無人機平臺作為無人飛行器系統(tǒng)的重要組成部分,是無人機實現(xiàn)多種功能的基礎(chǔ)。追求高性能、多功能、智能化是無人機平臺設(shè)計永恒的主題。目前,一些國家都在投入大量人力物力開展研究,采用多種技術(shù)手段來提升無人飛行器平臺的技術(shù)水平。
先進(jìn)復(fù)合材料賽過鋼筋鐵骨
目前,無人機正進(jìn)入一個井噴式發(fā)展期,性能優(yōu)異、技術(shù)先進(jìn)、用途廣泛的新型無人機不斷被研制出來,而先進(jìn)復(fù)合材料具有重量輕、性能高、抗疲勞、耐腐蝕、可設(shè)計性強等特點,綜合性能賽過鋼筋鐵骨,既可以設(shè)計出輕質(zhì)高效的結(jié)構(gòu),又可以很容易在表面噴涂隱身涂層。
因此,將復(fù)合材料應(yīng)用于無人機結(jié)構(gòu)上,對減輕機身結(jié)構(gòu)重量、增加有效載荷、提高安全性和隱身性具有重要作用。
縱觀世界,中、高空無人偵察機、無人作戰(zhàn)飛機等,無一例外地大量使用了先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu),有些甚至是全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。因此,復(fù)合材料用量多少已成為國際上衡量無人機先進(jìn)性的標(biāo)志之一。
例如,美軍裝備的全球鷹高空長航時無人偵察機,其復(fù)合材料占整體結(jié)構(gòu)重量的65%。該無人機具有從美國本土起飛對全球任何地點進(jìn)行戰(zhàn)略偵察和戰(zhàn)術(shù)偵察的能力,而機身采用大量的復(fù)合材料為它減輕重量、增加載油量起到了很好的幫助。
模塊化設(shè)計實現(xiàn)蝙蝠俠變身
近年來,隨著無人機技術(shù)的進(jìn)步和設(shè)計水平的提高,模塊化設(shè)計思路在無人機上體現(xiàn)得越來越明顯,其目的是為了實現(xiàn)一機多能、平臺功能最大化。
無人機平臺模塊化設(shè)計可分為三個層次:單個設(shè)備即插即用、任務(wù)艙地板換裝及模塊化可重構(gòu)平臺。
單個設(shè)備即插即用,即對設(shè)備艙進(jìn)行模塊化設(shè)計,單個設(shè)備與結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計成標(biāo)準(zhǔn)化形式,根據(jù)任務(wù)需要,選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)備與結(jié)構(gòu)連接。
任務(wù)艙地板換裝是在單個設(shè)備即插即用的基礎(chǔ)上,將通用設(shè)備固化到無人機平臺上,根據(jù)偵察、校驗、中繼、打擊等不同任務(wù),將多個專用設(shè)備預(yù)先安裝到可拆卸的任務(wù)艙地板上,再考慮人機功效進(jìn)行任務(wù)艙地板和機體結(jié)構(gòu)接口設(shè)計。
當(dāng)無人機執(zhí)行任務(wù)時,只需極少的人員和工具就能快速將原有地板換裝成任務(wù)需要的地板,這種設(shè)計思路可以實現(xiàn)一機多能,適應(yīng)瞬息萬變的戰(zhàn)場態(tài)勢。
模塊化可重構(gòu)平臺是將無人機的機身、機翼、動力艙等進(jìn)行模塊化設(shè)計,根據(jù)執(zhí)行任務(wù)的類型更換機翼部件、動力艙和任務(wù)艙,通過主機身搭配不同的機翼、動力艙、任務(wù)艙來完成偵察、預(yù)警和打擊等不同目標(biāo)的任務(wù)。例如,近日法國萊曼無人機公司發(fā)布了一款與眾不同的L-A系列無人機。該無人機擁有蝙蝠俠系列的造型,并且采用了先進(jìn)的模塊化設(shè)計元素,L-A系列無人機的自動導(dǎo)航模塊、機翼部分和攝像機都可以拆卸更換,十分便于攜帶和運輸,其更新?lián)Q代也更加方便。
目前,中國航天科工集團(tuán)公司三院無人機技術(shù)研究所也根據(jù)市場需求和對無人機設(shè)計思路的轉(zhuǎn)變,正在開展新型模塊化無人飛行器平臺的研究工作。
智能化外衣助力自主飛行
如今,隨著人工智能和信息技術(shù)的發(fā)展,智能軍事裝備的帷幕已經(jīng)拉開?,F(xiàn)代無人機裝備了大量智能芯片,通過人工智能,實現(xiàn)了無人機的自主飛行、自主探測和自主決策。
除了設(shè)備智能化外,無人機平臺本身也正在朝智能化方向發(fā)展。目前,各國都在開展相關(guān)研究,力爭給無人機穿上智能化外衣,即應(yīng)用智能材料打造無人機平臺。
智能材料是一種將感知材料、驅(qū)動材料復(fù)合于無人機的機身材料中,使其成為具有自檢測、自修復(fù)及自適應(yīng)等功能的新型復(fù)合材料,可以大大提升無人機的性能和戰(zhàn)場生存力。而智能材料則由感知材料、驅(qū)動材料和基體材料構(gòu)成,比較有代表性的運用成果有智能機翼、智能蒙皮以及智能旋翼。
其中,智能機翼可以根據(jù)無人機的飛行狀況改變形狀,能夠大大提高飛機的機動性能。例如,2006年8月,美軍首次成功進(jìn)行了無人機機翼在飛行中改變外形的演示驗證試飛,飛行平臺成功將翼展改變了30%、機翼面積改變了40%,既可以長時間進(jìn)行亞聲速飛行,又可在必要時轉(zhuǎn)為超聲速飛行,顯著提升了無人機的機動性。
總之,隨著無人機技術(shù)的發(fā)展,各種性能先進(jìn)、功能各異的無人機正源源不斷地被研制出來。