美國“神劍”垂直起降高速無人機(jī)

據(jù)英國《飛行國際》雜志網(wǎng)絡(luò)版2009年8月11日?qǐng)?bào)道，美國極光飛行科學(xué)公司在8月10日美軍的一次內(nèi)部航空飛行器展示中推出了其最新研制成功的“神劍”(Excalibur)垂直起降高速無人機(jī)。據(jù)稱，該無人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)采用渦電混合動(dòng)力方式，使其既能夠像直升機(jī)一樣垂直起降，又能像傳統(tǒng)的固定翼式飛行器一樣在空中高速飛行。

2006年初，美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)最先向武器研發(fā)機(jī)構(gòu)提出了研制一種新型垂直起降無人機(jī)的要求。他們希望這種新型無人機(jī)不僅可以在空間有限的軍艦甲板或其他復(fù)雜地形下完成起降動(dòng)作，而且還能有較高的飛行速度，以便及時(shí)對(duì)已發(fā)現(xiàn)的敵方目標(biāo)實(shí)施火力打擊。在這種背景下，美國極光飛行科學(xué)公司開展了名為“神劍”的新一代無人機(jī)的研制工作。

獨(dú)特的氣動(dòng)外形和混合動(dòng)力系統(tǒng)

極光飛行科學(xué)公司在研制“神劍”無人機(jī)之初就為其設(shè)計(jì)了與眾不同的氣動(dòng)外形和一套復(fù)雜的電、渦混合動(dòng)力系統(tǒng)，從而保證了其具有獨(dú)特的飛行能力和突出的作戰(zhàn)能力。

“神劍”無人機(jī)的氣動(dòng)外形十分特別，整體呈不常見的“T”字形布局，有一對(duì)很少見的與機(jī)身垂直的尾翼。無人機(jī)機(jī)身長約7m，機(jī)身高約2.1m，翼展為6.4m，自身質(zhì)量約1180kg，最大飛行速度在550～852km/h之間(根據(jù)飛行高度的不同而不同)，最大飛行高度可達(dá)12km。該無人機(jī)設(shè)計(jì)的最大有效載荷為545kg(此時(shí)需采用短距起飛方式)，機(jī)翼下方有4個(gè)武器外掛架。

“神劍”無人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)較一般的無人機(jī)要復(fù)雜得多。首先， “神劍”無人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)由4部分組成，分別是：布置在無人機(jī)前端機(jī)頭部位的一部涵道風(fēng)扇、布置在無人機(jī)左右翼尖上的兩部涵道風(fēng)扇及布置在無人機(jī)中央部位的一臺(tái)可傾轉(zhuǎn)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)(美國威廉姆斯公司產(chǎn)品)。

其次，“神劍”無人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)為電、渦混合式的動(dòng)力輸出方式。位于無人機(jī)前端和左右兩翼翼尖上的涵道風(fēng)扇由安裝在無人機(jī)機(jī)身上的鋰電池組供電，均為直流電驅(qū)動(dòng)式風(fēng)扇；而無人機(jī)中央部位可傾轉(zhuǎn)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)則使用傳統(tǒng)的航空煤油作為燃料，燃料箱位于無人機(jī)的中部下方。“神劍”無人機(jī)正是在這套復(fù)雜的混合動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)了垂直起降和高速飛行。其具體運(yùn)作是這樣的：當(dāng)“神劍”無人機(jī)進(jìn)行垂直起飛時(shí)，機(jī)身前部和兩翼翼尖處的3部電驅(qū)動(dòng)式風(fēng)扇一同作用，為無人機(jī)提供1/3的起飛升力，而剩余2/3的起飛升力來自機(jī)體中央可傾轉(zhuǎn)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)的尾噴口在起飛時(shí)轉(zhuǎn)為垂直于地平面。而在“神劍”無人機(jī)垂直上升到指定高度后，安裝在翼尖兩側(cè)的涵道風(fēng)扇停止工作并縮回機(jī)翼中，以減小整個(gè)無人機(jī)的氣動(dòng)阻力，有利于提高飛行速度。與此同時(shí)，安裝在機(jī)體中央的可傾轉(zhuǎn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)將進(jìn)氣口轉(zhuǎn)向無人機(jī)的機(jī)頭方向，為無人機(jī)向前高速飛行提供推力。

