葉帥辰　姚曉先

自美國陸軍通信部隊于1918年設(shè)計并研發(fā)出第一架無人機(jī)至今,它已逐漸成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中不可或缺的一部分[1],越來越多的國家將無人機(jī)投入戰(zhàn)場,用于開展攻擊、偵察甚至援救等作戰(zhàn)任務(wù).除此之外,在近幾十年中,隨著圖像處理和通訊技術(shù)的快速發(fā)展,無人機(jī)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用也愈加廣泛,可用于運輸,通訊或救災(zāi)等場合.

在無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的過程中,起飛和著陸兩個階段尤為關(guān)鍵,特別是無人機(jī)發(fā)射方式的選擇,因為它直接決定了無人機(jī)是否能夠平穩(wěn)起飛直至升空.無人機(jī)具有多種發(fā)射方式,如手拋、彈射、火箭助推和空中投放等,一般來講可按照無人機(jī)發(fā)射裝置主體部分所在地點分為:空基發(fā)射、陸基發(fā)射和?；l(fā)射[2].也可按照無人機(jī)起飛時是否需要外部設(shè)備提供動力分為自力發(fā)射和他力發(fā)射兩大部分.通常,無人機(jī)的自力發(fā)射需要在無人機(jī)上安放小型供能設(shè)備以保證自主起飛,但這樣會大大增加起飛過載,在軍事領(lǐng)域應(yīng)用較少.本文主要側(cè)重于介紹由外界設(shè)備提供能量的他力發(fā)射,這種發(fā)射方式主要有手動拋射、彈射起飛、母機(jī)/彈投放和艦載潛射等幾種形式.

1　手動拋射

無人機(jī)的手動拋射是最為簡單的一種發(fā)射方式,其操縱方式為由1～2人將無人機(jī)手動拋出,靠無人機(jī)的自身小型動力裝置推動其飛行.這種發(fā)射方式的優(yōu)勢是操縱簡單,不受發(fā)射位置及環(huán)境因素的限制,但其只能用于最大尺寸小于3m、最大質(zhì)量小于十幾公斤的小型、微型無人機(jī).如美國的短毛獵犬(FQM-151A)、大烏鴉(RQ-11)、龍眼(I-SURSS)無人機(jī),英國的MSV-10、BIT-1IMP無人機(jī),中國的CH-802小型無人機(jī)等.圖1所示為美國的龍眼(I-SURSS)無人機(jī),其翼展約1.1m,總重2.3kg,被拋出后通過無人機(jī)自帶的鋅空氣電池驅(qū)動螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推進(jìn)力使飛機(jī)前進(jìn),是現(xiàn)役的最小型偵察無人機(jī).

2　彈射起飛

無人機(jī)的彈射起飛方式是將其他形式能轉(zhuǎn)化為飛機(jī)起飛所需的機(jī)械動能,其飛機(jī)本身不帶有高能量密度的動力源,這樣會使得執(zhí)行同樣任務(wù)、攜帶同樣載荷的情況下無人機(jī)的質(zhì)量較輕,有助于降低成本.一般情況下,彈射起飛方式是將飛機(jī)放置于一個或多個并列的長直滑軌上,通過牽引設(shè)備拖動飛機(jī)在滑軌上平穩(wěn)加速,直至安全起飛.這種起飛方式的優(yōu)點是滑軌作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu),可以通過調(diào)整滑軌的位置和姿態(tài)來直接確定飛機(jī)起飛時的方向及俯仰角,調(diào)整較為靈活,不需要多余的控制設(shè)備.但其由于滑軌剛度及額定負(fù)載有限,發(fā)射質(zhì)量不宜過大,一般情況下只能用于發(fā)射質(zhì)量小于500kg的中、小型無人機(jī).

圖1　美國“龍眼”無人機(jī)

彈射起飛方式按照動力源的不同可以分為彈性元件彈射、氣/液壓彈射、電磁彈射及燃?xì)鈴椛涞葟椛浞绞?

