艦載無人直升機(jī)發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)淺析

陸圣杰

中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所

艦載無人直升機(jī)以其特有的機(jī)動(dòng)靈活、低空飛行、可在狹窄空間起降等特點(diǎn)，在現(xiàn)代信息化海戰(zhàn)中凸顯出重要作用，目前已成為現(xiàn)代海軍艦隊(duì)的一個(gè)重要組成部分。現(xiàn)代海軍裝備正在向無人化、智能化、高性能、多功能等方向發(fā)展，艦載無人直升機(jī)是各國海軍爭相發(fā)展的新一代裝備。本文簡要介紹國外艦載無人直升機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)艦載無人直升機(jī)著艦、抗電磁干擾、耐腐蝕等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和分析，提出研究方向和思路，并對(duì)未來艦載無人直升機(jī)的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。

在現(xiàn)代海上局部戰(zhàn)爭中，目標(biāo)大多處于運(yùn)動(dòng)之中，活動(dòng)范圍廣，作戰(zhàn)面臨諸多不確定因素，而艦載無人直升機(jī)具備機(jī)動(dòng)靈活、反應(yīng)迅速、低空性能好等特點(diǎn)，可滿足現(xiàn)代海上戰(zhàn)爭的需求，是海基航空力量的合理補(bǔ)充。目前世界各國已紛紛展開相關(guān)技術(shù)研究，相信在不遠(yuǎn)的將來，艦載無人直升機(jī)的使用范圍將有較大突破和拓展。

由于艦載無人直升機(jī)具有人機(jī)分離的特點(diǎn)，不用考慮飛行員的疲勞和安全，可執(zhí)行海上高危任務(wù)。通過搭載偵察、干擾、通信中繼等不同任務(wù)設(shè)備，可完成海上預(yù)警、警戒、目標(biāo)指示、電子偵察、通信中繼、電子對(duì)抗和打擊等多種任務(wù)，極大延伸其在海上的作戰(zhàn)范圍。相比于有人駕駛直升機(jī)，無人直升機(jī)在著艦、抗電磁干擾、耐腐蝕等技術(shù)方面具有更高要求，設(shè)計(jì)研究更為復(fù)雜。因此有必要深入開展艦載無人直升機(jī)的研究。

國外艦載無人直升機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

世界上無人直升機(jī)的開發(fā)與應(yīng)用比固定翼無人機(jī)起步晚，且研制技術(shù)難度大，應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的艦載無人直升機(jī)相對(duì)較少。以下列舉幾種國外典型艦載無人直升機(jī)。

艦載無人直升機(jī)鼻祖QH-50系列

早在上世紀(jì)50年代，美國海軍開始發(fā)展艦載無人直升機(jī)。1957年，美國海軍啟動(dòng)反潛無人直升機(jī)（Drone Anti-Submarine Helicopter，DASH）計(jì)劃。美國基羅達(dá)因公司（Gyrodyne Company）YRON-1超輕型無人直升機(jī)成功中標(biāo)，成為DASH平臺(tái)，并得到編號(hào)DSN-1，后因美軍實(shí)施統(tǒng)一編號(hào)，其編號(hào)改為QH-50A。1960年8月QH-50A無人直升機(jī)在美國馬里蘭州海軍航空試驗(yàn)中心進(jìn)行了首飛，驗(yàn)證了DASH系統(tǒng)的設(shè)想。

QH-50系列是共軸雙旋翼無人直升機(jī)，針對(duì)早期機(jī)型任務(wù)載荷重量小，以及使用環(huán)境要求苛刻等問題，基羅達(dá)因公司并沒有大批量生產(chǎn)，而是在換裝了波音更大功率的T50-BO-8A渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)后，才真正開始批量生產(chǎn)QH-50C。據(jù)悉，QH-50C最大起飛重量已達(dá)1.05t，可同時(shí)攜帶2枚MK44魚雷，最大任務(wù)半徑可達(dá)52km。1964年4月，美國海軍要求基羅達(dá)因公司升級(jí)QH-50C，以克服無全天候飛行能力和導(dǎo)引精度不足等問題，QH-50C因此改型為QH-50D。

在DASH計(jì)劃支持下，基羅達(dá)因公司已向美軍交付超過700架QH-50系列無人直升機(jī)。由于可靠性不高和反潛需要下降，1970年11月美國海軍徹底終止了DASH計(jì)劃。計(jì)劃告終后，剩余的一部分QH-50系列產(chǎn)品在2009年之前一直被美國用作各種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

