無(wú)人機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展預(yù)測(cè)

無(wú)人機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展預(yù)測(cè)

1能源與動(dòng)力技術(shù)

無(wú)人機(jī)采用的推進(jìn)系統(tǒng)形式要比有人飛機(jī)多，采用的能源與動(dòng)力類型各異，包括：傳統(tǒng)

的小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、小型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)、小型渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)、活塞發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)以及電池

組、太陽(yáng)能電池、燃料電池、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、定向能及核同位素等。不同用途的無(wú)人機(jī)對(duì)

動(dòng)力裝置的要求不同，但都希望動(dòng)力裝置燃油經(jīng)濟(jì)性好、重量輕、體積小、可靠性高、成本

低、使用維修方便。從經(jīng)濟(jì)因素、可靠性等方面考慮，現(xiàn)階段無(wú)人機(jī)均采用技術(shù)成熟的活塞、

渦扇、渦噴、渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)或在這些發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)適合于低空

低速中小型、長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)；渦扇、渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)適合于高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)以及無(wú)人作戰(zhàn)機(jī),

這類發(fā)動(dòng)機(jī)油耗低，發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸、重量和推力能與無(wú)人機(jī)達(dá)到較好的匹配；渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)適合

于低成本、短壽命、高機(jī)動(dòng)的靶機(jī)或自殺攻擊類無(wú)人機(jī)。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看,單純對(duì)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改型并不能完全滿足無(wú)人機(jī)對(duì)飛行速度、高速、

續(xù)航性能等指標(biāo)的要求，開發(fā)適合于無(wú)人機(jī)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)十分必要，尤其是中小推力的大涵

道比、小尺寸核心機(jī)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，這類發(fā)動(dòng)機(jī)將是未來(lái)無(wú)人機(jī)動(dòng)力裝置發(fā)展的重點(diǎn)。此外，

開展太陽(yáng)能、燃料電池、液氫燃料系統(tǒng)等新型能源的應(yīng)用研究，可為無(wú)人機(jī)提供更高效的動(dòng)

力源。新能源無(wú)人機(jī)如圖3所示。

圖3太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)

2無(wú)人機(jī)平臺(tái)技術(shù)

(1)高效氣動(dòng)力技術(shù)。

無(wú)人機(jī)在氣動(dòng)力設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)理念方面與有人機(jī)存在較大差別。有人機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)通常

以航程、速度作為優(yōu)先優(yōu)化目標(biāo),然而無(wú)人機(jī)通常以航時(shí)作為優(yōu)先優(yōu)化目標(biāo)。無(wú)人機(jī)尺寸小、

速度低，存在低雷諾數(shù)條件下的高升力、高升阻比、高續(xù)航因子設(shè)計(jì)要求。高效氣動(dòng)力技術(shù)

是提高無(wú)人機(jī)性能的重要技術(shù)途徑。

(2)隱身技術(shù)。

提高無(wú)人機(jī)的生存能力的關(guān)鍵就是降低其可探測(cè)性。隨著材料、電磁學(xué)、熱力學(xué)、空氣

動(dòng)力學(xué)等學(xué)科的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)也將應(yīng)用于無(wú)人機(jī)的隱身設(shè)計(jì)中，具體包括以

下幾個(gè)方面。

外形隱身技術(shù)。采用翼身高度融合的無(wú)尾飛翼布局、內(nèi)埋式進(jìn)氣道、二維噴管等設(shè)計(jì)技

術(shù)可有效降低雷達(dá)反射面積和紅外特征，提高無(wú)人機(jī)的隱身能力。

等離子體隱身技術(shù)。理論和試驗(yàn)研究表明，等離子體技術(shù)是隱身技術(shù)發(fā)展的新方向之一,

飛行器上安裝的等離子發(fā)生器所產(chǎn)生的等離子體能對(duì)飛行器關(guān)鍵部位進(jìn)行遮擋，并對(duì)雷達(dá)照

射進(jìn)行吸收，從而實(shí)現(xiàn)飛行器隱身。目前，這項(xiàng)技術(shù)在研究中暴露出了很多問題，仍有待解

決。

主動(dòng)隱身技術(shù)。主動(dòng)隱身技術(shù)是根據(jù)照射到飛行器上的電磁波頻率、入射方向等，利用

機(jī)載有源射頻發(fā)射裝置主動(dòng)地發(fā)射與散射回波相位相反、幅度一致的電磁波，實(shí)現(xiàn)與散射回

波的對(duì)消。目前，主動(dòng)隱身技術(shù)尚處于理論與試驗(yàn)研究階段，但隨著隱身技術(shù)的發(fā)展，特別

是飛行器近場(chǎng)散射特性技術(shù)、ESM（電子支援措施）等技術(shù)的發(fā)展，主動(dòng)有源對(duì)消隱身技術(shù)必

將成為未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。

（3）氣動(dòng)彈性技術(shù)。

為追求長(zhǎng)航時(shí)性能，無(wú)人機(jī)通常采用大展弦比布局以盡可能提高升阻比（如一些無(wú)人機(jī)

