GE公司開發(fā)激光導(dǎo)航無人機自主空中加油技術(shù)

錢　輥

自主空中加油(AAR)技術(shù)是目前無人機自主化和智能化研究領(lǐng)域的一個熱點，該技術(shù)不但可用于提升無人機的作戰(zhàn)半徑和作戰(zhàn)效能，而且還可用于提升有人駕駛飛機進行空中加油的安全性和可操作性。尤其是在惡劣天氣條件下，AAR技術(shù)可大幅降低飛行員進行空中加油時的技術(shù)難度和工作負擔(dān)。正是因為AAR技術(shù)無論是在無人機還是有人駕駛飛機領(lǐng)域都擁有十分廣闊的應(yīng)用前景，所以，近年來美國軍方、官方研究機構(gòu)和多家防務(wù)公司正致力于AAR技術(shù)的實用化研究。比較有代表性的包括NASA德萊頓飛行研究中心(DFRC)，賽拉內(nèi)華達公司(SNC)研究團隊、美國空軍研究實驗室(AFRL)／波音公司“鬼怪”工程隊研究團隊、諾斯羅普格魯曼公司和科巴姆公司等。最近，GE公司航空分部也加入了AAR技術(shù)的研究行列，并計劃研制先進的激光導(dǎo)航AAR系統(tǒng)(AAR LNS)準備參與競爭美國空軍和海軍即將啟動的AAR技術(shù)招標項目。

新穎的激光導(dǎo)航AAR系統(tǒng)

GE航空分部研制的激光導(dǎo)航AAR系統(tǒng)(AAR LNS)具有精度高、穩(wěn)定性好、抗電磁干擾能力強的技術(shù)特點，它主要由四部分組成：光電網(wǎng)格生成和識別系統(tǒng)(EOGRS)、受油機定位系統(tǒng)(RPS)，雙向數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)(BDL)和加油錐套增穩(wěn)系統(tǒng)(DSS)。GE公司的激光導(dǎo)航AAR系統(tǒng)的獨特之處在于：一個光電網(wǎng)格生成和識別系統(tǒng)(EoGRS)被裝在加油機拖出的錐套上，并在加油機后部空域與錐套軸線垂直的平面內(nèi)生成一個基于直角正交坐標系的二維激光網(wǎng)格(對人眼無害)。EOGRS系統(tǒng)生成的二維激光網(wǎng)格大約位于加油機后方100英尺空域，其網(wǎng)格刻度精確到英寸。而無人受油機上裝載的定位系統(tǒng)可以識別和解碼該激光網(wǎng)格所顯示的空間坐標數(shù)據(jù)，并依據(jù)該坐標數(shù)據(jù)引導(dǎo)受油機探頭與加油機錐套完成接近和對接。值得注意的是RPS系統(tǒng)被安裝到無人機的可伸縮受油探頭上只有在進行空中加油時才伸出機身外部，平時則收入無人機的蒙皮下，可以保證無人機的隱身性能不受影響。激光導(dǎo)航AAR系統(tǒng)還擁有一個雙向數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)(BDL)，可將加油機錐套的空間坐標數(shù)據(jù)實時傳輸給受油機，以增加對接的精確性。

2009年6月下旬，GE公司已經(jīng)使用歐米伽空中加油服務(wù)公司的K-707加油機對激光導(dǎo)航AAR系統(tǒng)進行了早期飛行試驗，K-707加油機在其機身后部拖出一個美國／北約MA-3標準的軟式加油錐套，其上裝有光電網(wǎng)格生成和識別系統(tǒng)。此次試飛的主要目的是調(diào)校EOGRS系統(tǒng)激光發(fā)射機生成的空間導(dǎo)航坐標數(shù)據(jù)的精確度。在試飛過程中，試飛工程師收集EOGRS系統(tǒng)生產(chǎn)的加油機錐套空間坐標數(shù)據(jù)，并和通過光學(xué)設(shè)備、慣性測量設(shè)備和GPS定位系統(tǒng)等多種測試手段實際測量得到的錐套空間位置數(shù)據(jù)進行對比，以進一步調(diào)校EOGRS系統(tǒng)生成的空間坐標數(shù)據(jù)的精確度。