圖1 美軍QH-50系列艦載無人直升機(jī)。

圖2 MQ-8B無人直升機(jī)在艦上起飛。

“火力偵察兵”先進(jìn)無人直升機(jī)

RQ-8A、MQ-8B和MQ-8C“火力偵察兵”系列無人直升機(jī)已列裝美軍，是目前世界上非常先進(jìn)的艦載無人直升機(jī)，承擔(dān)著美國海軍海上偵察、反潛、反艦和反水雷任務(wù)。其他國家主要發(fā)展小型無人直升機(jī)，而美軍一直致力于發(fā)展重載、長續(xù)航的大中型無人直升機(jī)，因此無論是RQ-8A、MQ-8B還是MQ-8C，均從有人駕駛直升機(jī)改裝而來。

2000年1月，諾斯羅普-格魯門（下稱諾格）公司在美國海軍垂直起降無人機(jī)演示驗(yàn)證項(xiàng)目競標(biāo)中勝出，并獲得美海軍工程與制造發(fā)展合同，軍方編號(hào)為RQ-8A，后因該機(jī)生存力低，且續(xù)航時(shí)間、航程、任務(wù)載荷重量等性能指標(biāo)無法滿足美國海軍需求，該合同項(xiàng)目被取消。2003年美軍直升機(jī)在伊拉克戰(zhàn)場損傷慘重，“火力偵察兵”項(xiàng)目因此重獲新生，諾格公司根據(jù)美國海軍和陸軍的新要求，將RQ－8A進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)展為MQ-8B無人直升機(jī)。2012年，美國海軍組建了第一個(gè)由有人直升機(jī)和無人直升機(jī)組成的直升機(jī)編隊(duì)，其中無人直升機(jī)為MQ-8B，有效提高了戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力，在執(zhí)行艦艇指揮和情報(bào)收集任務(wù)中發(fā)揮了重要作用。

2012年，諾格公司根據(jù)美軍新的作戰(zhàn)需求，基于“貝爾”407改裝出新型MQ-8C “火力偵察兵”。與MQ-8B相比，MQ-8C尺寸更大，續(xù)航時(shí)間更長，全天候飛行能力更強(qiáng)。

S100 艦載無人直升機(jī)暢銷海外

S100無人直升機(jī)由奧地利西貝爾（Scheibel）公司研制，是一款小型無人直升機(jī)，該機(jī)最大起飛重量200kg，最大任務(wù)載荷重量50kg，最大續(xù)航時(shí)間5.8h。

S100機(jī)身由先進(jìn)碳纖維復(fù)合材料制成，全機(jī)身經(jīng)過防腐處理，在海洋環(huán)境中的耐腐蝕技術(shù)非常優(yōu)秀。同時(shí)具有穩(wěn)定的自主起降功能，可以克服大雨、強(qiáng)風(fēng)等惡劣天氣影響，在面積很小的艦船甲板上穩(wěn)定降落。

圖3 MQ-8C無人直升機(jī)全天候飛行能力更強(qiáng)。

S100操控靈活、性能優(yōu)異，在軍事及民用領(lǐng)域均有出色表現(xiàn)。S100無人直升機(jī)可以執(zhí)行邊境巡邏、海域偵察、反走私、情報(bào)收集、艦船跟蹤、搜索與救援等軍事任務(wù)；在民用領(lǐng)域，可執(zhí)行港口和邊境管控、安保、測繪、航拍、救災(zāi)搶險(xiǎn)、污染監(jiān)視等任務(wù)。

目前S100已出口到德國、法國、加拿大、澳大利亞、芬蘭、挪威、阿聯(lián)酋、印度、巴基斯坦等國家，是一款暢銷海外的艦載無人直升機(jī)。

圖4 S100 無人直升機(jī)在艦船甲板上平穩(wěn)降落。

中國AV500艦載無人直升機(jī)

我國從上世紀(jì)90年代開始重視無人直升機(jī)的發(fā)展，多家單位先后開展了無人直升機(jī)的研制。近幾年艦載無人直升機(jī)需求強(qiáng)勁，國內(nèi)相關(guān)單位正在加強(qiáng)產(chǎn)品研發(fā)。

AV500無人直升機(jī)是中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所自主研制的一款小型無人直升機(jī)，該機(jī)于2019年9月通過中國航空工業(yè)集團(tuán)有限公司技術(shù)鑒定。