展弦比達(dá)到30以上），采用輕量化機(jī)體結(jié)構(gòu)降低飛行重量。但大展弦比布局、輕量化結(jié)構(gòu)

與機(jī)體強(qiáng)度和剛度要求會(huì)產(chǎn)生突出矛盾。

（4）氣動(dòng)載荷設(shè)計(jì)技術(shù)。

滯空型無(wú)人機(jī)一般飛行速度較低、翼載小、升力大，對(duì)于同樣強(qiáng)度的陣風(fēng)，無(wú)人機(jī)陣風(fēng)

載荷比有人機(jī)大得多。無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度一般需要將陣風(fēng)載荷作為主要的設(shè)計(jì)工況，而陣風(fēng)載

荷大小決定了無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度。如果以現(xiàn)有輕型飛機(jī)、通用飛機(jī)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行

無(wú)人機(jī)載荷設(shè)計(jì)，無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)將付出很大的代價(jià)。以輕量化結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，綜合無(wú)人機(jī)氣動(dòng)力

特性、無(wú)人機(jī)飛行控制操縱方式、無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)壽命等因素開展無(wú)人機(jī)氣動(dòng)載荷設(shè)計(jì)技術(shù)是提

高無(wú)人機(jī)綜合性能的重要技術(shù)途徑。

（5）復(fù)合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)。

無(wú)人機(jī)以復(fù)合材料結(jié)構(gòu)為主，不同類型的無(wú)人機(jī)對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有不同的要求，如大型

無(wú)人機(jī)主要對(duì)大尺寸、全復(fù)材結(jié)構(gòu)有較高要求，而小型無(wú)人機(jī)對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的要求是低成

本、快速加工制造、快速修復(fù)等。

3自主控制技術(shù)

根據(jù)無(wú)人機(jī)自主控制的定義和內(nèi)涵,無(wú)人機(jī)自主控制的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)該包括態(tài)勢(shì)感知技術(shù)、

規(guī)劃與協(xié)同技術(shù)、自主決策技術(shù)以及執(zhí)行任務(wù)技術(shù)4個(gè)方面。

(1)態(tài)勢(shì)感知技術(shù)。

實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自主控制必須不斷發(fā)展態(tài)勢(shì)感知技術(shù)，通過(guò)各種信息獲取設(shè)備自主地對(duì)任務(wù)

環(huán)境進(jìn)行建模，包括對(duì)三維環(huán)境特征的提取、目標(biāo)的識(shí)別、態(tài)勢(shì)的評(píng)估等。

(2)規(guī)劃與協(xié)同技術(shù)。

規(guī)劃與協(xié)同技術(shù)涉及兩個(gè)方面的技術(shù)：路徑規(guī)劃和協(xié)同控制。這兩個(gè)方面相互依托，互

相聯(lián)系。

無(wú)人機(jī)路徑規(guī)劃與重規(guī)劃能力是無(wú)人機(jī)自主控制系統(tǒng)必須具有的，即系統(tǒng)可以根據(jù)探測(cè)

到的態(tài)勢(shì)變化，實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)地規(guī)劃、修改系統(tǒng)的任務(wù)路徑，自動(dòng)生成完成任務(wù)的可行飛行

軌跡。自主飛行無(wú)人機(jī)典型的規(guī)劃問題是如何有效、經(jīng)濟(jì)地避開威脅，防止碰撞，完成任務(wù)

目標(biāo)。

未來(lái)無(wú)人機(jī)的工作模式包括無(wú)人機(jī)單機(jī)行動(dòng)和多機(jī)編隊(duì)協(xié)同，協(xié)同控制技術(shù)主要包括：

優(yōu)化編隊(duì)的任務(wù)航線、軌跡的規(guī)劃和跟蹤、編隊(duì)中不同無(wú)人機(jī)間相互的協(xié)調(diào)，在兼顧環(huán)境不

確定性及自身故障和損傷的情況下實(shí)現(xiàn)重構(gòu)控制和故障管理等。

(3)自主決策技術(shù)。

對(duì)于復(fù)雜環(huán)境下工作的無(wú)人機(jī),必然要求具有較強(qiáng)的自主決策能力，以適應(yīng)未來(lái)的需要。

自主決策技術(shù)需要解決的主要問題包括：任務(wù)設(shè)定、編隊(duì)中不同無(wú)人機(jī)協(xié)調(diào)工作、機(jī)群的使

