个领域 。 这里撷取几种结构比较 独特的共轴无 人驾驶直升机作简要介绍 。 一 、 “ 小精灵 ” 英国研制一 种机体小 、 操纵和运输方 便的称为 “小精 灵 ” 的小型 无 人 驾驶直升 机 , 用来执行监视 、 侦察巡逻 、 收集情报 、 目标指 示 和 电子战等各项任务?图? ? 。 这种无人驾驶直升机呈轴对 称 形体 、 没有固定的 “

5、 前飞 ” 方向 , 可 随探测器指 示的方向任意飞行 , 极能 “ 见风使舵 ”, 灵 活改变飞行方向 。 据称 , 在 ?级风速下 和 舰船烟囱排出烟气的扰动气流中飞行 , 对 它的影响也不大 。 它能经受?级海风 、 舰 船的横向摆动速率 ? ? 米? 秒 、 摆动角士 ? ? 的?级海情下在舰艇起落自如 。 它 的设计 独特 , 复合材料的 光滑机体 , 背影面积 小 , 雷达的散射截面小 , 即使 在 ? ? 米距 离处 , 也很难发现它 的行踪 。 这种无人驾驶直升机装两台 ?马力的汽 油发动机 , 起飞重量为? ?千克 , 包括任务 直升机 技 术 ?望肠年第?期 总第? ?期

6、“小精 灵 ” 无人驾驶直升机 载荷 ? 千克 , 续航时间为? ? ?小时 , 最大爬升率 ?米?秒 。 除了它本身的结构外 , 整个系统还有 可快速更换的任务装备 、 控制舱 、 通信联 络站 、 跟踪系统 、 运输车和保障系统 。 它的装备有? ? 的摄像机 、 黑白的 和彩色的两种照相机和带稳定器的热 成像 装置 ? 摄像机可由地面控制站控制变焦镜 头 。 由于它的纵横向都有惯性快速反应的 稳定系统和电子稳定系 统 , 因此 , 在? ? 公里? 小时的 飞行速度下 , 操纵员可 随意 控制瞄准线 , 屏幕上的图像都很清晰 。 机上 的 飞行控制系统有高度控制 、 航 向控制 、 纵横

7、向控制和旋翼转速控制?个 部分 , 控制 ? 个自由度 。 采用激光高度 表 , 可在? ?米高度范围 , 控制精度达到 几厘米 。 旋翼的转速则通过光 电测速电路 测出 。 光电开关的闪频信号通过频率?电 压转换 , 输入闭环控制电路来控制旋翼的 转速 。 航向系统有以正北为基准的摄像机 方向和以摄像机方位为基准的飞行方向两 个基准 。 机上有专门的解算电路 , 可由操 纵员预先给定航向 。 当遥 控 指令全 失效 时 , 这无人驾驶直升机可缓慢地 自动转 入 垂直下降 , 在激光高度 表控制下安全着 陆 。 一辆加长轮距的标准吉普作为专用运 输车 , 车内除了安置一架无人驾驶直升机 外 ,

8、 还设置了操纵台 、 发射机 、 跟踪机和 相应的天线等通信 联络设 备 、 发电 机 、 起动机 、 检测仪和其他设备等保 障系统 。 车内操纵台右侧有两个操纵员座椅 , 前边 遥控显示图像和返航数据?后边控制摄像 、 导航显示等 ?图? ? 。 在研制中 , 有飞行试验台 、 旋 翼转 台 、 发动机测功台 、 电气试验台等专用 设 备对全机和部件进行充分测试 , 并在一 般 飞行动力学情况下进行了持久续航试验 。 海军用 ?自由度的模拟器模拟 在凡级风中 冒雨在? ?秒周期横 向摇摆 士? 。 、 速率 ? ? 米?秒的海情下进行试验 , 这 无人驾驶 直升机经受了考验 。 二 、 ?一

9、? “ 哨兵 ” 加拿大航空有 限公司从 ? ? 年开始 直升机技术 ?吟魂年 第?期 总第? ?期 线 ? 禾 ?中高度 夭 、 叭门 操纵员庄位 刀刀刀刀刀刀 八八八八八 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 讥天线 无人直升机 戌公 从夕拟 典 动直琦 图 ? “ 小精 灵 ” 无人驾驶直升机的专用运输车 研制一种多用途的小型无人驾驶侦察直升 机 , 历 经 ? 年 才 进行第 一次自由飞行 。 ? 年 , 定名为? 一? “哨 兵 ” 的无人 驾驶直升机系统才 向工程阶段发展 , ? 年? ?月进行试飞 , 现在正投入试用 ?图? ? 。 图 ? 一? “

10、 哨兵 ” 无人驾驶直升机试飞 ?一? ? 无人驾驶直升机是共轴旋翼的 布 局 , 用? ? 马力的旋转发动 机 通过磁粒 离合器和差 动游星齿轮减速器驱动两副 ? 桨叶旋翼 。 上下旋翼的 间距只有? ? 米 , 大 大减小了平衡力矩 。 它的复合材料机体分 成 ? 部分 , 上下 两部份呈椭球 体 , 中间部 分 成缩腰的圆 柱体 , 机体形似花 生 ?图? 。 上部为动力舱 , 装有一台? ? 马 力的涡轴发动机 , 四周安装油箱 。 舱顶有 发动机的进排气口 。 中部为控制舱 , 安装旋翼系统 、 飞行 控制系 统和导航系统 。 旋翼系统由?个舵 机 通过自动倾斜器控制总距和纵横向 。

