無人機的起飛.doc

你也許以為無人機的起飛與著陸方式和人駕駛飛機一樣，借助于機場的跑道，靠收放起落架起降吧！其實不然，無人機的起飛與著陸有許多獨特之處。 一、兩大“難關(guān)” 你可知道，有人駕駛飛機的起飛與著陸是飛機中兩大“難關(guān)”。有人統(tǒng)計，在飛機的起飛與著陸過程中，造成機毀人亡的事故占飛行事故的60%以上。其中又以著陸事故為甚。 就以著陸為例：在空中盤旋的飛機必須對準(zhǔn)幾十米寬的跑道，按一定的下滑線下滑，才有可能落地。在下滑過程中，飛行員還要修正風(fēng)的影響，調(diào)整飛機姿態(tài)和速度。在落地前的一瞬間，飛行員需要測量飛機的離地高度。在距地面半米的高度上，飛行員讓飛機“失速”，飛機才能安全輕柔的落到地面。 可以想象，如果目測的高度高，飛機“摔”行重，目測的高度低，飛機會“撞”到地上。如此復(fù)雜的操縱和準(zhǔn)確的判斷只能在二十幾秒的時間里完成。這要求飛行員具有高超、嫻熟的操作技術(shù)。飛行員的起落動作往往要經(jīng)過嚴格的考核。一般情況下，新飛行員幾天不飛，再飛就得帶飛，待起落動作檢查合格后，才能放單飛。此外，有人駕駛飛機的起落系統(tǒng)(起落架)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且笨重。它包括左右主機輪、液壓收放裝置、應(yīng)急收放裝置、緩沖減震裝置等。 對無人機來說，起飛和著陸也是飛行中的兩大“難關(guān)”。雖然無人機也可以借助于機場跑道，靠收放起落架起飛和著陸，但是由于機上無駕駛員，對指揮站的操縱人員和機上設(shè)備的要求就更高了?？v覽無人機的發(fā)展歷史，可以說設(shè)計人員一直在致力于縮小尺寸，減輕重量，簡化系統(tǒng)，降低成本，重復(fù)使用和擴大用途等方面的工作，并絞盡腦汁尋求適合各種無人機的起飛和著陸方式，研制各種起飛裝置和回收系統(tǒng)。為了更加穩(wěn)妥，在無人機的起飛和回收飛行段，均使用無線電遙控方式，置無人機于指揮站操縱人員的直接控制之下。 二、無人機的起飛 1.母機投放。母機投放是由有人駕駛轟炸機、攻擊機或運輸機，把無人機帶上天，在適當(dāng)?shù)牡胤酵斗牌痫w的方法，也稱空中投放。這種方法簡便易行，運用靈活，成功率高，并可增加無人機的航程。 用來掛載無人機的母機需要做適當(dāng)?shù)母难b，如在翼下增加若干個掛架，機內(nèi)增設(shè)檢測操作臺和通往無人機的油路、氣路和電路。不過，改裝工作量并不大，增加的設(shè)備易于裝拆，能迅速恢復(fù)母機的作戰(zhàn)或運輸功能。實際使用時，母機可以把無人機帶到任何需要的地方，而這些地方往往不具備使用其他起飛方式的可能性。如果投放前的一瞬間，任務(wù)有所變化，或者“戰(zhàn)區(qū)”的天氣突然惡化，可以集合母機帶無人機返航或空中待命。 2.火箭助推。借助固體火箭助推器的“一臂之力”，無人機從發(fā)射架上起飛的方法稱火箭助推。固體火箭助推器就是一部固體燃料火箭發(fā)動機。這種起飛方法是現(xiàn)代戰(zhàn)場上使用較多的機動式發(fā)射起飛方法。某些小型無人機也可不用火箭助推器，而由壓縮空氣彈射器彈射起飛。 無人機的火箭助推發(fā)射裝置由裝有導(dǎo)軌的發(fā)射架、發(fā)射控制設(shè)備和車體組成，由幾名發(fā)射操作手操作。發(fā)射時，固體火箭助推器點火，同時無人機的發(fā)動機也點火并開足馬力，無人機從導(dǎo)軌后端，沿導(dǎo)軌加速滑動至端。無人機離開導(dǎo)軌時，一般速度只達1040米每秒。所以離軌后，固體火箭助推器繼續(xù)幫助無人機加速成，直至機上舵面產(chǎn)生的空氣動力能夠操縱并穩(wěn)定無人機的速度時，火箭助推器的任務(wù)就完成了，并自動脫離。以后，無人機便靠自己的發(fā)動機維持飛行速度離。