段興旺 段文良 張 敏 陳雪冰

（中國直升機(jī)設(shè)計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

0 前言

無人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。 機(jī)上無駕駛艙，但安裝有自動駕駛儀、程序控制裝置等設(shè)備。 近年來隨著復(fù)合材料、動力系統(tǒng)、傳感器、尤其是飛行控制等技術(shù)的飛速發(fā)展， 無人機(jī)性能不斷提高。 根據(jù)飛行平臺構(gòu)型的不同， 無人機(jī)可以分為固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)、多旋翼無人機(jī)等。 作為無人機(jī)體系中的重要分支——無人直升機(jī)，因其結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)場靈活、空中懸停、垂直起降、低空低速性能、機(jī)動性和安全性高等特點， 已經(jīng)形成了覆蓋靶標(biāo)、 情報偵察、戰(zhàn)場監(jiān)視、通信中繼、目標(biāo)指示、引導(dǎo)與摧毀、電子干擾與對抗、 災(zāi)害災(zāi)情調(diào)查、 氣象探測、 國土資源調(diào)查、地理信息測繪、電力巡線和輸油管線巡線等軍、民用任務(wù)等領(lǐng)域的產(chǎn)品體系。

1 無人直升機(jī)加裝研究意義

為提高直升機(jī)執(zhí)行任務(wù)的能力， 在直升機(jī)的基礎(chǔ)上加裝光電吊艙系統(tǒng)、 無線圖傳設(shè)備、 機(jī)載綜合控制處理設(shè)備與專用電源、 航空搜索燈、 空中廣播與警告設(shè)備、索降裝置等，用于執(zhí)行巡邏監(jiān)控、追蹤搜捕、搜索救援、搶險救災(zāi)、反恐處突、交通疏導(dǎo)、禁毒鏟毒、大型活動安保、警力運輸及裝備物資等任務(wù)。

直升機(jī)加裝任務(wù)設(shè)備后主要工作內(nèi)容：

（1）正常巡邏。 對日常區(qū)域進(jìn)行巡查、記錄巡查視頻和數(shù)據(jù)信息等。

（2）執(zhí)法取證。 對集會、聚眾鬧事、違法活動、違法建筑、違法施工等進(jìn)行空中360°立體監(jiān)控拍攝，看得遠(yuǎn)、看得見、看得清，全程記錄，為后期提供有力的證據(jù)。

（3）定位搜救。 自然災(zāi)害和人員傷害時，對受災(zāi)地點精確定位和災(zāi)害情況進(jìn)行評估， 并將現(xiàn)場情況實時傳輸至指揮大廳，為后期的救援工作提供信息保障。

（4）高速巡查。 對高速公路車輛監(jiān)控、交通管制、抓拍違法車輛、 實時拍攝違法目標(biāo)違法人、 違規(guī)車輛自動檢出、實時位置推送等功能。

（5）快速營救。 利用索降設(shè)備，可以在直升機(jī)無法降落的警情處置地點對任務(wù)處置人員進(jìn)行投放， 同時可以在地面交通工具無法快速到達(dá)的情況下， 實施快速營救。

（6）定點監(jiān)控。 對違法車輛和個人，可以進(jìn)行目標(biāo)跟蹤， 同時在天氣情況受限的情況下可以紅外觀察跟蹤，實現(xiàn)全天候的監(jiān)控。

（7）反恐防暴。 對違法分子進(jìn)行搜索、監(jiān)視，對現(xiàn)場情況和事態(tài)發(fā)展進(jìn)行連續(xù)拍攝， 并實時記錄傳輸；對違法分子進(jìn)行全天候的搜索、跟蹤。

（8） 應(yīng)急突發(fā)事件。 突發(fā)事件時， 可迅速到達(dá)現(xiàn)場， 并將現(xiàn)場情況實時傳輸至指揮大廳， 為后續(xù)決策提供現(xiàn)場信息。

2 無人直升機(jī)加裝發(fā)展現(xiàn)狀

隨著航空技術(shù)的飛速發(fā)展， 越來越多的機(jī)載設(shè)備運用到實際飛行中， 而且設(shè)備也越來越復(fù)雜。 以機(jī)載電子設(shè)備為例， 二次大戰(zhàn)期間戰(zhàn)斗機(jī)的無線電設(shè)備只有兩種；60 年代發(fā)展到十多種甚至幾十種。 以美國轟炸機(jī)為例，40 年代機(jī)載無線電設(shè)備的元件只1000 多個，50 年 代 發(fā) 展 到20000 多 個，60 年 代 增 至90000 多個。 相應(yīng)的為了滿足各項任務(wù)要求， 直升機(jī)加裝的設(shè)備也不斷增多， 下面列舉了國內(nèi)外加裝之后的無人直升機(jī)。