“神劍”無人機(jī)在進(jìn)行垂直降落時(shí)的情況與起飛時(shí)正好相反。垂直降落時(shí)，無人機(jī)先放出翼尖兩側(cè)的涵道風(fēng)扇并使其開始運(yùn)轉(zhuǎn)，接著機(jī)體中央的發(fā)動(dòng)機(jī)將尾噴口逐漸轉(zhuǎn)向垂直于地平面。此后，在所有動(dòng)力系統(tǒng)的聯(lián)合作用下，實(shí)現(xiàn)緩速垂直著陸。

另外值得一提的是，“神劍”無人機(jī)的機(jī)身下方安裝有帶起降輪的三點(diǎn)式起落架，因此，在有條件的情況下，“神劍”無人機(jī)也可以進(jìn)行常規(guī)的短距離滑跑式起飛和降落。

先進(jìn)的飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)

在長期從事無人機(jī)的研制工作過程中，極光飛行科學(xué)公司發(fā)現(xiàn)，在作戰(zhàn)和軍事演習(xí)中有半數(shù)無人機(jī)是因?yàn)楹蠓讲倏厝藛T的失誤而墜毀。因此，為了使“神劍”無人機(jī)如此復(fù)雜的動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)運(yùn)作，極光飛行科學(xué)公司為其加裝了美國航空和軍事承包商羅克韋爾·柯林斯公司最新研制的雅典娜一511型飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)是專門為軍用無人機(jī)量身定做的一種飛行姿態(tài)控制及精確導(dǎo)航集成系統(tǒng)，自動(dòng)化、智能化的程度非常高，能夠自主測量、處理、輸入控制“神劍”無人機(jī)在進(jìn)行飛行機(jī)動(dòng)時(shí)所需的各種參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在完全自主控制的情況下，進(jìn)行準(zhǔn)確的橫滾、俯仰等空中機(jī)動(dòng)。

雅典娜－511系統(tǒng)甚至還可以智能控制無人機(jī)進(jìn)行十分復(fù)雜的飛行動(dòng)作，如在無人工干預(yù)的情況下，控制無人機(jī)垂直起降時(shí)的飛行姿態(tài)及發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的實(shí)時(shí)調(diào)整等。這樣，無人機(jī)的后方操控人員就可以專心尋找和打擊目標(biāo)，而不必再為無人機(jī)的飛行姿態(tài)而分神，保障了無人機(jī)在空中的安全性。

另外，雅典娜－511系統(tǒng)還集成有飛行導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)置有高精度戰(zhàn)術(shù)級(jí)慣性測量裝置(陀螺儀)、GPS導(dǎo)航儀及多個(gè)用于采集大氣數(shù)據(jù)、壓力、空速、氣流角度的傳感器。因此，可以在飛行速度小于1 204km/h的情況下，為無人機(jī)提供飛行速度、飛行高度及精確的三維坐標(biāo)信息等等。

據(jù)羅克韋爾·柯林斯公司研發(fā)人員介紹，雅典娜－511系統(tǒng)是該公司的上一代雅典娜－311和雅典娜－411的升級(jí)版。而雅典娜－311和雅典娜－411曾分別在意軍的“天空X”型無人機(jī)和美軍的“捕食者－B”型無人機(jī)上服役過，并受到意、美軍方的好評(píng)。最新研制的雅典娜－511是該公司基于雅典娜－311和雅典娜－411的成熟技術(shù)和成功經(jīng)驗(yàn)，在最短時(shí)間內(nèi)為軍用客戶打造的新一代低成本、高可靠性的無人機(jī)飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)。

代表下一代無人機(jī)的發(fā)展趨勢

目前，“神劍”無人機(jī)剛剛進(jìn)入原型機(jī)的初步試驗(yàn)階段，極光飛行科學(xué)公司似乎還沒有最終確定該無人機(jī)將使用什么樣的機(jī)載雷達(dá)及火控設(shè)備。不過據(jù)稱，具有價(jià)格低、質(zhì)量輕、威力大、精度高等優(yōu)點(diǎn)的GBU-40高精度彈藥將成為“神劍”無人機(jī)的首選彈藥之一。當(dāng)然，“神劍”無人機(jī)在服役后也可以外掛像AGM-U4“地獄火”空對(duì)地導(dǎo)彈、Hydra-70型無制導(dǎo)火箭彈、GBU-29、GBU-32、GBU-38等一系列美軍現(xiàn)役的空對(duì)地攻擊型武器裝備。

“神劍”無人機(jī)無疑代表了下一代無人機(jī)的一種發(fā)展趨勢。可以想像，在“神劍”系列垂直起降無人攻擊機(jī)正式裝備美軍基層部隊(duì)后，在山地、城市、叢林等特種作戰(zhàn)中，美軍更將如虎添翼。

編輯 劉蘭芳