2.1　彈性元件彈射

彈性元件彈射是指利用彈性系數(shù)較大的彈性元件(如橡皮筋、彈簧等),在拉伸或壓縮時儲存的彈性勢能轉(zhuǎn)化為飛機(jī)飛行時所需的動能的一種發(fā)射方式.其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,操縱方便,不需要電力、火藥等消耗性能源.但只能發(fā)射十幾千克量級的小型無人機(jī),并且由于彈性元件的彈性極限和壽命的限制,無法將飛行器加到很高的速度,使用次數(shù)不宜太多.英國的“女妖”,法國的“瑪爾特”,俄羅斯的“超光速粒子”以及法國泰雷茲集團(tuán)的新型“Fumlar”無人機(jī)都可采用這種發(fā)射方式.圖2所示為“Fumlar”無人機(jī)的發(fā)射裝置,從圖中可以明顯地看出其操縱較為簡單：初始時將無人機(jī)拉至滑軌底部,將滑車鎖死,兩側(cè)橡皮筋處于拉伸狀態(tài),發(fā)射時解鎖滑車,利用橡皮筋的拉力拉動無人機(jī),使其加速滑行直至起飛.發(fā)射完成后,手動拉橡皮筋及滑車至初始位置,裝載第2架無人機(jī),以備下次發(fā)射.

2.2　氣/液壓彈射

氣/液壓彈射是一種以氣/液壓作為無人機(jī)彈射起飛的動力源的一種發(fā)射方式,它通常由氣/液源、帶緩沖氣缸(液壓缸)、滑輪增程裝置、滑軌、氣/液控制閥、管路等幾部分組成.通過對氣(液)路及增程裝置進(jìn)行設(shè)計可以達(dá)到自動發(fā)射、減速、停止及回程的目的,實現(xiàn)無人機(jī)的自動連續(xù)發(fā)射.這種發(fā)射方式的各項性能適中,與滑跑起飛方式相比,無需專用跑道,靈活性較好,可以搭載在機(jī)動車輛或艦船上；與火箭助推方式相比,它沒有火控系統(tǒng),使用、存儲較為安全.但其由于使用消耗性的氣(液)源,故在不能得到及時補(bǔ)充的情況下無法進(jìn)行長期的連續(xù)發(fā)射.

圖2　“Fumlar”無人機(jī)的發(fā)射裝置

就此項發(fā)射技術(shù)而言,由于國外起步較早,并且氣壓、液壓傳動部件等基礎(chǔ)設(shè)備較為完善,所以已經(jīng)有了許多知名的無人機(jī)型號采用此種發(fā)射方式.如美國的“掃描鷹”、“影子”無人機(jī)、英國的“不死鳥”無人機(jī)和瑞士的“巡邏兵”無人機(jī)等.

圖3所示為“掃描鷹”無人機(jī)的發(fā)射裝置實物圖,圖4展示了掃描鷹在起飛時的發(fā)射原理.

圖3　“掃描鷹”無人機(jī)的發(fā)射裝置實物圖

從圖4中可以清楚地看出其發(fā)射過程:當(dāng)滑車在滑軌后端部時,將待發(fā)射的無人機(jī)置于滑車上并固定.發(fā)出發(fā)射指令后氣缸前腔體充氣,活塞桿拉動繩索,進(jìn)而使楔形塊在豎直方向上快速向下運動,右端的動滑輪—繩索增程裝置也隨之運動,放出相應(yīng)長度的繩索.這時由于楔形塊與滑軌間距離增大,不得不迫使攜帶著無人機(jī)的滑車沿楔形塊的輪廓線向前端加速滑動,當(dāng)其速度達(dá)到一定值時釋放無人機(jī).之后,楔形塊的前端輪廓線形狀會使快速運動的滑車剎車,避免滑車與前端擋板的碰撞.進(jìn)行完一次發(fā)射后可以將氣缸與大氣連通,并拉回滑車,即可準(zhǔn)備第2次發(fā)射.

