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中國航母無人機需五大技術 發動機仍是瓶頸

http://www.chinareviewnews.com   2013-08-30 00:40:51  


現在各國曝光的無人戰鬥機外形都大同小異,圖為法國“神經元”無人戰鬥機。
 
  從美國X-47B、英國“雷神”和法國“神經元”這幾種無人戰機對比來看,機背埋入式進氣道+飛翼設計,幾乎成為了這類無人作戰飛機的共同選擇。根據美國一些媒體的猜測,中國沈飛也在發展中國的重型無人攻擊機項目,而且外形與美國的X-47B 類似,近期將可能進行飛行測試。2011年9月,在中國航空工業集團舉行的無人機模型競賽上,沈飛除了首次曝光了殲-31戰鬥機的模型之外,還推出了一款新型飛翼式無人攻擊機“天弩”的模型。因為“天弩”的外形與美國X-47B 類似而引起了廣泛的關注。美國軍事專家理查德 費舍爾表示,從外表上看,這種無人機與美國諾斯羅普-格魯曼公司生產的X-47B 無人機以及波音公司生產的“幻影線”無人機應屬同一個等級。據此美國有分析家也在猜測沈飛正在設計一款無人攻擊機,翼展為15米,機身長度為11米,採用與波音公司“幻影線”無人機類似的飛翼式布局。再聯繫沈飛在以前珠海航展上推出的“暗劍”無人戰鬥機模型,可以看出沈飛在無人作戰飛機領域的雄心壯志。在中國已經具備設計第四代戰機的基礎上,結合國內強大的飛行設計隊伍和風洞測試平台,完全具備開發隱身飛翼式無人戰鬥機的能力,甚至中國的軍工設計人員還有可能將一些有中國特色的創新融合到艦載無人戰鬥機的設計上。

  當然,氣動外形的設計只是研發艦載無人戰鬥機第一步。第二是先進飛控技術。到了這一步,才真正觸及無人戰鬥機的技術難點。早期的無人機是遙控駕駛飛行器,它是由地面遙控飛行的,它的飛控系統相對簡單的多;隨著相關技術的不斷發展,使開發全自主飛行的無人機已成為可能。任務越複雜的無人機,飛控難度就越高。而航母艦載無人戰鬥機飛控技術,無疑代表了這一領域的“皇冠上的寶石”。

  航母艦載無人戰鬥機飛控技術挑戰貫穿於起飛、巡航、作戰、返航和降落的全過程。從起降上來看,艦載無人戰鬥機要在移動和起伏的航母平台上依靠電磁彈射器起飛,和在陸地機場起飛有很大的差別。在彈射階段,飛控的作用還不是特別大,畢竟對於有人艦載機來說,彈射階段飛行員的操作也很少。關鍵在於彈射出去後該怎麼辦。艦載無人機一旦彈射出去,其飛控設備必須準確地知道自己速度、位置和高度的精確數值,從而為控制姿態提供依據。這裡面就涉及到無人機的精確定位和測高、測速手段。同時,飛控系統還要應對外界氣象條件如側風對自身飛行的干擾。在獲得自身和外界的狀態後,無人機的飛控計算機必須馬上控制發動機和飛行舵面,控制無人機成功起飛離艦,然後根據預定的航線向作戰區域前進。

  在巡航狀態中,過去傳統的無人機飛行航路是由地面人員根據環境信息和飛行要求手工或者軟件設計出來,在無人機沒有起飛的時候裝載到無人機飛控中。這種方式無人機飛行航路在起飛前已經固化。然而艦載無人戰鬥機的任務要複雜的多,完全有可能像有人艦載戰鬥機那樣,臨時受領新的任務從而前往另外一個目標空域。因此艦載無人戰鬥機的飛控設備具有在空中調整航路的功能。而無人機臨時調整航路,則是要通過傳感器對環境變化的反饋更新後,飛控計算機要在相應時間內根據一系列算法對航路進行規劃設計。無人機實時航路規劃是無人機集群配合、集群戰術再規劃、集群戰術目標再制定等高級自主飛行的技術基礎,是提高無人機的生存概率的一種最有效的手段。美國國防部2005年8月8日發布的最新版的無人機路線圖,將無人機實時航路規劃技術作為2005-2015年的重大研究課題被列出。很多媒體認為X-47B是能夠自主作戰的機器人戰機,但實際上現有無人作戰飛機智能還沒有那麼高,其所謂的“智能”更多是自主航線設計和自主攻擊。

  無人戰機的作戰狀態,對飛控系統提出了更高的要求。無論是空中格鬥作戰還是對敵攻擊,無人戰機平台本身和目標都處於高度運動之中。飛控系統要能夠根據迅速變化的戰場環境,合理控制無人戰機的空中機動態勢,能夠滿足作戰中大迎角、超機動、超低空飛行等非常規控制的要求。和有人戰鬥機相比,無人戰鬥機的飛控系統就不是簡單的輔助飛行員操縱飛行員,而是要融合各種機載設備,從導航系統估計無人機的位置速度和姿態,在依靠制導系統處理無人機的軌跡,從而實時輸出下一步的航線,同時控制系統在產生舵面信號控制無人機的姿態和速度,最終實現空中三維空間達到甚至超過有人戰機的飛行性能。同時,對於無人戰鬥機,還需要考慮作戰中飛行器戰傷處理的問題。作戰導致戰機受損,是不可避免的,但飛行員操控受傷戰機,具有人機合一的特點,不僅看儀表和各種指示,更依靠對飛機的直接接觸,包括感官和軀體的親身感覺,以及飛行經驗。而無人戰鬥機的飛控設備要完全要依據來自飛行器上各種檢測裝置的數據,來做出“判斷”,並能夠進行自動處理損傷或者故障排除。

  返回航母降落,無論是對於有人戰鬥機還是無人戰鬥機,都是事故率最高的環節。美國X-47B先是通過安裝有X-47B無人機的全套航空電子設備和軟件系統的F/A-18D“替代機”在“艾森豪威爾”號上成功完成攔阻著陸,然後又在2013年7月10日成功實現在布什號航母上成功著陸,但緊接著又組織兩次試降,結果“好運不在”,均以失敗告終,可見無人機航母降落的技術難度。美國的做法是使用高精度的精密GPS全球定位系統,來實現無人戰機在航母上降落。但中國一方面難以使用美軍的高精度GPS信號,另外即使中國的未來的北斗系統堪用,衛星導航在戰時受到干擾的可能性也非常大。因此中國未來的艦載無人戰鬥機,除了使用衛星導航之外,必須在飛控系統中融合“視覺引導技術”,也就是利用機載紅外或者可見光傳感器獲得圖像,通過圖像處理得到無人機導航定位姿態參數,來實現在航母上的安全降落。
 


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