AV500艦載型無人直升機(jī)是由AV500基本型改進(jìn)而成，以一臺(tái)國產(chǎn)重油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，最大起飛重量500kg，實(shí)用升限3500m。AV500艦載型無人直升機(jī)搭載光電、雷達(dá)等任務(wù)設(shè)備，可執(zhí)行偵察、監(jiān)視、海洋巡查監(jiān)視、搜索營救等任務(wù)。

目前該機(jī)已完成全部設(shè)計(jì)工作，正在開展地面試驗(yàn)，預(yù)計(jì)2020年底完成全部試驗(yàn)及試飛工作。

關(guān)鍵技術(shù)

無人直升機(jī)著艦技術(shù)

無人直升機(jī)著艦技術(shù)包括著艦導(dǎo)引技術(shù)和著艦助降技術(shù)。

（1）著艦導(dǎo)引技術(shù)

著艦導(dǎo)引技術(shù)包括著艦引導(dǎo)和飛行控制兩種技術(shù)。著艦引導(dǎo)可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤和引導(dǎo)，通過實(shí)時(shí)解算無人直升機(jī)與目標(biāo)的位置偏差，生成引導(dǎo)軌跡，傳輸給無人直升機(jī)，引導(dǎo)無人直升機(jī)向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。飛行控制主要控制無人直升機(jī)的姿態(tài)、速度、位置和高度，提供多種自動(dòng)控制模態(tài)和必要的機(jī)動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)無人直升機(jī)的自動(dòng)飛行。

目前無人直升機(jī)主流著艦導(dǎo)引方式有：采用差分衛(wèi)星(GPS/北斗)為主導(dǎo)引，區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)為備用導(dǎo)引的方式，配合艦船/無人機(jī)姿態(tài)測量、靜息期預(yù)測等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)著艦導(dǎo)引。

（2）著艦助降技術(shù)

圖5 AV500 以一臺(tái)國產(chǎn)重油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力。

圖6 無人直升機(jī)著艦導(dǎo)引流程圖。

艦載無人直升機(jī)在艦船甲板上安全著艦的關(guān)鍵點(diǎn)是，助降裝置應(yīng)快速插入隔柵，并提供足夠的拉力保證機(jī)體不側(cè)滑和傾翻。在設(shè)計(jì)助降裝置時(shí)，除考慮艦船橫搖角、縱搖角以及無人直升機(jī)重量等影響因素，還需考慮甲板的各方向加速度、側(cè)風(fēng)引起的側(cè)傾力矩和側(cè)滑力。

抗電磁干擾技術(shù)

通常，艦船上電磁環(huán)境非常惡劣，電磁干擾是導(dǎo)致艦載無人直升機(jī)失事最常見的原因之一。因此，艦載無人直升機(jī)在設(shè)計(jì)過程中，不僅要考慮機(jī)載設(shè)備電磁兼容性設(shè)計(jì)，同時(shí)也需要考慮機(jī)艦之間電磁兼容性設(shè)計(jì)。

艦載無人直升機(jī)應(yīng)突破抗電磁干擾技術(shù)，采用相應(yīng)屏蔽措施后，才能確保執(zhí)行任務(wù)萬無一失。

水上迫降技術(shù)

在設(shè)計(jì)艦載無人直升機(jī)時(shí)，需考慮增設(shè)應(yīng)急浮筒式裝置，當(dāng)意外情況發(fā)生時(shí)，無人直升機(jī)能在水面迫降，以挽救昂貴的機(jī)載設(shè)備。

應(yīng)急返航技術(shù)

為提升艦載無人直升機(jī)應(yīng)急處理能力，最大程度降低風(fēng)險(xiǎn)和損失，艦載無人直升機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮應(yīng)急返航安全策略。

有別于陸基無人機(jī)，艦載無人直升機(jī)的起降點(diǎn)一直處于移動(dòng)狀態(tài)的艦船，在執(zhí)行任務(wù)過程中一旦出現(xiàn)通信中斷等突發(fā)情況，需考慮應(yīng)急返航的實(shí)際著陸點(diǎn)等關(guān)鍵因素。

耐腐蝕技術(shù)

艦載無人直升機(jī)在海洋環(huán)境中服役，將遭受濕熱、鹽霧和霉菌等因素的腐蝕。為確保艦載無人直升機(jī)在所要求的環(huán)境條件下安全可靠使用，必須從設(shè)計(jì)和工藝等多方面考慮腐蝕防護(hù)要求，并進(jìn)行必要的“三防”試驗(yàn)驗(yàn)證，保證整機(jī)具備良好的防腐蝕能力。