圖4　“掃描鷹”無人機(jī)發(fā)射原理

2.3　電磁彈射

無人機(jī)的電磁彈射是近些年才提出的一種較為新穎的發(fā)射技術(shù),其基本原理與直線電機(jī)類似:將磁極布置成長直軌道的形式,無人機(jī)本身或某一部分作為電樞,利用其受到的電磁力來推動無人機(jī)加速前進(jìn)直至發(fā)射[3].圖5所示為電磁發(fā)射的原理示意圖,假設(shè)兩根導(dǎo)軌上的電流都為I,空氣磁導(dǎo)率為μ0,則可由畢奧薩法爾定律求得無人機(jī)所處位置的近似磁場強(qiáng)度大小為:

其中,L為兩導(dǎo)軌間距.無人機(jī)所受的磁場力大小為:

所以,在無人機(jī)起飛質(zhì)量一定時,導(dǎo)軌通過的電流越大、導(dǎo)軌越長,起飛速度越大.

圖5　電磁彈射原理圖

與帶有火箭發(fā)動機(jī)的火控發(fā)射方式相比,此種發(fā)射方式具有發(fā)射負(fù)載小、成本較低、隱蔽性好、便于存儲和運輸?shù)葍?yōu)點.而與由儲氣/液瓶儲能、閥門控制并帶有復(fù)雜管路設(shè)備的氣/液發(fā)射方式相比,此種發(fā)射方式直接由開關(guān)控制,快速性較好、控制效率及控制的準(zhǔn)確性較高.但由于目前電磁軌道炮領(lǐng)域的高功率脈沖電源技術(shù)、脈沖直線電機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、抗燒蝕技術(shù)等發(fā)展不是特別完善,只可以將幾十至幾百克量級的彈丸加速到幾千米每秒的速度[4],這就會對大型無人機(jī)的起飛速度極限有了很大的限制.目前,電磁發(fā)射技術(shù)較多用于帶有長直導(dǎo)軌的大型艦載發(fā)射平臺上.圖6所示為美國“全球鷹”無人機(jī)的航母電磁發(fā)射平臺.

圖6　“全球鷹”無人機(jī)的航母電磁發(fā)射平臺

雖然目前只有英國的“不死鳥”、美國的“全球鷹”和以色列的“赫爾墨斯(Hermes)”系列無人機(jī)應(yīng)用了電磁發(fā)射技術(shù).但是在可以預(yù)見的將來,隨著電磁軌道炮中的關(guān)鍵技術(shù)日趨成熟,無人機(jī)的電磁彈射技術(shù)必將成為無人機(jī)發(fā)射技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的一種,并將有力促進(jìn)艦載無人機(jī)等其他武器裝配領(lǐng)域的發(fā)展.

2.4　燃?xì)鈴椛?/h3>

燃?xì)鈴椛錈o人機(jī)又稱為炮射無人機(jī)、其發(fā)射手段與火箭助推發(fā)射較為類似:都是通過火藥燃燒產(chǎn)生的推力使無人機(jī)加速發(fā)射.但不同點在于,燃?xì)鈴椛錈o人機(jī)上不直接帶有火箭助推發(fā)動機(jī),而是將無人機(jī)整體置于發(fā)射榴彈炮或火箭炮的炮管內(nèi),當(dāng)火炮點火后,火藥燃燒產(chǎn)生的大量高溫高壓氣體推動機(jī)身在炮膛內(nèi)加速運動,最終像普通彈丸一樣完成發(fā)射.圖7為我國近年研制的“天眼”炮射無人機(jī)的發(fā)射及作戰(zhàn)流程.

圖7　“天眼”炮射無人機(jī)工作流程

從圖7中可以看出,無人機(jī)是裝載在一定尺寸的彈丸內(nèi)部進(jìn)行發(fā)射的,當(dāng)彈丸達(dá)到彈道頂點后,后端降落傘張開,使彈丸減速.達(dá)到巡航或偵查所需速度后,彈殼脫落,機(jī)上旋翼或固定翼展開,開始后續(xù)作戰(zhàn)任務(wù).