Ka-137 是俄羅斯卡莫夫直升機(jī)科學(xué)技術(shù)聯(lián)合體研制的一種多用途無人直升機(jī)。 Ka-137 可攜帶最大80kg 的有效載荷,主要用于生態(tài)監(jiān)測、油氣管道監(jiān)測、森林防火、輻射和生化偵察、自然災(zāi)害監(jiān)測、公安邊防巡邏、漁場保護(hù)等。 K-137 與Ka-37 一樣也采用共軸雙旋翼結(jié)構(gòu),但它的外形尺寸比Ka-37 小,機(jī)體形狀為球形,并采用四腿起落架。 Ka-137 的機(jī)體分成上下兩個獨立的部分， 上半部分裝載發(fā)動機(jī)、 燃油及控制系統(tǒng);下半部分放置有效載荷和各種傳感器。 該機(jī)裝有一套自動飛行的數(shù)字控制系統(tǒng), 機(jī)載慣性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)確保它能夠完成許多復(fù)雜的自動飛行任務(wù)。 Ka-137 的特點如下:可完全自主飛行;可艦船操作;機(jī)體防腐蝕;電磁屏蔽;可裝載電視攝像機(jī)和紅外攝像機(jī)、便攜式雷達(dá)和無線電發(fā)射機(jī);可重組多任務(wù)傳感器;衛(wèi)星導(dǎo)航:數(shù)字自動駕駛儀;自動導(dǎo)航在60m 的精度之內(nèi);可防高強(qiáng)度輻射。

YAMAHARMAX 系列民用無人直升機(jī)是日本農(nóng)林作業(yè)的主力軍，該機(jī)被譽(yù)為“空中機(jī)器人”植保作業(yè)效率為7 ～10hm2/h，主要用于播種、耕作、施肥、噴灑農(nóng)藥、病蟲害防治等作業(yè)。 RMAX 無人機(jī)產(chǎn)于1997 年，，迄今為止已經(jīng)執(zhí)行了200 萬個小時的飛行任務(wù)。 據(jù)2014 年的統(tǒng)計，該無人機(jī)在日本每年的作業(yè)面積達(dá)到240 萬英畝（約合1457 萬畝）

總參六十所WZ-5 型無人直升機(jī)WZ-5 型無人直升機(jī)作為一種通用無人機(jī)直升機(jī)平臺， 具有三維測控、自主起降、定點懸停、在線任務(wù)規(guī)劃和多機(jī)編隊飛行等功能， 具有續(xù)航時間長、 飛行升限高、 巡航速度大、任務(wù)荷載能力強(qiáng)等優(yōu)良性能，可滿足通訊中繼、情報偵察、測繪導(dǎo)航、目標(biāo)指示、炮兵校射和空地對抗訓(xùn)練等軍事任務(wù)需求，也可用于=地址勘探、森林防火、農(nóng)業(yè)病蟲害防治、店里架線巡線、危險空域采樣、環(huán)境監(jiān)測、交通管制、航拍航攝等民用領(lǐng)域。

U8 由中航工業(yè)直升機(jī)所自主研制主要用途是在在民用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可用于反恐防暴、緝私緝毒、海事偵察、搜索救援、警務(wù)執(zhí)法、交通疏導(dǎo)、空中指揮、農(nóng)業(yè)作業(yè)、大氣監(jiān)測、森林防火、電力傳輸線路監(jiān)測等領(lǐng)域。

3 無人直升機(jī)加裝案例

無人直升機(jī)加裝任務(wù)系統(tǒng)包括光電吊艙系統(tǒng)、無線圖傳設(shè)備、 機(jī)載綜合控制處理與專用電源設(shè)備、航空搜索燈、空中廣播與警告設(shè)備、索降裝置等組成。

光電吊艙可提供高清可見光視頻和紅外視頻，并將視頻信息通過無線通訊和圖傳設(shè)備傳送至地面監(jiān)控終端，供地面指揮人員進(jìn)行觀察和現(xiàn)場決策。

圖1 工作原理示意圖

航空搜索燈是一種功率大、發(fā)光強(qiáng)度高、照射范圍廣的專業(yè)照明燈具， 它是為中、 小型直升機(jī)研制的一種艙外照明燈具， 主要用于直升機(jī)在夜間執(zhí)行任務(wù)時對陸地和海面的搜救工作提供大功率照明。

空中廣播警報器是應(yīng)用于直升機(jī)在空中對地面人員喊話或播放告警音的音頻系統(tǒng)。

索降裝置用于直升機(jī)達(dá)到任務(wù)區(qū)上空懸停時，將人員安全、快速的降落至地面。

機(jī)載合控制處理設(shè)備與專用電源提供機(jī)載加裝任務(wù)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息交互， 實時輸出載機(jī)平臺導(dǎo)航定位與三軸姿態(tài)信息， 數(shù)據(jù)記錄， 提供機(jī)載加裝任務(wù)設(shè)備的供電。

4 結(jié)束語

無人直升機(jī)可從簡易機(jī)場、野外場地、艦船甲板起飛降落， 攜帶多種任務(wù)設(shè)備直升機(jī)可針對特定地面及海域的固定和活動目標(biāo)實施全天時的航拍、 偵察、監(jiān)視和地面毀傷效果評估等。 直升機(jī)可完成森林防火監(jiān)察、電力系統(tǒng)高壓巡線、海岸船舶監(jiān)控、海上及山地搜救等任務(wù)。 但是加裝任務(wù)設(shè)備并沒有那么簡單， 首先是電磁兼容問題， 然后是安全穩(wěn)定性測試， 目前只是能夠使用， 加裝之后的無人直升機(jī)故障率直線上升，需要不斷的研究方可完成上述任務(wù)。