美国“神剑”垂直起降高速无人机
- 来源:轻兵器
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- 发布时间:2010-01-19 11:05
2006年初，美海军陆战队最先向武器研发机构提出了研制一种新型垂直起降无人机的要求。他们希望这种新型无人机不仅可以在空间有限的军舰甲板或其他复杂地形下完成起降动作，而且还能有较高的飞行速度，以便及时对已发现的敌方目标实施火力打击。在这种背景下，美国极光飞行科学公司开展了名为“神剑”的新一代无人机的研制工作。
独特的气动外形和混合动力系统
极光飞行科学公司在研制“神剑”无人机之初就为其设计了与众不同的气动外形和一套复杂的电、涡混合动力系统，从而保证了其具有独特的飞行能力和突出的作战能力。
“神剑”无人机的气动外形十分特别，整体呈不常见的“T”字形布局，有一对很少见的与机身垂直的尾翼。无人机机身长约7m，机身高约2.1m，翼展为6.4m，自身质量约1180kg，最大飞行速度在550～852km/h之间(根据飞行高度的不同而不同)，最大飞行高度可达12km。该无人机设计的最大有效载荷为545kg(此时需采用短距起飞方式)，机翼下方有4个武器外挂架。
“神剑”无人机的动力系统较一般的无人机要复杂得多。首先，“神剑”无人机的动力系统由4部分组成，分别是：布置在无人机前端机头部位的一部涵道风扇、布置在无人机左右翼尖上的两部涵道风扇及布置在无人机中央部位的一台可倾转的涡扇发动机(美国威廉姆斯公司产品)。
其次，“神剑”无人机的动力系统为电、涡混合式的动力输出方式。位于无人机前端和左右两翼翼尖上的涵道风扇由安装在无人机机身上的锂电池组供电，均为直流电驱动式风扇；而无人机中央部位可倾转的涡扇发动机则使用传统的航空煤油作为燃料，燃料箱位于无人机的中部下方。“神剑”无人机正是在这套复杂的混合动力系统的驱动下，实现了垂直起降和高速飞行。其具体运作是这样的：当“神剑”无人机进行垂直起飞时，机身前部和两翼翼尖处的3部电驱动式风扇一同作用，为无人机提供1/3的起飞升力，而剩余2/3的起飞升力来自机体中央可倾转的涡扇发动机，该发动机的尾喷口在起飞时转为垂直于地平面。而在“神剑”无人机垂直上升到指定高度后，安装在翼尖两侧的涵道风扇停止工作并缩回机翼中，以减小整个无人机的气动阻力，有利于提高飞行速度。与此同时，安装在机体中央的可倾转涡扇发动机将进气口转向无人机的机头方向，为无人机向前高速飞行提供推力。
“神剑”无人机在进行垂直降落时的情况与起飞时正好相反。垂直降落时，无人机先放出翼尖两侧的涵道风扇并使其开始运转，接着机体中央的发动机将尾喷口逐渐转向垂直于地平面。此后，在所有动力系统的联合作用下，实现缓速垂直着陆。
另外值得一提的是，“神剑”无人机的机身下方安装有带起降轮的三点式起落架，因此，在有条件的情况下，“神剑”无人机也可以进行常规的短距离滑跑式起飞和降落。
先进的飞行控制与导航系统
在长期从事无人机的研制工作过程中，极光飞行科学公司发现，在作战和军事演习中有半数无人机是因为后方操控人员的失误而坠毁。因此，为了使“神剑”无人机如此复杂的动力系统实现协调运作，极光飞行科学公司为其加装了美国航空和军事承包商罗克韦尔·柯林斯公司最新研制的雅典娜一511型飞行控制与导航系统。该系统是专门为军用无人机量身定做的一种飞行姿态控制及精确导航集成系统，自动化、智能化的程度非常高，能够自主测量、处理、输入控制“神剑”无人机在进行飞行机动时所需的各种参数，从而实现无人机在完全自主控制的情况下，进行准确的横滚、俯仰等空中机动。
雅典娜－511系统甚至还可以智能控制无人机进行十分复杂的飞行动作，如在无人工干预的情况下，控制无人机垂直起降时的飞行姿态及发动机输出功率的实时调整等。这样，无人机的后方操控人员就可以专心寻找和打击目标，而不必再为无人机的飞行姿态而分神，保障了无人机在空中的安全性。
另外，雅典娜－511系统还集成有飞行导航系统，该系统内置有高精度战术级惯性测量装置(陀螺仪)、GPS导航仪及多个用于采集大气数据、压力、空速、气流角度的传感器。因此，可以在飞行速度小于1204km/h的情况下，为无人机提供飞行速度、飞行高度及精确的三维坐标信息等等。
据罗克韦尔·柯林斯公司研发人员介绍，雅典娜－511系统是该公司的上一代雅典娜－311和雅典娜－411的升级版。而雅典娜－311和雅典娜－411曾分别在意军的“天空X”型无人机和美军的“捕食者－B”型无人机上服役过，并受到意、美军方的好评。最新研制的雅典娜－511是该公司基于雅典娜－311和雅典娜－411的成熟技术和成功经验，在最短时间内为军用客户打造的新一代低成本、高可靠性的无人机飞行控制与导航系统。
代表下一代无人机的发展趋势
目前，“神剑”无人机刚刚进入原型机的初步试验阶段，极光飞行科学公司似乎还没有最终确定该无人机将使用什么样的机载雷达及火控设备。不过据称，具有价格低、质量轻、威力大、精度高等优点的GBU-40高精度弹药将成为“神剑”无人机的首选弹药之一。当然，“神剑”无人机在服役后也可以外挂像AGM-U4“地狱火”空对地导弹、Hydra-70型无制导火箭弹、GBU-29、GBU-32、GBU-38等一系列美军现役的空对地攻击型武器装备。
“神剑”无人机无疑代表了下一代无人机的一种发展趋势。可以想像，在“神剑”系列垂直起降无人攻击机正式装备美军基层部队后，在山地、城市、丛林等特种作战中，美军更将如虎添翼。
编辑刘兰芳
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