這種發(fā)射方式的優(yōu)點是,目前炮彈發(fā)射技術(shù)較為成熟,直接將無人機(jī)裝入已有型號的彈體內(nèi)部,便可進(jìn)行多次、大批量發(fā)射,省去了不同型號的無人機(jī)配套發(fā)射裝置的設(shè)計及制作過程.但缺點是需要在某特定時段脫掉彈殼,并在空中執(zhí)行翼面展開工作,這就對控制系統(tǒng)的設(shè)計提出了很高的要求.另外,其本質(zhì)上為一種火藥助推發(fā)射方式,在發(fā)射時不可避免地會產(chǎn)生火光、噪聲等不安全因素.

目前,此類發(fā)射方式尚處于研制階段,只有美國、俄羅斯和中國等幾個國家有所涉及,且我國在該領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先水平.除前文所述的“天眼”外,還有國產(chǎn)偵察無人機(jī)“ASN-206”、小型可折疊式“T90-11”無人機(jī),美國的“云雀”無人機(jī),德國的“DAR”無人機(jī)等采用這種發(fā)射方式.

3　母機(jī)/彈投放

將無人機(jī)裝載在其他飛行器,如:常規(guī)運輸機(jī)、航空炸彈布撒器甚至更大型的無人機(jī)等母機(jī)上.運載體先以正常起飛方式起飛,當(dāng)其達(dá)到一定的飛行高度和速度后,打開艙門或松開懸掛機(jī)構(gòu),空中投放無人機(jī).圖8所示為一種利用運輸機(jī)空投無人機(jī)的流程圖.

圖8　空投無人機(jī)流程

其基本實現(xiàn)方式是將多個裝有無人機(jī)的集裝箱裝載在運輸機(jī)艙內(nèi),當(dāng)飛到預(yù)定位置時打開后艙門,投出集裝箱.之后打開箱體自帶的降落傘等氣動力阻尼設(shè)備,調(diào)整箱體姿態(tài),待其平穩(wěn)后箱門打開,無人機(jī)自動滑出,即可實現(xiàn)無人機(jī)的空中投放.

這種利用機(jī)載的空中投放方式不需要無人機(jī)自身攜帶任何起飛助推設(shè)備,可大大降低其有效起飛載荷.并且由于母機(jī)的飛行速度較快、高度較高,非常有利于無人機(jī)突破常規(guī)的地面防御系統(tǒng).但是,大型運輸機(jī)等母機(jī)的起飛條件較為復(fù)雜,需要大型跑道和地面保障等設(shè)備,所以這種發(fā)射方式單次發(fā)射成本較高,常用來實現(xiàn)大批量無人機(jī)的散布投放.

除此之外,還可以將無人機(jī)直接掛載于導(dǎo)彈、火箭彈、航空炸彈等母彈上進(jìn)行投放,其基本原理與母機(jī)投放類似.

由于母機(jī)/彈投放對無人機(jī)的類型及型號沒有任何特殊限制,故大多數(shù)無人機(jī)除使用自身配套的發(fā)射方式外,都可使用母機(jī)/彈投放.比較常見的采用母機(jī)投放的飛行器有:意大利的“米拉奇100”可由Agusta A109直升機(jī)空中發(fā)射,美國的AQM-37無人靶機(jī)可以從A-4、A-6等飛機(jī)上發(fā)射,以色列的“迪萊勒”無人機(jī)可由F-4飛機(jī)攜帶投射以及最近研發(fā)的美國QF-16無人靶機(jī)和中國的“彩虹805”無人靶機(jī)等.

4　潛射無人機(jī)

潛射是指用潛艇在水下向海平面發(fā)射無人機(jī),這種發(fā)射理念是美國在20世紀(jì)90年代提出的.由于海水具有較強(qiáng)的隱蔽性,潛艇在水下觀察和通信能力會受到極大的限制,對海平面的情況無法做到全面掌握.而近年來潛艇武器裝備的高速發(fā)展又對潛艇的信息獲取能力提出了更高的要求,所以利用潛射偵察無人機(jī)來獲取海平面通訊信息的技術(shù)應(yīng)運而生[5].目前潛射無人機(jī)主要分為兩種發(fā)射方式:干發(fā)射和濕發(fā)射.

