现代无人飞行器技术

1、现代无人飞行器技术现代无人飞行器技术一、现代无人飞行器技术概述一、现代无人飞行器技术概述无人机的特点无人机的特点 无人机的优势无人机的优势 成本低廉成本低廉 研制制造成本研制制造成本 人员培训成本人员培训成本 作战使用成本作战使用成本 符合现代战争非接触、零伤亡和精确打击的需求符合现代战争非接触、零伤亡和精确打击的需求 比有人飞机更出色的飞行性能和隐身性能比有人飞机更出色的飞行性能和隐身性能 无人机的缺点无人机的缺点 依赖无线数据链依赖无线数据链 容易被干扰、欺骗容易被干扰、欺骗 可能被俘获可能被俘获 复杂战场条件下，自主飞行人工智能水平有待提高复杂战场条件下，自主飞行人工智能水平有待提高 容

2、易被欺骗容易被欺骗现代无人机的任务类型现代无人机的任务类型 靶机靶机 侦查、测绘、跟踪侦查、测绘、跟踪 察打一体察打一体 UCAV 反辐射无人机反辐射无人机现代无人机的任务类型现代无人机的任务类型 UCAV 未来战场的主宰未来战场的主宰 不再有人体生理极限，具备很高的机动能力不再有人体生理极限，具备很高的机动能力 高度智能化高度智能化 没有座舱及环控系统没有座舱及环控系统 重量轻重量轻 阻力小阻力小 隐身性能得以改善隐身性能得以改善 无法完全替代有人作战飞机无法完全替代有人作战飞机现代无人机的级别现代无人机的级别 高空长航时无人机高空长航时无人机 任务半径任务半径=6000KM 航时航时24h

3、 巡航高度：巡航高度：=18KM 起飞重量起飞重量1T现代无人机的级别现代无人机的级别 中空长航时无人机中空长航时无人机 航程航程=1000KM 航时航时=24h 巡航高度：巡航高度：=200KM 航时航时=4h 巡航高度：巡航高度：5000m 起飞重量：起飞重量：0.5T现代无人机的级别现代无人机的级别 小型无人机小型无人机 航程航程=2h 巡航高度：巡航高度：5KM 起飞重量：起飞重量：10kg现代无人机的级别现代无人机的级别 微型无人机微型无人机 航程航程=10KM 航时航时=1h 巡航高度：巡航高度：1KM 起飞重量：起飞重量：1kg 尺寸尺寸1m现代无人机的种类现代无人机的种类固定翼

4、飞机固定翼飞机 正常式布局正常式布局现代无人机的种类现代无人机的种类固定翼飞机固定翼飞机 鸭式布局鸭式布局现代无人机的种类现代无人机的种类固定翼飞机固定翼飞机 飞翼布局飞翼布局现代无人机的种类现代无人机的种类旋翼机旋翼机 直升机直升机现代无人机的种类现代无人机的种类旋翼机旋翼机 坐地起降（坐地起降（Tail sitter）飞机）飞机现代无人机的种类现代无人机的种类旋翼机旋翼机 倾转旋翼飞机倾转旋翼飞机现代无人机的种类现代无人机的种类旋翼机旋翼机 旋转机翼直升机旋转机翼直升机现代无人机的种类现代无人机的种类旋翼机旋翼机 四旋翼四旋翼/多旋翼飞机多旋翼飞机现代无人机的种类现代无人机的种类旋翼机旋翼

5、机 涵道风扇涵道风扇现代无人机的种类现代无人机的种类旋翼机旋翼机 滚翼机滚翼机现代无人机的起降方式现代无人机的起降方式滑跑起飞滑跑起飞/降落降落现代无人机的起降方式现代无人机的起降方式弹射起飞弹射起飞现代无人机的起降方式现代无人机的起降方式火箭助推起飞火箭助推起飞现代无人机的起降方式现代无人机的起降方式伞降伞降现代无人机的起降方式现代无人机的起降方式绳钩回收降落绳钩回收降落现代无人机的起降方式现代无人机的起降方式撞网回收降落撞网回收降落现代无人机的起降方式现代无人机的起降方式手抛起飞手抛起飞现代无人机的起降方式现代无人机的起降方式深失速降落深失速降落现代无人机的起降方式现代无人机的起降方式垂直

6、起降垂直起降现代无人机的动力与现代无人机的动力与电子系统构成电子系统构成遥控遥测系统遥控遥测系统 地面站、无线数据链地面站、无线数据链飞控系统飞控系统 控制增稳控制增稳 导航导航GPS惯导惯导光学光学/图像（可见光、红外、微光）图像（可见光、红外、微光）激光激光/超声波超声波现代无人机的动力与现代无人机的动力与电子系统构成电子系统构成动力系统动力系统 喷气式涡扇发动机喷气式涡扇发动机 涡轮螺旋桨涡轮螺旋桨/涡轮轴发动机涡轮轴发动机 活塞发动机（四冲程活塞发动机（四冲程/两冲程两冲程/转子）转子） 电动机（无刷电机）电动机（无刷电机）现代无人机的动力与现代无人机的动力与电子系统构成电子系统构成动

