無人直升機加裝任務系統發展現狀與趨勢

段興旺 段文良 張 敏 陳雪冰

（中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333000）

0 前言

無人機(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。 機上無駕駛艙，但安裝有自動駕駛儀、程序控制裝置等設備。 近年來隨著復合材料、動力系統、傳感器、尤其是飛行控制等技術的飛速發展， 無人機性能不斷提高。 根據飛行平臺構型的不同， 無人機可以分為固定翼無人機、無人直升機、多旋翼無人機等。 作為無人機體系中的重要分支——無人直升機，因其結構緊湊、轉場靈活、空中懸停、垂直起降、低空低速性能、機動性和安全性高等特點， 已經形成了覆蓋靶標、 情報偵察、戰場監視、通信中繼、目標指示、引導與摧毀、電子干擾與對抗、 災害災情調查、 氣象探測、 國土資源調查、地理信息測繪、電力巡線和輸油管線巡線等軍、民用任務等領域的產品體系。

1 無人直升機加裝研究意義

為提高直升機執行任務的能力， 在直升機的基礎上加裝光電吊艙系統、 無線圖傳設備、 機載綜合控制處理設備與專用電源、 航空搜索燈、 空中廣播與警告設備、索降裝置等，用于執行巡邏監控、追蹤搜捕、搜索救援、搶險救災、反恐處突、交通疏導、禁毒鏟毒、大型活動安保、警力運輸及裝備物資等任務。

直升機加裝任務設備后主要工作內容：

（1）正常巡邏。 對日常區域進行巡查、記錄巡查視頻和數據信息等。

（2）執法取證。 對集會、聚眾鬧事、違法活動、違法建筑、違法施工等進行空中360°立體監控拍攝，看得遠、看得見、看得清，全程記錄，為后期提供有力的證據。

（3）定位搜救。 自然災害和人員傷害時，對受災地點精確定位和災害情況進行評估， 并將現場情況實時傳輸至指揮大廳，為后期的救援工作提供信息保障。

（4）高速巡查。 對高速公路車輛監控、交通管制、抓拍違法車輛、 實時拍攝違法目標違法人、 違規車輛自動檢出、實時位置推送等功能。

（5）快速營救。 利用索降設備，可以在直升機無法降落的警情處置地點對任務處置人員進行投放， 同時可以在地面交通工具無法快速到達的情況下， 實施快速營救。

（6）定點監控。 對違法車輛和個人，可以進行目標跟蹤， 同時在天氣情況受限的情況下可以紅外觀察跟蹤，實現全天候的監控。

（7）反恐防暴。 對違法分子進行搜索、監視，對現場情況和事態發展進行連續拍攝， 并實時記錄傳輸；對違法分子進行全天候的搜索、跟蹤。

（8） 應急突發事件。 突發事件時， 可迅速到達現場， 并將現場情況實時傳輸至指揮大廳， 為后續決策提供現場信息。

2 無人直升機加裝發展現狀

隨著航空技術的飛速發展， 越來越多的機載設備運用到實際飛行中， 而且設備也越來越復雜。 以機載電子設備為例， 二次大戰期間戰斗機的無線電設備只有兩種；60 年代發展到十多種甚至幾十種。 以美國轟炸機為例，40 年代機載無線電設備的元件只1000 多個，50 年 代 發 展 到20000 多 個，60 年 代 增 至90000 多個。 相應的為了滿足各項任務要求， 直升機加裝的設備也不斷增多， 下面列舉了國內外加裝之后的無人直升機。

Ka-137 是俄羅斯卡莫夫直升機科學技術聯合體研制的一種多用途無人直升機。 Ka-137 可攜帶最大80kg 的有效載荷,主要用于生態監測、油氣管道監測、森林防火、輻射和生化偵察、自然災害監測、公安邊防巡邏、漁場保護等。 K-137 與Ka-37 一樣也采用共軸雙旋翼結構,但它的外形尺寸比Ka-37 小,機體形狀為球形,并采用四腿起落架。 Ka-137 的機體分成上下兩個獨立的部分， 上半部分裝載發動機、 燃油及控制系統;下半部分放置有效載荷和各種傳感器。 該機裝有一套自動飛行的數字控制系統, 機載慣性衛星導航系統確保它能夠完成許多復雜的自動飛行任務。 Ka-137 的特點如下:可完全自主飛行;可艦船操作;機體防腐蝕;電磁屏蔽;可裝載電視攝像機和紅外攝像機、便攜式雷達和無線電發射機;可重組多任務傳感器;衛星導航:數字自動駕駛儀;自動導航在60m 的精度之內;可防高強度輻射。

YAMAHARMAX 系列民用無人直升機是日本農林作業的主力軍，該機被譽為“空中機器人”植保作業效率為7 ～10hm2/h，主要用于播種、耕作、施肥、噴灑農藥、病蟲害防治等作業。 RMAX 無人機產于1997 年，，迄今為止已經執行了200 萬個小時的飛行任務。 據2014 年的統計，該無人機在日本每年的作業面積達到240 萬英畝（約合1457 萬畝）

總參六十所WZ-5 型無人直升機WZ-5 型無人直升機作為一種通用無人機直升機平臺， 具有三維測控、自主起降、定點懸停、在線任務規劃和多機編隊飛行等功能， 具有續航時間長、 飛行升限高、 巡航速度大、任務荷載能力強等優良性能，可滿足通訊中繼、情報偵察、測繪導航、目標指示、炮兵校射和空地對抗訓練等軍事任務需求，也可用于=地址勘探、森林防火、農業病蟲害防治、店里架線巡線、危險空域采樣、環境監測、交通管制、航拍航攝等民用領域。

U8 由中航工業直升機所自主研制主要用途是在在民用領域應用廣泛，可用于反恐防暴、緝私緝毒、海事偵察、搜索救援、警務執法、交通疏導、空中指揮、農業作業、大氣監測、森林防火、電力傳輸線路監測等領域。

3 無人直升機加裝案例

無人直升機加裝任務系統包括光電吊艙系統、無線圖傳設備、 機載綜合控制處理與專用電源設備、航空搜索燈、空中廣播與警告設備、索降裝置等組成。

光電吊艙可提供高清可見光視頻和紅外視頻，并將視頻信息通過無線通訊和圖傳設備傳送至地面監控終端，供地面指揮人員進行觀察和現場決策。

圖1 工作原理示意圖

航空搜索燈是一種功率大、發光強度高、照射范圍廣的專業照明燈具， 它是為中、 小型直升機研制的一種艙外照明燈具， 主要用于直升機在夜間執行任務時對陸地和海面的搜救工作提供大功率照明。

空中廣播警報器是應用于直升機在空中對地面人員喊話或播放告警音的音頻系統。

索降裝置用于直升機達到任務區上空懸停時，將人員安全、快速的降落至地面。

機載合控制處理設備與專用電源提供機載加裝任務設備的數據信息交互， 實時輸出載機平臺導航定位與三軸姿態信息， 數據記錄， 提供機載加裝任務設備的供電。

4 結束語

無人直升機可從簡易機場、野外場地、艦船甲板起飛降落， 攜帶多種任務設備直升機可針對特定地面及海域的固定和活動目標實施全天時的航拍、 偵察、監視和地面毀傷效果評估等。 直升機可完成森林防火監察、電力系統高壓巡線、海岸船舶監控、海上及山地搜救等任務。 但是加裝任務設備并沒有那么簡單， 首先是電磁兼容問題， 然后是安全穩定性測試， 目前只是能夠使用， 加裝之后的無人直升機故障率直線上升，需要不斷的研究方可完成上述任務。