4.1　干發(fā)射

干發(fā)射是指將無人機(jī)折疊后放入密封囊中,與燃?xì)鈴椛浼夹g(shù)類似,密封囊可直接由潛艇自帶的魚雷發(fā)射管等裝置發(fā)射.之后利用浮力或密封囊自身的動力系統(tǒng)將其送至水面,密封囊打開,無人機(jī)可采取自力或他力彈射方式起飛.

美國的 “海上搜索者”、“海上哨兵”和德國EMT公司的“Aladin”無人機(jī)都采用這種發(fā)射方式.由于干發(fā)射的無人機(jī)在整個水下航行過程中都處于干燥密封狀態(tài),不需要考慮機(jī)上電子設(shè)備的防水問題和機(jī)身外形造成的復(fù)雜流體力學(xué)計算問題,并且魚雷發(fā)射管的發(fā)射技術(shù)也較為成熟,所以潛射無人機(jī)大多采用干式發(fā)射.

4.2　濕發(fā)射

濕發(fā)射沒有裝載無人機(jī)的密封囊,而是將無人機(jī)折疊后直接裝入彈道導(dǎo)彈的發(fā)射筒內(nèi)發(fā)射至海平面上.美國2007年研制的“鸕鶿”無人機(jī)、“彈簧刀”無人機(jī)和2013年研發(fā)的XFC無人機(jī)[6]采用這種發(fā)射方式.“鸕鶿”無人機(jī)質(zhì)量4100kg、全長5.8m、翼展4.9m,由三叉戟彈道導(dǎo)彈發(fā)射筒發(fā)射,其到達(dá)海平面后可由自帶的兩個一次性火箭助推器發(fā)射升空,并通過渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)實現(xiàn)空中巡航飛行.

水下潛射無人機(jī)需要眾多學(xué)科的技術(shù)支持.迄今為止,還有水彈道技術(shù)、輕型抗壓材料技術(shù)、電子元器件密封及防水技術(shù)等多項技術(shù)尚未成熟,所以無人機(jī)的水下潛射發(fā)射方式還有待進(jìn)一步完善.

5　無人機(jī)他力發(fā)射技術(shù)對比分析及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

各種無人機(jī)他力發(fā)射技術(shù)對比如表1所示.

目前,許多國內(nèi)外學(xué)者對無人機(jī)他力發(fā)射進(jìn)行了大量的研發(fā)及分析.其中包括發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計及實驗、控制律設(shè)計、起飛時動力學(xué)特性仿真分析等多個方面.

5.1　手動拋射

由于小型無人機(jī)手動拋射的原理較為簡單,故目前大多數(shù)研究集中于無人機(jī)的本體設(shè)計,如:無人機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、起飛時動力學(xué)特性的分析及無人機(jī)自身所攜帶能源供能特性的研究等方面.科羅拉多州立大學(xué)的N.Wagner[7]等試圖通過建立結(jié)構(gòu)設(shè)計矩陣的方式來尋找手拋式無人機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方法,并設(shè)計了一臺電動可折疊手拋無人機(jī)進(jìn)行了飛行試驗.在此基礎(chǔ)上西北工業(yè)大學(xué)的王剛等,對這種手?jǐn)S小型無人機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化,將反彎度翼型改為正彎度翼型,使得在同樣電池容量時飛行航程提高了24%[8].張琳對某小型電動手拋式無人機(jī)建立了MATLAB/Simulink仿真平臺[9],得到了無人機(jī)可安全發(fā)射的初始條件,這對于手拋式無人機(jī)能否順利起飛有很大的參考價值.

5.2　彈性元件彈射

彈性元件彈射只可用于小型或微小型無人機(jī)的發(fā)射,使用范圍有限,故國內(nèi)外相關(guān)研發(fā)工作較少.北京工商大學(xué)的陳天華等設(shè)計了一臺可提供800N彈射力的4軌道彈射架,總長2m,可發(fā)射5kg以下量級的無人機(jī)[10].臺灣明道大學(xué)的Shyu等利用一臺橡皮筋彈射設(shè)備進(jìn)行小型無人機(jī)的發(fā)射試驗,此發(fā)射裝置總重為30kg,加速行程3m,可將7kg的小型無人機(jī)在0.7s內(nèi)以20m/s的速度彈出[11],這種短時間內(nèi)加速并以高速度起飛的發(fā)射特性有助于提高戰(zhàn)場上的小范圍偵察作戰(zhàn)效率.