7、力能源动力能源 航空煤油航空煤油 汽油汽油 甲醇甲醇 电池电池 镍氢、镍镉电池镍氢、镍镉电池 锂离子电池锂离子电池 锂聚合物电池锂聚合物电池 燃料电池燃料电池 太阳能电池太阳能电池未来无人机的发展趋势未来无人机的发展趋势 UCAV 高空长航时（高空长航时（HALE） 更长的航时、航程更长的航时、航程 任务多样化、应用范围的扩大任务多样化、应用范围的扩大 急剧增长的市场急剧增长的市场二、滚翼机二、滚翼机滚翼机和摆线桨滚翼机和摆线桨 滚翼机是一种以摆线桨为主要升力源的飞行器 可以像直升飞机一样悬停和向各个方向飞行 摆线桨效率远高于直升机旋翼 噪声远低于螺旋桨和直升机旋翼，非常安静 具备优异的机动性

8、、操纵性和飞行场地适应性 具备高亚音速巡航飞行的潜力滚翼机和摆线桨滚翼机和摆线桨 摆线桨是一种依靠控制机构变换叶片攻角，实现瞬间矢量推力的推进器滚翼机和摆线桨滚翼机和摆线桨 摆线桨的特点 利用叶片周期性俯仰振荡带来的动态升力产生拉力，各叶素运转速度相同，且位于桨盘最外围，因此具备高推进效率 所有叶素运转速度相同，桨尖涡很弱，因此十分安静 叶片周期性俯仰振荡依靠偏心圆环等机构控制，只要偏心圆环位置微动，即可实现二维全向矢量推力，因此滚翼机的机动性和操纵性非常好滚翼机的历史滚翼机的历史 滚翼机的概念最早由美国人Caldwell于1923年提出滚翼机的历史滚翼机的历史 许多航空界的先驱都试图研制滚翼

9、机，均未成功 直到2011年之前都没有可控的、自主的飞行记录滚翼机的历史滚翼机的历史 导致滚翼机研究直到近年才有重大进展的原因导致滚翼机研究直到近年才有重大进展的原因 空气动力学理论的进步空气动力学理论的进步 在19201930年代，对叶片/机翼非定常气动力的研究很薄弱，人类对复杂的非定常气动现象缺乏深入的认识。现代空气动力学理论和计算方法的进步，使我们有能力揭示摆线桨的内在机理，并发展出具有相当精度的气动力设计计算模型，为滚翼机的设计奠定了理论基础 碳纤维复合材料的普及碳纤维复合材料的普及 摆线桨结构较为复杂，叶片和转轴受力形式不佳，因此对结构刚度、强度和重量的要求很苛刻，而铝合金等金属结构

10、件比强度/比刚度又太低，难以满足要求。直到现代碳纤维复合材料的普及，才使滚翼机在结构强度/刚度、结构重量方面的障碍得以清除 高能量密度能源动力系统高能量密度能源动力系统 近十年来，锂聚合物电池和微型无刷电机技术进步巨大，能量密度提高很快，为电动力滚翼机提供了强劲的心脏滚翼机的历史滚翼机的历史 数字计算机和数字计算机和CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM系统的普及系统的普及 使我们能够在计算机上开展多体动力学仿真，将重量重心估算、控制机构设计、结构刚度与强度等方面的重大问题通过计算机软件模拟得到解决，从而极大地提高设计质量，降低风险，缩短周期，这在过去是不可想象的 飞控系统微小型化飞控系

11、统微小型化 滚翼机的稳定飞行需要飞控系统辅助。近十年随着计算机系统和传感器的微小型化，使飞控系统在体积重量减小的同时，具备很强的功能，为滚翼机的稳定飞行扫除了障碍 在飞机出现的早期，相对容易的直升机和旋翼机的兴起，使人们不再关注滚翼机，甚至淡忘了滚翼机的存在滚翼机的现在滚翼机的现在 现代滚翼机的研究现状 目前全世界成功的滚翼机只有三个 新加坡国立大学的滚翼机，于2007年2月首次实现了系留悬停飞行 西北工业大学航空学院研制的“风火轮”滚翼机，于2011年8月底首飞成功，该机实现了可以精确操纵的自主稳定飞行，并具备了良好的机动性能，被国外誉为“这个领域的重大突破，拉开了直升机灭亡的序幕” 马里兰大学研制的滚翼机（2011年12月底）实现了稳定飞行，采用与我们早年提出的气动布局形式和叶片结构形式 滚翼机的成功，离不开近十年来尖端科技的巨大进步滚翼机的现在滚翼机的现在 现代滚翼机的研究现状现代滚翼机的研究现状滚翼机的现在滚翼机的现在 现代滚翼机的研究现状 存在的问题 目前滚翼机仅仅实现了原理验证 还需要螺旋桨实现配平 尚未充分挖掘出摆线桨全向矢量推力的优势 在实用化方面还需要开展进一步的研究工作