命分解等。

（4）執(zhí)行任務(wù)技術(shù)。

無(wú)人機(jī)自主控制發(fā)展的最終目的是使它對(duì)環(huán)境和任務(wù)的變化具有快速的反應(yīng)能力。無(wú)人

機(jī)自主控制應(yīng)該具有開放的平臺(tái)結(jié)構(gòu)，并面向任務(wù)、面向效能包含最大的可拓展性。先進(jìn)的

無(wú)人機(jī)自主控制應(yīng)當(dāng)提供編隊(duì)飛行、多機(jī)協(xié)同執(zhí)行任務(wù)的能力。

4網(wǎng)絡(luò)化通信技術(shù)

目前的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)作為相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)只在局域使用，未來(lái)的戰(zhàn)場(chǎng)在同一空域?qū)⒊涑庵?/p>

各種功能、各種類型的無(wú)人機(jī)與戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī)。無(wú)人機(jī)之間、無(wú)人機(jī)與有人機(jī)之間、無(wú)人

機(jī)與地面作戰(zhàn)系統(tǒng)必須進(jìn)行有機(jī)協(xié)調(diào)，使無(wú)人機(jī)都成為“全球信息柵格”的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)

無(wú)人機(jī)與其他無(wú)人機(jī)或指揮控制系統(tǒng)之間的互聯(lián)、互通、互操作。

針對(duì)無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)、協(xié)同作戰(zhàn)以及網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)的應(yīng)用需求，應(yīng)突破無(wú)線寬帶分布式動(dòng)

態(tài)多址接入、實(shí)時(shí)魯棒的寬帶傳輸、數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)頑存等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建無(wú)人機(jī)集群數(shù)據(jù)鏈自

適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)體系，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、寬帶、安全的無(wú)人機(jī)集群數(shù)據(jù)鏈提供技術(shù)支撐。

針對(duì)無(wú)人機(jī)寬帶網(wǎng)絡(luò)多跳中繼動(dòng)態(tài)變化、節(jié)點(diǎn)容量受限問題，需要將網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)與路

由技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)選擇編碼機(jī)會(huì)最大的路徑進(jìn)行傳輸、優(yōu)化基于網(wǎng)絡(luò)編碼的節(jié)點(diǎn)接入策略、

多跳網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間信息交換傳輸策略，在不增加時(shí)延的情況下提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的大

容量傳輸。

5多任務(wù)載荷一體化、平臺(tái)/任務(wù)載荷一體化技術(shù)

有效載荷是無(wú)人機(jī)執(zhí)行偵察、監(jiān)視、電子對(duì)抗、打擊、戰(zhàn)效評(píng)估任務(wù)的關(guān)鍵因素，應(yīng)用

于無(wú)人機(jī)的有效載荷包括通用傳感器（光電、雷達(dá)、信號(hào)、氣象、生化）、武器、貨物（傳單、

補(bǔ)給品）等。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能不僅僅對(duì)任務(wù)載荷本身性能有較高的要求，而且必須滿足

無(wú)人機(jī)尺寸、重量、功耗、隱身等裝機(jī)要素約束以及成本要求。隨著電子、通信、計(jì)算機(jī)等

技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)的傳感器技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

多光譜/超光譜探測(cè)技術(shù)。該技術(shù)可探測(cè)可見光和紅外區(qū)域的幾十個(gè)甚至幾百個(gè)頻段，

它利用檢測(cè)低反差目標(biāo)的雜波抑制和光譜識(shí)別可以降低誤判率,極大提高了目標(biāo)識(shí)別和探測(cè)

的準(zhǔn)確性，常用于探測(cè)隱蔽或普通偽裝的目標(biāo)。

先進(jìn)的合成孔徑雷達(dá)技術(shù)。相對(duì)于光電/紅外探測(cè)系統(tǒng)，合成孔徑雷達(dá)能在夜間以及能

見度低的惡劣天氣條件下工作，以高分辨率進(jìn)行大范圍成像偵察，但其設(shè)備重量和功耗均較

大，只適合于大型無(wú)人機(jī)裝載使用。隨著輕型天線和緊湊信號(hào)處理裝置等技術(shù)的進(jìn)步，合成

孔徑雷達(dá)有向小型化發(fā)展的趨勢(shì)，并可裝備于中小型的戰(zhàn)術(shù)無(wú)人機(jī)