表1　無人機(jī)他力發(fā)射技術(shù)對比

5.3　氣/液壓彈射

目前,氣/液壓彈射是中小型偵察無人機(jī)的主流發(fā)射方式,相關(guān)的研究較多[12?19],主要集中于彈射系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計、起飛時動力學(xué)特性分析以及多閥門控制律設(shè)計等.鄭州大學(xué)的馬勝鋼課題組[12?14,16?19]對此發(fā)射方式所做的研發(fā)較為全面,其分別設(shè)計了一套帶有緩沖系統(tǒng)[12]的液壓發(fā)射裝置[13]和一套氣壓發(fā)射裝置[14],并對各種主要原件結(jié)構(gòu)參數(shù)對發(fā)射性能的影響做了詳細(xì)的對比分析,這對于后續(xù)其他類似系統(tǒng)的研發(fā)與改進(jìn)具有理論指導(dǎo)意義.另外,南京航空航天大學(xué)的李悅等對氣/液壓彈射系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵子系統(tǒng)做了詳細(xì)的介紹及討論[15],提高了無人機(jī)氣/液壓彈射技術(shù)的通用性,也可為其他相關(guān)研發(fā)人員提供工程上的參考.

5.4　電磁彈射

包括無人機(jī)的電磁彈射在內(nèi)的所有電磁彈射技術(shù)都帶有前文所述的一些技術(shù)難題,西北機(jī)電工程研究所的蘇子舟等[20?21]對相關(guān)問題進(jìn)行了一一列舉及分析,并分別給出了赫爾墨斯450無人機(jī)[20]和英國不死鳥無人機(jī)[21]的電磁彈射數(shù)據(jù),具有一定的參考價值.由于電磁彈射是一種較為新穎的發(fā)射技術(shù),國內(nèi)發(fā)展較為落后,大多文獻(xiàn)都局限于仿真分析[22]及可行性驗證[23]等方面.與國內(nèi)相比,國外已有對整套小型電磁彈射系統(tǒng)研發(fā)的相關(guān)文獻(xiàn),南洋理工大學(xué)的Bahadir Kocer等設(shè)計了一套可將500g的微型無人機(jī)在200ms內(nèi)加速到8.5m/s的電磁彈射裝置[24].

5.5　潛射

無人機(jī)的潛射技術(shù)是潛艇技術(shù)的一個組成部分,國內(nèi)外很少有相關(guān)公開文獻(xiàn)討論其本身的結(jié)構(gòu)和工作方式,大部分研究是對其飛行彈道特性[25]及出水特性[26]進(jìn)行理論層次上的仿真分析.

6　無人機(jī)他力發(fā)射技術(shù)的發(fā)展趨勢

大量專利及文獻(xiàn)表明[27]自20世紀(jì)70年代至今,世界上共誕生無人機(jī)發(fā)射技術(shù)相關(guān)專利369件,其分類餅狀圖如圖9所示.從圖中可以看出,他力發(fā)射方式中的彈射起飛技術(shù)專利占有一半以上的比例.這是因為彈射起飛方式具有起飛過載小,安全性好,占地面積較小并且能滿足戰(zhàn)場上的機(jī)動靈活性的需要等特點,從而受到各個國家的重視,目前彈射起飛仍是中小型無人機(jī)發(fā)射的主要方式.