任務(wù)規(guī)劃與控制站集成技術(shù)

艦載直升機(jī)通常將任務(wù)規(guī)劃與控制站集成在艦上控制室，并與艦上導(dǎo)航、通信等系統(tǒng)相互連接，在設(shè)計(jì)無人直升機(jī)時(shí)應(yīng)予以充分考慮。

發(fā)展趨勢

相較艦載直升機(jī)，艦載無人直升機(jī)擁有艦載直升機(jī)不具備的優(yōu)點(diǎn)。比如艦載無人直升機(jī)系統(tǒng)操控使用十分便利；成本低，部署靈活機(jī)動(dòng)；無人員傷亡，能以高效費(fèi)比完成任務(wù)。最為關(guān)鍵的是，高科技技術(shù)已在艦載無人直升機(jī)上廣泛應(yīng)用，提升了艦載無人直升機(jī)的任務(wù)載荷技術(shù)，尤其是模塊化載荷設(shè)計(jì)使艦載無人直升機(jī)能執(zhí)行多種作戰(zhàn)任務(wù)，從而擁有更強(qiáng)的戰(zhàn)斗力。未來，艦載無人直升機(jī)發(fā)展及作戰(zhàn)運(yùn)用主要表現(xiàn)在以下五方面。

第一是情報(bào)偵察和戰(zhàn)場監(jiān)視。艦載無人直升機(jī)搭載電視攝像機(jī)，光電/紅外傳感器，激光指示器，合成孔徑雷達(dá)等多種傳感器，運(yùn)用數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，提高戰(zhàn)艦遠(yuǎn)程戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力，對(duì)可能發(fā)生武裝沖突、局部戰(zhàn)爭的海域進(jìn)行持久實(shí)時(shí)偵察和監(jiān)視。

第二是空中電子壓制和干擾。電子戰(zhàn)“軟殺傷”能力已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭取勝的重要手段，艦載無人直升機(jī)搭載有源干擾機(jī)，在戰(zhàn)前或戰(zhàn)爭中執(zhí)行電子壓制和干擾任務(wù)，增強(qiáng)了作戰(zhàn)艦艇的遠(yuǎn)程“軟殺傷”能力。

第三是反潛作戰(zhàn)。艦載無人直升機(jī)上搭載主動(dòng)聲吶、被動(dòng)聲吶、地磁異常檢測裝置，探測處于下潛狀態(tài)的敵方潛艇并進(jìn)行定位，再引導(dǎo)艦船攻擊敵方潛艇。

第四是通信中繼。艦船之間的可靠通信會(huì)受到海平面的限制，艦載無人直升機(jī)搭載通信中繼設(shè)備可有效解決母艦與其他艦船之間的通信中斷問題。同時(shí)，無人直升機(jī)通信中繼設(shè)備能與遠(yuǎn)處的無人直升機(jī)建立通信，進(jìn)一步增大無人直升機(jī)的作戰(zhàn)使用半徑。

第五是目標(biāo)指示，攻擊制導(dǎo)，毀傷評(píng)估。艦載無人直升機(jī)可為戰(zhàn)艦武器系統(tǒng)指定攻擊目標(biāo)，測定目標(biāo)參數(shù)，協(xié)助艦載火控系統(tǒng)計(jì)算射擊諸元，進(jìn)行目標(biāo)分析；同時(shí)也可用激光指示器照射目標(biāo)，對(duì)激光制導(dǎo)武器進(jìn)行精確制導(dǎo)，并在攻擊后評(píng)估目標(biāo)毀傷程度。

縱觀世界各國無人機(jī)研究成果和應(yīng)用領(lǐng)域，艦載無人直升機(jī)是未來無人機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要型別。隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代海上局部戰(zhàn)爭的迫切需求，各國對(duì)垂直起降、低空飛行以及具備察打能力的艦載無人直升機(jī)需求會(huì)越來越旺盛。

為制造一款專業(yè)艦載無人直升機(jī)，除考慮著艦起降、抗干擾、耐腐蝕等關(guān)鍵技術(shù)外，美國海軍MQ-8C等大型艦載無人直升機(jī)的研制，也值得我們借鑒和參考；同時(shí)我們應(yīng)遵循艦載無人直升機(jī)智能化、信息化、功能化的發(fā)展趨勢，研發(fā)滿足我國海軍需求的先進(jìn)艦載無人直升機(jī)。