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中国新概念无人机:用火箭炮或大口径火炮发射

2013年09月24日 12:55:57 来源: 中国航空新闻网
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  “蓝鲸”无人机

  资料图:新概念“炮射无人机”。

  在电影《阿凡达》里,人类为攻打纳美人的家园树,运用了各种先进的飞行器作战,炫目外形和强大的攻击火力,让观众看了之后大呼过瘾。在这些飞行器中有一款异样的直升机,它没有传统直升机的旋翼,取而代之的是机翼和两个倾转函道螺旋桨,它可以像直升机一样垂直起降,但能比传统直升机飞得更快。这款直升机的原型就是美国研制的Doak 16,是一款倾转函道螺旋桨旋翼机,也是一款新构型高速直升机。

  最近几年来,中航工业直升机所的科研人员一直致力于新概念直升机的技术开发,他们设计的几款新概念直升机多次在国内一些重大航展亮相并受到大众关注。在今年9月举办的第二届中国天津直升机博览会上,直升机所又选送了几款新型直升机模型参展,根据他们的研制计划,这些模型将能成为真实的飞行器遨游天空。

  直升机技术的革命

  直升机以其突出的悬停、低空低速和良好的机动性能,在世界各国经济建设、人们日常生活及现代战争中发挥了独特的重要作用,直升机技术及其应用获得了全面发展。然而,常规直升机受自身构型的影响,在大速度时会出现前行桨叶激波和后行桨叶气流分离,使其飞行速度、航程等受到较大限制。突破常规直升机设计技术,研制适应未来对大速度、高机动性以及大航程的要求,满足快速反应、远距大载重等需求的新概念、新构型的高速直升机是现代直升机发展的主要趋势之一,将成为直升机技术发展的又一次革命性跨越。

  实际上,自20世纪40年代以来,人们就不断提出各种突破常规直升机速度限制的方案。概括起来,从技术特征来看,这些方案大致可以分为以下三大类:一是倾转类,即利用称为旋翼/螺旋桨的同一套系统,通过该系统在垂直与水平位置之间的倾转,实现直升机与飞机飞行模式之间的转换,从而达到高速飞行,主要包括倾转旋翼、倾转机翼、以及倾转函道螺旋桨,如V-22、CL-84及X-22等,这些直升机虽然近地机动能力较弱,但具有很好的运输能力与交互能力;二是复合类,保留直升机旋翼、机身等基本部件和系统的同时,用复合水平推力系统和机翼来提升速度改善性能,主要包括旋翼与机翼结合、旋翼与机翼及涡喷发动机组合以及机翼与螺旋桨组合,如XV-1、XH-51A、X-49A及X2等,这类直升机在大幅提高速度的同时,保留并强化了直升机特有的近地机动能力;三是停转类,即在飞行过程中,旋翼桨叶停止转动并转变为固定机翼,通过直升机的旋翼技术与其他(固定翼)技术相结合,优势互补,扬长避短,提升性能,如S-72X翼、X-50A等,或者是旋翼桨叶可以伸缩,如盘翼旋翼机。

  此外,国外还在利用直升机与潜艇技术的融合,发展一种水下直升机(或水下飞行器),它具有快速航行和隐蔽性好的特点。它的发展要借助于水下动力装置、水下航(飞)行技术、飞行器的沉浮技术以及战术潜空武器技术的突破和解决。

  但是由于技术条件的不成熟,这些方案大部分仍没有变成现实。

  可以预料,突破常规直升机构型,实现直升机的高速、大航程等技术需求,是直升机必须面对的技术革命。在未来一段时期内,除了进一步完善并优化倾转类和复合类新构型旋翼机外,停转类新构型旋翼机将是人们探索的重点。