圖9　無人機(jī)發(fā)射技術(shù)專利餅狀圖

目前我國在無人機(jī)的彈射技術(shù)領(lǐng)域與國外的差距在于,對高速彈射系統(tǒng)的控制能力較差,氣液壓彈射系統(tǒng)的蓄能能力較差,因而無法達(dá)到很高的彈射效率.這是因為我國在氣液壓傳動部件的精確制造領(lǐng)域較為落后,大多需要依靠進(jìn)口.因此,我國應(yīng)針對與美國等世界發(fā)達(dá)國家的差距,進(jìn)行大力改進(jìn).與此同時,以美國為代表的世界發(fā)達(dá)國家正致力于利用電磁彈射技術(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的彈射技術(shù),其在新一代航空母艦上安裝大功率電磁彈射軌道的構(gòu)想已經(jīng)進(jìn)入實驗驗證階段,但也由于高功率脈沖電源技術(shù)、脈沖直線電機(jī)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)問題未能得到很好的解決,使得公開的相關(guān)專利信息較少.但可以肯定的是,電磁彈射技術(shù)在未來幾年將得到迅猛的發(fā)展.

總之,無人機(jī)他力發(fā)射技術(shù)必定會向著降低成本、增強(qiáng)機(jī)動性、提高發(fā)射系統(tǒng)的使用壽命和戰(zhàn)場隱蔽性等方向發(fā)展.

7　無人機(jī)發(fā)射裝置的選用原則

無論是軍用領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域,無人機(jī)平穩(wěn)安全地起飛是整個飛行階段的關(guān)鍵,因此,無人機(jī)發(fā)射裝置的選擇顯得尤為重要.在選用發(fā)射裝置時應(yīng)著重考慮下述問題:

1)無人機(jī)的類型.大、中、小型無人機(jī)可選擇的起飛方式有所不同:大型或超大型無人機(jī)只可采用滑跑起飛或母機(jī)投放的方式起飛；中型無人機(jī)的選擇余地較多,可采用不同的彈射方式；而小型或微小型無人機(jī)一般選擇手拋式或彈性元件彈射.

2)起飛過載.有些執(zhí)行偵察任務(wù)的無人機(jī)機(jī)身上通常會攜帶昂貴的精密電子設(shè)備,如用燃?xì)鈴椛鋾a(chǎn)生很大的起飛過載,極易損壞機(jī)上設(shè)備.對于這種情況,應(yīng)考慮滑跑起飛或帶有長滑軌的彈射起飛等較為平緩的方式.

3)成本.任何產(chǎn)品都要考慮使用成本問題.眾多無人機(jī)發(fā)射裝置中,電磁彈射起飛通常成本較高,選用時應(yīng)慎重考慮.

4)使用環(huán)境.在戰(zhàn)斗中,通常希望無人機(jī)的起飛具有良好的隱蔽性和機(jī)動性,以適應(yīng)復(fù)雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境.除需要空中投放以便突防的情況外,氣/液彈射裝置較為適合在戰(zhàn)場使用.

除此之外,還應(yīng)綜合無人機(jī)的起飛質(zhì)量、裝置的安全性、高效性等多種因素來對發(fā)射裝置進(jìn)行選擇.

8　結(jié)論

無人機(jī)的他力發(fā)射技術(shù)涉及機(jī)械、電子、自動控制、空氣動力學(xué)、材料等多個領(lǐng)域,主要研究內(nèi)容包括機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計、控制系統(tǒng)的設(shè)計、空氣動力學(xué)計算、信息(無人機(jī)的位置和速度)測量等,是一項較為復(fù)雜的系統(tǒng)性工程.本文介紹了目前主流的他力式無人機(jī)發(fā)射方式、國內(nèi)外最新研究進(jìn)展、發(fā)展趨勢及發(fā)射裝置的選用原則,以供參考.

1 SULLIVAN J M.Evolution or revolution?the rise of UAVs[J].IEEE Technology and Society Magazine,2006,25(3):43?49.

2 NGUYEN H G,LAIRD R,KOGUT G et al.Land,sea,and air unmanned systems research and development at SPAWAR systems center paci fi c[C]//2009 Unmanned System Technology,Orlando,USA,2009.

3馬偉明,魯軍勇.電磁發(fā)射技術(shù)[J].國防科技大學(xué)學(xué)報,2016,38(6):1?5.

4 FAIR H D.Progress in electromagnetic launch science and technology[J].IEEE Transactions on Magnetics,2007,43(1):93?98.

5 張文玉,李長軍,吳鵬.潛射無人機(jī)現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析[J].飛航導(dǎo)彈,2013,3(4):38?41.