固體火箭助推器從點火到自行脫離的時間一般只有13秒。 火箭助推發(fā)射起飛裝置可以裝車、裝船，其展開和撤收迅速、簡便，所需的發(fā)射場地很小，適合在前沿地區(qū)、山區(qū)或船上使用。不過，發(fā)射起飛時，無人機要承受很在的軸向過載(過載表述物體受力的大小，它等于物體在某個方向受到的力與它自身重量之比)。因此，要求機上設(shè)備能經(jīng)受住大過載和發(fā)射時的強烈震動。對于裝超音沖壓噴氣發(fā)動機的無人機，火箭助推是唯一可行的起飛方法，因為這種發(fā)動機要有一定的速度才能起動。 3.坐“椅”升空。你見過病人用的輪椅嗎？它代替病人的雙腿走路。病人坐在上面操縱它向前、向后或轉(zhuǎn)彎。如果給無人機配上“輪椅”，讓它坐在“輪椅”上，驅(qū)動并操縱“輪椅”在跑道上迅速滑跑，當(dāng)速度增大時，作用到無人機的升力也增大，當(dāng)升力足夠大時，無人機便可騰空而起。 無人機用的“輪椅”叫做起飛跑車。有一種起飛跑車，車上無動力，靠無人機的發(fā)動機推動。在滑跑過程中，如果偏離了跑道中線，機上的航向控制系統(tǒng)會自動發(fā)出信號，操縱起飛跑車使其在史道中線上滑跑。當(dāng)速度接近無人機離地速度時，機上的自動控制系統(tǒng)會發(fā)出信號，無人機做好離地準(zhǔn)備，如放下襟翼(襟翼的作用是增大機翼的彎度，提高最大升力系數(shù))。 “抬”起機頭。一旦速度達到“無人機起飛跑車”一起騰空而起。不過，它們剛一離地，無人機便拋棄它的伙伴獨自升空而去。起飛跑車落到地上，繼續(xù)滑行一段，便停了下來。另有一種起飛跑車裝有自操縱系統(tǒng)，它載著無人機自動。地在跑道上滑跑，并掌握無人機離地時機，還可向發(fā)射操作人員顯示工作狀況，出故障時自動采取應(yīng)急措施。 坐“椅”升空起飛方法的優(yōu)點是：可選用現(xiàn)成的機場條件起飛，無需復(fù)雜而笨重的起落架裝置，起飛跑車結(jié)構(gòu)比較簡單，比其他起飛方法更經(jīng)濟。不過，只有裝渦輪噴氣發(fā)動機或活塞式發(fā)動機的無人機才可用這種起飛方式。 還有一種起飛跑車，不在寬闊的機場路道上滑跑，而是在專用的環(huán)形跑道上滑跑。用一條鋼索，一頭連在起飛跑車上，一頭連在位于環(huán)形跑道中央的地樁子上。起飛跑車在環(huán)形跑道上繞樁子旋轉(zhuǎn)、加速。當(dāng)速度大到足以使無人機升空時，無人機就離地而起了。這種起飛跑車結(jié)構(gòu)更為簡單，不用擔(dān)心因偏離跑道造成“翻車”的危險。不過，因受力的緣故，需特殊設(shè)計“車”與“機”之間的分離機構(gòu)，還需修筑專用環(huán)形跑道。 4.垂直起飛。無人機還可以利用直升機的起飛原理垂直起飛。這種無人機裝一副能旋轉(zhuǎn)的翼面旋翼(一般24片槳葉)，依靠旋翼支持其重量的升力和使其前飛的推力。它們可在空中飛行、懸停和垂直著陸。 三、無人機的著陸 多數(shù)無人機是可以多次使用的，稱為可回收的無人機。也有的無人機只使用一次，只起不落，稱為不可回收的無人機。無人機的回收方式多種多樣，回收技術(shù)仍在不斷改進之中。 1.脫“殼”而落。這里講的回收，是指只回收無人機上有價值的那一部分，如照相艙等。這種方法不多用，原因是回收艙與無人分離并不容易，被拋棄的無人機造價并非那么便宜。 美國的GTO30型高空超音速無人機偵察機就利用這種回收方法。當(dāng)它完成偵察任務(wù)，返回到基地上空時，便彈出照相艙。照相艙自動打開降落傘，徐徐下落，機體部分便自行墜毀。 2.網(wǎng)捕而歸。像張網(wǎng)捕捉麻雀那樣，用網(wǎng)回收返航的無人機是近年來小型無人機常用的回收方法。網(wǎng)式回收系統(tǒng)一般由回收網(wǎng)、能量吸收裝置和自動引導(dǎo)設(shè)備組成。