  国内新构型直升机的研制

  以X2、X3为代表的国外新构型直升机发展水平,已达到了一定的技术成熟度,与之相比,我国新概念、新构型直升机的研制才刚刚起步。直升机所作为我国唯一的直升机研发机构,肩负着推动我国直升机技术进步和产业发展的重任,新构型高速直升机已成为直升机所的发展重点。据悉,直升机所正在对ABC旋翼构型高速直升机进行探索研究。

  直升机所设计人员介绍,我国首款新构型高速直升机K800采用ABC旋翼,在机身前部加推进螺旋桨,以直升机模式垂直起降、悬停,螺旋桨模式飞行,起飞重量达到800千克、设计速度450千米/时、机长5.12米,是一款无人高速直升机。目前,K800的部分部件已经进入详细设计阶段,预计2015年首飞。K800的意义不仅在于它是我国首款新构型高速直升机,它还提供了一个验证平台,可以在K800这个平台上对新技术、新方法进行验证,同时也能开展飞行验证,为以后更多的新构型高速直升机做准备。

  “蓝鲸”是直升机所正在研发的另一款新概念直升机。“蓝鲸”为四倾转旋翼构型,商载达到20吨;巡航速度538千米/时;航程3106千米;使用升限8615米;作战半径大于815千米,是同时具有极强的近地机动能力和过度飞行可控性,可满足未来我陆军和海军“全域到达”使用要求的战术运输旋翼飞行器。

  “蓝鲸”采用可收放起落架,具备垂直起降和滑跑起降能力,配备4台发动机,余度设计确保两台发动机失效后能安全飞行。它采用分布式综合航电系统提升任务能力和抗干扰能力,应用光传操纵系统融合多模态任务飞行控制、智能综合驾驶舱技术降低飞行员负荷,大幅提升机体复合材料应用比例,具备故障预测与健康管理能力。全机振动和噪声水平与同吨位民用客机相当,兼顾高速、大装载、远航程的特点。

  直升机所的科研人员介绍,四旋翼倾转旋翼机“蓝鲸”的研制已经启动。

  清洁能源电驱动直升机也是直升机所研发人员正在研究的一种新概念无人直升机。直升机所黄水林博士介绍,这种直升机采用锂离子电池作为动力源,利用直流电机驱动旋翼,去除了直升机的尾气排放,降低了直升机的整体噪声,此设计方案彻底抛弃了传统的航空发动机。开发节能型直升机符合世界潮流,此前,欧盟提出了“绿色旋翼机”计划,美国研制了“萤火虫”演示样机。为实现与国外在相关技术领域的同步发展,直升机所将电驱动无人机研究摆上了议事日程。根据他们已经取得的进展,有望突破电驱动新构型、高能量比电池及管理系统、高功率密度电动机及控制系统等关键技术,可为我国电动直升机技术的发展提供技术储备,适应未来国家及社会对电动直升机的需求。

  新概念直升机设计需要创新思维

  目前国内新概念直升机的研究主要集中在高校以及科研院所,新概念直升机是还在探索中的直升机。要研制一款新概念直升机要有创新思维。“国外设计新概念直升机很有意思,就跟中国人做菜一样,加点儿什么,怎么布局很有想象力。”直升机所重点实验室设计员刘利剑说。

  要成功研制一款新概念直升机,首先要有创新精神。为提倡创新精神,激发科研人员原始技术创新热情,在直升机所领导的倡导下,企业文化部、重点试验室、科技委联合创办了技术创新沙龙。沙龙的主题主要是针对当前我所科研和型号工作任务中的各专业问题、有创意的构思及专业技术的发展方向。每期沙龙确定一个主题,由该主题的倡导者作为沙龙主持人,阐述观点和构思,参加者现场就该主题自由发表意见,进行思想碰撞和观点交锋。技术创新沙龙为科研人员提供了一个技术、创意交流的平台。