6美開發(fā)可由發(fā)射管發(fā)射的“三叉戟”TL無人機(jī)[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗,2016(3):75.

7 BOLAND S,KEEN D,BRADLEY T.Powertrain design for hand-launchable long endurance unmanned aerial vehicles[C]//47th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference&Exhibit,San Diego,California,2011.

8王剛,胡峪,宋筆鋒.基于正彎度翼型的手?jǐn)S飛翼布局小型無人機(jī)優(yōu)化設(shè)計[C]//探索創(chuàng)新交流—第五屆中國航空學(xué)會青年科技論壇,南昌:中國航空學(xué)會,2012.

9張琳,龔喜盈,周明.小型電動無人機(jī)手拋過程動力學(xué)仿真研究[J].火力與指揮控制,2015,40(10):152?155.

10陳天華,郭培源,周鷹,等.一種自主飛行的小型無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計[J].航空精密制造技術(shù),2006,42(4):55?-59.

11 SHYU L S,HSIAO Y C.Mini UAV design and manufacture with bungee launched/parachute recovery[J].Applied Mechan-ics and Materials,2014,610:97?100.

12劉曉瑞,馬勝鋼,何宗海,等.無人機(jī)彈射器緩沖系統(tǒng)性能的研究與分析[J].液壓與氣動,2014(7):115?117.

13劉曉龍,馬勝鋼,劉蘭榮,等.無人機(jī)液壓彈射系統(tǒng)彈射性能的仿真研究[J].液壓與氣動,2013(9):60?62.

14劉曉龍,馬勝鋼.無人機(jī)氣動彈射系統(tǒng)彈射性能的仿真研究[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版),2013(5):56?58.

15李悅,巫成榮,吳泊寧,等.無人機(jī)氣液壓彈射裝置的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計[J].南昌航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2002(2):63?67.

16龐林春,劉曉瑞,何宗海.無人機(jī)液壓彈射器制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究[J].液壓與氣動,2015(9):109?111,129.

17龐林春,馬勝鋼,劉蘭榮.新型無人機(jī)液壓彈射裝置的設(shè)計與研究[J].液壓與氣動,2015(7):80?83.

18秦貞超,周志鴻,梁上愚.無人機(jī)起飛彈射液壓系統(tǒng)的設(shè)計與研究[J].液壓與氣動,2010(10):6?7.

19秦貞超,周志鴻,基于AMESIM 的無人機(jī)起飛彈射液壓系統(tǒng)的建模與仿真[J].液壓氣動與密封,2010(9):16?18.

20 蘇子舟,張博,國偉,等.無人機(jī)電磁彈射應(yīng)用綜述[J].火炮發(fā)射與控制學(xué)報,2011(1):93?96.

21 蘇子舟,張國安,國偉,等.電磁無人機(jī)彈射技術(shù)研究[J].火炮發(fā)射與控制學(xué)報,2009(4):81?84.

22劉小虎,趙宏濤,吳俊.無人機(jī)電磁彈射器系統(tǒng)仿真[J].電氣技術(shù),2010(S1):54-56.

23張安平.無人機(jī)電磁彈射技術(shù)研究[J].沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2007(4):17?19.

24 GURUGE P,KOCER B B,KAYACAN E.A novel automatic UAV launcher design by using bluetooth low energy integrated electro-magnetic releasing system[C]//IEEE Region 10 Humanitarian Technology Conference,R10-HTC 2015-co-located with 8th International Conference on Humanoid,Nanotechnology,Information Technology,Communication and Control,Environment and Management,2015.

25王強(qiáng),張建軍.潛射無人機(jī)海上突防航跡規(guī)劃方法[J].水雷戰(zhàn)與艦船防護(hù),2017(3):24?30.

26 程曦,周洲,肖偉,等.基于MATLAB/Simulink的潛射無人機(jī)水面分離運動分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2012(7):1500?1503.

27 褚鵬蛟,臧春喜,李光亮,等.無人機(jī)發(fā)射技術(shù)專利態(tài)勢分析[J].飛航導(dǎo)彈,2016(1):32?35.