回收網(wǎng)有橫網(wǎng)和豎網(wǎng)兩種不同的架設(shè)形式。能量吸收裝置與回收網(wǎng)相連，其作用是把無人機撞網(wǎng)的能量吸收掉，免得無人機觸網(wǎng)后跳來跳去，以致?lián)p壞。自動引導(dǎo)設(shè)備通常是一部置于網(wǎng)后方的電視攝像機，或裝在回收網(wǎng)架上的紅外接收機，由它們及時向指揮站報告無人機返航路線的偏差。 當(dāng)無人機返航時，地面指揮站命令它以小角度下滑，最大速度不得超過120公里每小時。操縱人員通過電視監(jiān)視器監(jiān)視無人機的飛行，并根據(jù)地面電攝像機拍攝的圖像，或紅外接收機接收到的無人機信號，確定返航路線的偏差，然后半自動地控制無人機機動，對準(zhǔn)地面攝像機的瞄準(zhǔn)線，飛向回收網(wǎng)。 3.乘傘而降。用降落傘回收無人機是普遍采用的回收方法。無人機用的回收傘與傘兵用傘、空投物資用傘不無兩樣，而且開傘程度也大致相同。值得提及的是，在主傘張開時，開傘程序控制設(shè)備必須操縱傘帶，使無人機由頭朝下轉(zhuǎn)為水平位置下降，這樣可以保護無人機的要害部位在著陸觸地時不至損壞。 回收傘的面積由回收重量來決定，回收重量大，傘的面積也大。60年代，被我軍多次擊落的美國瑞安147型無人偵察機，其回收重量超過1000公斤，回收傘的面積達700多平方米。乘傘而歸的無人機可以在地面著陸、水上濺落或空中回收。 地面著陸時，無人機雖乘著大傘，但在觸地前的一瞬間，其垂直下降速度仍達58米每秒。由于沖擊過載較大，無人機觸地時常常會損壞。為此，無人機要裝某種減震裝置，例如充氣囊（墊）。觸地前，放出這種裝置，并由發(fā)動機供氣，起到緩沖作用。 在水上濺落，無人機受到的撞擊比地面著陸要小，但是必須迅速打撈、烘干，以免無人機沉入水中，或機體及內(nèi)部設(shè)備受腐蝕。 空中回收是指出動直升機在空中抓住無人機主回收傘上方的小傘，無人機則被吊在直升機下，帶回基地，然后輕放到地面。 傘降回收一般只適合小型無人機使用。對于較大型的無人機，由于傘降回收的可靠性不高，操縱較困難，損失率較高，尤其是空中回收要出動直升機，使用費用很高。美軍在60年代使用的無人偵察機均采用母機投放，降落傘和直升機空中回收。 據(jù)統(tǒng)計，其平均損失率占出機總架次的10%，其中大部分損失不是由于被擊毀，而是回收事故所致。主要原因在于傘的性能無法事先估計，受天氣、風(fēng)情的影響大。其次是回收的組織指揮工作不夠周密，直升機駕駛員技術(shù)水平不高。如今，雖然傘降回收技術(shù)已大大改進，但其損失率仍比其他方法高。 4.氣墊著陸。在無人機的機腹四周裝上“橡膠裙邊”，其中有一帶孔的氣囊，發(fā)動機把空氣經(jīng)管道壓入氣囊，壓縮空氣從氣囊中噴出，在機腹下形成高壓空氣區(qū)氣墊，氣墊能夠支托無人機貼近地面，使其不與地面發(fā)生猛列撞擊。70年代，人們發(fā)明了一批新型交通工具，如氣墊車、氣墊船，它們就是利用氣墊效應(yīng)離地面或水面騰空行駛的。 氣墊著陸的最大優(yōu)點是，無人機可以在未經(jīng)平整的地面、泥地、冰雪地或水上著陸，使用時不受地形條件限制。其次，大、小型無人機都可使用，回收率高，使用費用較低。 5.冒險迫降。有人駕駛飛機遇到起落系統(tǒng)出故障，或燃料用完回不到機場時，為保全飛機常采用迫降的辦法。迫降就是找一塊比較平坦、開闊、堅實的地方，用飛機腹部接地的一種迫不得已的著陸方法。迫降后的飛機不同程度地受到損傷，需要進廠修理。 某些無人機(大多是靶機)也采用這種方法著陸。不過，引導(dǎo)靶機“生還”的目的是為了回收一套貴重的自動控制設(shè)備和無線電電子設(shè)備，并不在乎機殼或發(fā)動機的損傷。利用這種“擦肚皮”的著陸方法，機上不裝任何著陸裝置，以降低靶機的成本。用這種方法著陸也要有一定條件，如天氣