返回首页
 
长航时无人驾驶直升机
 

  一种值得注意的长航时无人驾驶直升机 预计于今年10月在加利福尼亚州维克托维 尔附近已关闭的乔治空军基地进行首次飞行。这种直升机是弗罗梯尔系统公司A160无人驾驶直升机,打算在首飞中验证它30多小时的续航力。与这项计划有关的人士认为 续航时间可达到48小时或更长。这种直升 机的实用升限可达16764米,不加油航程可达 3700—5500公里。

   A160是亚伯拉罕·卡里姆的最新设计。 卡里姆先生的早期公司利丁系统公司是于80 年代中期成立的,它研制“琥珀”和“蚊子”固定翼无人驾驶飞机。“琥珀”机是在与国防高 级研究计划署(DARPA)签订的合同下生产 的,它以几种型别成功地进行了试验,证实了续航时间几乎达到30小时。它已证明非常 可靠。卡里姆正在用这种设计的几种先进型 别进行试验,其中一种能由管发射起飞并回 收到舰上。

  反映卡里姆思想方法的“琥珀”的特有特点是大多数飞机部件是由卡里姆工作队专门 制造的,这些部件包括发动机、推进器和航空电子设备。他招收必要的专家,给予他们工具研制独特的高性能硬件,这些硬件比标准设备轻和可靠。

  然而,利丁系统公司与美国国会授权接管所有无人驾驶飞机研究工作的美海军主管 的“联合计划办公室”(JPO)发生了矛盾。 DARPA被迫退出无人驾驶机管理事务,JPO 决定它不必为研究与发展工作拨款。如果 JPO起草了要求,工业部门就应为研究工作付费。问题是一些小公司不可能在这样的环境 中生存下来。

  最后,利丁系统公司被通用原子公司收购。“蚊子”无人驾驶机过去为美国中央情报 局生产,这样可以不管美国国会给予JPO的 垄断权。现在,JPO已成为历史,它是又一个 失败的无人驾驶机研究机构。现在美国唯一 在使用的无人驾驶飞机是由卡里姆的“蚊子” 发展来的“捕食者”。

  这时,卡里姆成立了弗罗梯尔系统公司。 1995年,弗罗梯尔公司设计了W570后掠翼无 尾无人驾驶飞机。虽然该机在T!er2十无人驾 驶飞机竞争中败给了“全球鹰”,但它使许多 观察家印象非常深刻。它有一定程度的隐身 性,能满足航程和续航时间的要求。制造了 1/3比例的W570原型机,据某些报道说,这 种无人驾驶机仍在出口销售。

  弗罗梯尔系统公司已进行了其他的计划,其中有研制组合式多传感器侦察吊舱。 然而,A160可能是它至今最基本的计划之一。 它现在根据1998年初与DARPA签订的合同 正在制造之中,它的目标是以快速度和低费 用飞行验证机,但其他部队和机构对于A160 在试验台试验中取得的进展表示越来越大的兴趣。

A160原理

  A160无人驾驶直升机在飞行高度和续航 时间方面大大超过其他直升机的惊人性能是 在重新研究了直升机的设计基础之后产生的。常规直升机的特性是旋翼在较窄的转速范围内旋转。旋翼工作转速一般定在允许的最高转速,因为这样可以减少前飞时前行桨 叶与后行桨叶之间的空速差。转速上限是这 样确定的,即在直升机设计巡航速度时前行桨叶桨尖速度应较多地低于M数1,一般为M数O.6,使桨叶处于亚音速范围内。

  因为常规旋翼是铰接式的并有挠性桨叶,所以旋翼工作转速范围狭窄。这样产生了非常复杂的动态振动图。设计者通过把旋 翼工作转速保持在一个转速范围内来减小振动,所以只要直升机升空飞行,旋翼就以100%的工作转速旋转。在直升机空速和重 量低于最大值时,旋翼转速就比需要的值高 很多。这降低了桨叶的升阻比并要求发动机发出较大的功率转动旋翼。

  A160无人驾驶直升机的旋翼转速可降低到它最大转速的40%。其桨叶像翱翔机机翼一样是尖削的,厚弦比从桨根到桨尖是变化的,以提高升阻比。为了解决振动问题,旋翼桨叶做得轻而刚硬,桨叶的挥舞、摆振和扭转 刚度从桨根到桨尖是逐渐减小的,所以桨尖比桨根挠性大。为了满足这种要求,桨叶采用了碳纤维结构,并利用计算机模拟以预定 旋翼振动特性。

  A160直升机旋翼是无铰和刚性的,桨叶相对桨毅的唯一运动是变距运动。旋翼产生的操纵力通过强度增加的主轴传到机体。与常规直升机旋翼比较,它直径大、桨盘载荷低,但最大升力相同。

  结果显著地提高了直升机低速和小重量 时的空气动力效率。又可以采用燃油效率高 的发动机,A160的验证机采用利丁系统公司 自己专门研制的高性能400马力活塞式发动 机。间歇燃烧发动机对于可变转速旋翼来说 比自由涡轮发动机好,因为后者转速调节范 围相当窄。 A160无人驾驶直升机不仅航程远 和续航时间长,而且最大飞行速度达259公 里/小1时。由于噪音与旋翼转速有关,所以 A160的噪音特别小。

试验与验证机

  弗罗梯尔系统公司修改了一架用过的罗 宾森R22轻型直升机,用于试验A160直升机 的自主飞行控制系统软件和硬件。这种控制 系统使得A160能在无飞行员操纵下安全飞 行。这架验证机在2000年2月的一次事故中坠毁,但它在自主控制下成功地飞行了215小时,这对于任何种类的垂直起落无人驾驶机来说都是了不起的成绩。一些潜在的用户已对这种飞行控制系统用于常规直升机表示了兴趣。

  A160独特的旋翼系统目前在维克托维尔地面试验台上试验。研制小组正在预先解决某些振动问题,但模拟表明振动被限制在一些分离的频段,剩下的工作范围清楚明确,并且范围大得足以提供良好阶性能。

  DAEPA希望原型机飞行200小时左右,一直试飞到2001年。这种无人驾驶直升机在情报、监视和侦察(SR)任务中有许多应用。这些应用将由部队和情报机构定义。

  例如美国海军正在寻求一种中等续航时间的无人驾驶飞机,并用非垂直起落无人驾驶机在舰上操作没有取得什么成功。由于A160直升机噪音低、航程远、尺寸小,所以它可能是特种作战中非常有用的武器。据 DARPA说,A160直升机技术似乎能针对不同大小和任务迅速方便地改变比例。由于它航程远,所以能自部署到大多数目的地,从而使 部署容易。

  如果A160无人驾驶直升机研制成功的话,它将突出说明了这样一种事实:突破性技 术不一定来自较大的公司企业。实际上,飞 机设计在工程、控制和模拟方面越来越依赖 于计算机,再加上大功率数据处理系统价格 下降,这些都使小公司比以前更具竞争力。