  此外,直升机所从2008年起至今,已成功举办了三届“新概念旋翼飞行器大赛”。比赛分业余组和专业组,全所员工均可参赛,由总师组成的评审团对参赛作品打分评出获奖作品,其中多项获奖作品还在“创新杯”全国未来飞行器设计大赛中获奖。2012年在第九届中国航展上,中航工业展出的三款新概念直升机中有一款代号“鸭嘴兽”的直升机,就是直升机所飞行器大赛的获奖作品。

  年轻的设计员邱良军在新概念飞行器大赛中设计的一款“天眼”炮射无人机受到专家的好评。邱良军的想法是,使用大口径火炮或者火箭炮把“天眼”炮射无人机发射到达战区,靠减速伞减速至预定速度后无人机与载弹分离,展开旋翼,机上摄像头开始侦查任务,发现目标后使用激光指示器照射目标,引导激光制导武器攻击目标并评估毁伤效果,确认目标被摧毁后寻找下一个目标,在机上电池耗尽后启动自毁装置自毁。“无人机的设计有加法设计和减法设计两条研发思路。通过新思维、新技术和新手段,在具备完成任务能力的前提下,合理减小无人机的战技指标,从而减小无人机的规模,降低技术要求和使用成本,‘天眼’炮射无人机采用的就是这个思路,是一种减法设计。”邱良军介绍到。

  为进一步激发设计人员的创新精神,把提升创新力作为一项长远计划,直升机所于2009年设立了所长课题基金。直升机所所长邱光荣介绍,所长课题基金是为加强应用基础研究和关键技术攻关的支持力度,为营造良好的研究环境,鼓励原始创新,培养直升机高科技人才,促进直升机技术进步和发展而设立,遵循“指南牵引、平等竞争、择优资助、鼓励创新”的原则。主要支持直升机旋翼研制及其技术发展中的应用基础研究和部分探索性强的应用研究,解决旋翼研制中出现的技术瓶颈,攻克关键技术,探索新思想、新概念、新原理和新方法的科学研究。所长科学基金项目主要面向具有研究能力的研究室和专业技术组以及航空高等院校、直升机相关的科研院所和企业,根据需要还可向其他指定单位开放。

  直升机所各研究室为激发设计人员的创造力也动足了脑筋,有些研究室实施项目团队管理,在进行项目方案制定、碰上技术难点等需要进行技术创新时,首先是项目负责人拿出一个初步方案,在团队内部进行多次讨论,之后再在全室进行广泛讨论。为了充分调动科研人员的积极性和创造力,直升机所加强了专利管理,对各研究室的专利工作进行考核,对申请到专利的技术予以奖励。在一些项目的新技术攻关上,放手启用思想活跃的年轻技术骨干负责项目,室内技术核心组(主任+技术发展组+专业组长)作为技术把关组或顾问组,对项目负责人提出的一些创新性想法,在项目会议上由技术核心组把关,群策群力推进技术创新。

  新概念直升机是未来直升机发展的方向,是充满想象力和创造力的一种旋翼飞行器。新概念直升机的设计除了技术的突破,更关键的是创新精神的勃发,因为创新精神是科技进步的强大动力。直升机所肩负着推动中国直升机技术进步的重任,新概念直升机的设计是必然要跨过去的门槛,这其中更重要的还是创新精神的培养。世界科技日新月异,相随相伴的正是创新精神。

  直升机所坚持“全球视野、国际标准、开放合作、自主创新”的发展理念,近年来,军机、民机双轮驱进,常规直升机与无人直升机比翼双飞。直升机所总设计师吴希明曾经担纲了直10专用武装直升机等多个重大型号的领军重任,现在,一批科研骨干又在他的带领下,立志开拓新概念直升机的广阔天地。兢兢业业,孜孜以求,直升机所通过几代人的不懈奋斗,将一架架直升机放飞蓝天,朝着国际一流直升机研发机构的行列不断迈进。

  如果说国产直升机是空中怒放的花朵,那么新概念直升机则是待放的花蕾,只要用创新的智慧去浇灌,它们必然呈现更加绮丽的美景。

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