11、 发 动机的功率通过两个磁粒离合器分别带动 两副旋翼 。 通过离合器电流的大小 来控制 航向 , 可靠性 高 , 功率损耗低 。 飞行控制 系统由垂直陀螺 、 航向陀螺和 三轴速率陀 螺组成 。 控制总距舵机可以直接控制旋翼 的升力 , 并且通过控制倾斜器的斜度 来控 制前飞的速度 ? 发动机的全功能数字控制 器控制转速恒定 , 也保持了旋翼转速的恒 直升 机技 术 ?吟月年 第?期 总第? ?期 构 ? ,夕 、 ? ? ? 结、习 、 尸 勺 尸叫、 ? ? 、 ? 一? 。 ? 少沐 一一一 ? ,一 ?一 一一一 ? 卜 元 ?产 丫 ,? 一 ? ? 单 ? 日日日川? ? “ 图

12、?一? ?的结构 定 。 控制系统 由 ? 微处理机进行计 算 处理 。 飞行高度用气压高度表控制 , 并在 失控时 , 有一定的安全保障措施 ? 飞行控制和导航系统已经采用数字式 电子计 算 机代替了模 拟式的 自动 驾驶仪 , 用捷连式的惯导测量系统代替垂直陀 螺和 航向陀螺 , 作了相 当大的改进 。 在导航系 统中装有两个二自由度陀螺和加速计的小 型捷联式惯导 系 统 , 作为测量装置 , 在飞 行前能通过陀螺 、 罗盘自动校准 。 姿态控 制系统 是 三轴的稳定装置 , 可控制俯仰 、 侧 滚 、 偏航姿 态和 飞行高度 。 由于 ? ? 一? 呈轴对称 , 因此偏航控制仅用 于 确

13、定机体的方位 。 在不改变差动总距的情 况下 , 靠磁粒离合器改变加 于两副旋翼上 的扭矩 , 来控制偏航 。 下部为载荷舱 , 装有 各种侦察设 备 。 底部装 有带?根减震柱的鱼叉式 起落 架 , 在 ?一? 级海情下着舰平稳 。 地面设备有控制站 、 数据通信站 、 天 线组 和起飞平台等 。 控制站设在一辆? ? ? 吨的卡车上 , 可以开到隐蔽的地方作业 。 起飞平台置于拖车 上 , 内装有? ? ?千瓦的 直流发电机 。 通信站 距控制站? ? 米 , 另 外由? ? ? ? 千瓦 的发电机供电 。 控制站 由任务指挥员 、 遥控操纵员和 图像翻译员 ?个人操作 。 在操纵员和 图

14、像 翻译员工作台上有两台黑白监视机 , 站内 中间位置有一台彩色监视机 , 可 以显示无 人驾驶直升机飞行状态和相对位置的图像 。 任务指挥员还单独有一台带键盘的监视机 , 可 以输入 和显示导航数据 , 显示无人驾驶 直升机 的方位 、 距离 、 以便 跟数据通信站 和雷达遥控操纵员联系 。 ? ? 一? 无 人驾驶直升机 的地面设备 有微机专用 的 自动 飞行软件来分析每次试 飞 的结果 。 从分析结果看 , 所汉的数据可 信度很高 ? 在一定的速度和高度下 , 这 无 人驾驶直升机已有可能飞行数小时 , 进入 了快速发展阶段 ? 最近 , 加拿大又为? ? 一? ? 无人驾驶直 升机采用

15、新的旋翼系统 , 加大了升力 , 地 面站的图像控制性能也大大改善 , 并 发展 了海上 飞行的? 一? ? 无人驾驶直升机 。 海上使用的? ? 一? 无人驾驶直升机要 求有效飞行半径大 、 续航时间长和舰上使用 直 升机技术 ?多名年第?期总第 ? ? 期 性能 好 。 舰上 设有活动平台 , 可供无人驾 驶直升机升起和降落 。 机上 的惯导 系 统有 自瞄准功能 , 在返 航中能瞄准活动 平台作 着舰准备 。 着舰可 能有拉降和自由着舰两 种方式 。 在 ?自由度平台上已模拟过舰 的运 动 , 研究了这种运 动与舰船上层建筑 后 而风切变?扰流 、 拉降动力学的 关系 , 初步 取得了结

16、果 、 ? 一? ? ? 无人驾驶直升机已显示 出 了 它的主要特点 。 它 采 用 共轴旋翼系 统 , 体 积小 、 机 动性好 , 可 以按遥控或栓序飞行 。 机体采用 吸波材料 , 雷达的散射 截面仅为 ? ? ?平方米 , 敌 方雷 达很难探测到 。 发动 机周 围有油箱环绕 , 构成 有效的热屏蔽 , 又有冷气引人排气管掺混排气流 , 在机体 顶 端进排气 , 排出的气体又被旋翼气流驱 散 , 有效降低了红外热辐射 , 极大地提高 了红外隐身效果 。 ? ? 一? ? 无 人 驾驶直升 机白书辰 动小 , 噪声低 、 桨尖速度仅为? 二 ? ? ? , 没有跨 音速效应 、 声学效果也很好 , 所有 这些 都使总体的隐身性能提高 。 机上装备相 应的电 子 设 备 后 , 它可 以 投放 声纳 , 探测潜艇 , 还 可 以与母舰远程 通信 , 干扰敌方雷 达或通信 , 以 及为导弹 修正弹道等