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无人机的发展趋势及其关键技术

发布日期:2003-08-10  来源:网络  作者:全球无人机网我要投稿我要评论
在新世纪之初,无人机的发展进入了一个崭新的时代。性能各异、技术先进、用途广泛的各种新型机种如长航时无人机、战斗无人机和微型无人机等不断涌现。在2001年,"全球鹰"高空长航时无人机完成了越洋飞行,创造了航程和飞行时间的世界纪录。"捕食者"中空长航时无人机在美国对阿富汗的空袭行动中,首次挂载了导弹对阿富汗地面目标进行了实弹攻击,开创了无人机执行对地攻击任务的先例。战斗无人机将打破无人机用于侦察的单一模式,而将作为一种新型武器发放平台出现在新世纪的武器装备行列。未来无人机不仅能用于战术和战略等信息侦察,而且还可用于战场压制等多种任务。长航时无人机、战斗无人机和低成本无人机将是今后军用无人机发展的重点和方向。

一. 无人机未来三大发展趋势
在21世纪的战争中,无人机将发挥更加重要的作用。长航时无人机、战斗无人机及低成本无人机将成为未来发展的三大趋势。
美国空军对今后无人机的要求是六个字,即"持续、保护和价格"。"持续"就是无人机在战场上有长时间的续航时间;"保护"就是使用无人机可以避免空勤人员受到敌方防空系统的伤害;"价格"就是要低廉,一套无人机系统的价格应该是有人飞机系统的几分之一。
美国先进无人机材料、结构和航空委员会(以下简称委员会)确定了美国未来重点研究的三类概念性无人机,即高空长航时无人机(High-Altitude
Long-Endurance Vehicles)、高速机动无人机(High-speed
Maneuverable Vehicles)和非常低成本的无人机(Very low-cost Vehicles)。该委员会认为,这三类无人机未来能替代有人飞机并能执行特殊作战任务,同时这三类无人机能支持空军在设计、生产和研制下一代无人机能力方面的技术需求。美国先进无人机委员会将这三种无人机也称之为"概念性无人机"(Notional Vehicle types)。

1. 高空长航时无人机(HALE)

高空长航时无人机的研究将为下一代侦察机/监视无人机提供技术上的准备,高空长航时无人机的关键问题是,它要在20000米以上的高空长时间(至少是几天以上)的工作,该委员会相信,未来飞机在20000米以上飞行将是不受禁止的,所以与这类飞机设计和使用相关的问题应看作是一种特殊类型的无人机。重点研究内容应放在高空技术上,特别是气动力/无人机气动布局和推进系统技术。HALE无人机气动布局要重点研究有关长时间飞行的结构效率(结构重量轻),因为HALE无人机的典型特征是结构轻和翼展大,因此气动弹性是一个非常重要的因素。一般来说,HALE是自主控制和可程序控制的,为了避免操作人员的疲劳,是使用这类无人机执行长时间作战任务的一个重要原因。

2.高速机动的无人机(HSM)

高速机动无人机的研究重点是为潜在的第二代战斗无人机(UCAV)作技术准备。HSM无人机的目标是在成本明显低于有人飞机的情况下来完成高风险作战任务。研究HSM这类无人机的主要原因是它的生存性高,因此在设计中要考虑隐身和机动性与速度、最大高度和损伤容限的折衷关系。HSM无人机一般是与有人飞机一同执行作战任务,而且在操作人员的控制下对任务的变化是很敏感的,HSM无人机的使用和后勤保障成本将是非常关键的问题。

3.低成本无人机(Very Low-cost Vehicles)

低成本无人机的研究重点是解决在无人机设计中成本与性能之间的折衷问题。低成本无人机将是小型、自主和廉价的。当作为单一部署的系统与其它飞机协同作战时,单独的低成本无人机不会携带高价值的有效载荷。单独无人机系统的损失只会带来任务故障或间接损坏这类小的威胁。低成本无人机的关键问题是无人机的气动布局,其气动布局将取决于有效载荷、结构设计准则、长期存储后的可靠性以及低成本的制造等问题。

二.无人机关键技术

美国先进无人机委员会对以上三种概念性无人机所需的子系统基础技术分别是:

1. 高空长航时无人机的基础技术

·减小涡阻力技术如升力系统和翼尖涡轮(tip turbines)
·低雷诺数下的层流到紊流的转捩技术
·气动弹性控制技术
·燃气轮机或活塞发动机在高压比状态下的工作
·可供选择的推进系统(如:燃料电池、太阳能电池和能源储备系统)
·有关气动弹性剪裁的材料和设计技术
·有关超轻型机体结构的低速率制造技术

2. 高速机动无人机的基础技术

·非线性、非定常空气动力学
·复杂布局的流场模拟
·推进/机体一体化的建模工具
·高载荷推进系统的刚性轻型结构技术
·流体密封技术
·高过载长寿命轴承技术
·高速高过载环境概率结构设计方法
·高性能结构材料自动制造工艺技术
·高温复合材料技术

3. 非常低成本无人机所需的基础技术

·非常低雷诺数空气动力学
·长期存储用的轴承
·推进系统的低成本附件(如:燃油泵、发动机控制器、发电机
·一次性使用系统的结构设计准则
·扩大结构材料的种类(包括低成本材料和常用材料? ·低成本制造的模块设计技术
另外,美国先进无人机委员会在确定了这三种概念性无人机基础技术的基础上,还确定了一般无人机所需的五大子系统技术:
·气动力技术(和无人机气动布局)
·机体材料和结构
·推进系统
·能源和相关技术
·控制技术
在未来高技术战争中,无人机将成为一种十分有效、必不可少的武器装备。阿富汗战争以来,无人机的重要军事价值得到了进一步的证实,因而受到越来越多国家的重视。当前,许多国家的军方都把无人机置于优先发展的地位。美国军方认为无人机非常适合美国21世纪的财政和军事现实。无人机的价格只有载人飞机的几分之一,而它们的能力正以指数形式增长。
随着战斗无人机的研制成功,无人机将从过去一直执行空中侦察、战场监视和战斗毁伤评估等任务的作战支援装备,升级为能执行压制敌防空系统、对地攻击、拦截战术弹道导弹和巡航导弹,可执行对空作战任务的真正的作战装备。其性能将会发生质的飞跃,从而有可能改变未来空中作战的组织编制、条例条令、作战原则、战术思想乃至国防采办策略等。在21世纪的战争中,无人机将会发挥更加重要的作用。毫无疑问,无人机对未来战争将会产生重大影响。(中国航空信息中心 计秀敏)
 
本文链接:https://www.81uav.cn/uav-news/200308/10/5404.html
标签:  无人机的发展趋势及其关键技术 无人机 世界无人机
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