相對于競爭對手開發(fā)的AAR系統(tǒng)，GE公司的激光導(dǎo)航AAR系統(tǒng)并不依賴于GPS系統(tǒng)，僅依靠激光定位技術(shù)和數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)就解決了無人機自主空中加油的精確對接問題，因此，其抗電磁干擾性能要明顯強于其競爭對手。

美國海軍的加油錐套增穩(wěn)系統(tǒng)(ASDRS)驗證計劃

美國海軍明確要求其未來的艦載無人機必須具備自主空中加油技術(shù)(AAIR)，因此，諾-格公司的N—UCAV驗證項目必須包括x一47B艦載無人機的AAR試飛科目，美國海軍計劃于2013年使用x一47B進行AAR技術(shù)飛行試驗。屆時，一架F／A一18E/F戰(zhàn)斗機將安裝完整的AAR系統(tǒng)充當(dāng)加油機，和X-47B受油機進行伙伴空中加油試驗。

但是，根據(jù)之前NASA德萊頓飛行研究中心所展開的軟式錐套AAR試飛的經(jīng)驗來看，加油機錐套在紊流條件下的無規(guī)律搖擺幅度相當(dāng)大(垂直擺動幅度達到0.15米，水平擺動幅度更是高達0.37米)，這為受油機探頭和加油機錐套的精確對接制造了困難。因此美國海軍正在向各大防務(wù)公司招標一種加油錐套增穩(wěn)系統(tǒng)(ASDRS)，其主要功能是減小加油機錐套在紊流中水平和垂直搖擺的幅度，以求降低AAIR試飛的難度和風(fēng)險，并計劃在2010年上半年公布ASDRS系統(tǒng)的招標結(jié)果。美國海軍計劃于2012年7-8月，用F／A-18E／F模擬無人機進行ASDRS系統(tǒng)AAR試飛，并在2012年11月將ASDRS系統(tǒng)裝到X-47B上進行AAR試飛。

為了滿足了美國海軍的要求，GE公司研制的激光導(dǎo)航AAR系統(tǒng)就特意增加了一套加油錐套增穩(wěn)系統(tǒng)(DSS)，該系統(tǒng)的主要部件是固定在加油機拖出的錐套上的數(shù)個氣動穩(wěn)定面，其主要功能是減小錐套在紊流中的擺動幅度。GE公司航空分部已經(jīng)在風(fēng)洞中驗證了該系統(tǒng)的增穩(wěn)功能，試驗表明DSS系統(tǒng)在典型的機翼翼尖渦流和發(fā)動機噴流產(chǎn)生的渦流環(huán)境中可顯著降低錐套的不規(guī)則擺動幅度，達到了設(shè)計目標。下一步，GE公司計劃在實際的飛行試驗中測試加油錐套增穩(wěn)系統(tǒng)(DSS)的抗素流擾動能力。

和GE公司的激光導(dǎo)航AAR系統(tǒng)相比，其他競爭對手研發(fā)的AAIR系統(tǒng)都不具備加油錐套增穩(wěn)功能，因此，在滿足海軍的AAR技術(shù)需求方面，GE公司的激光導(dǎo)航AAR系統(tǒng)已經(jīng)搶得了先機。

其他公司的AAR技術(shù)研究進展情況

早在去年，美國空軍研究實驗室(AFIRL)／波音公司“鬼怪”工程隊研究團隊就宣布要聯(lián)合驗證無人機對無人機的自主空中加油(UAV—UAV AAR)研究項目的第二階段試飛技術(shù)，目標是完成“有人駕駛加油機

F-16 VISTA變穩(wěn)飛機”的軟管錐套式AAR試飛，試驗中，將由F-16VISTA變穩(wěn)飛機來充當(dāng)無人機模擬平臺，今年波音公司又表示在試飛項目后期，要動用其正在制造的“鬼怪魚”無人機進行AAR技術(shù)驗證試飛。“鬼怪魚”無人機是波音公司在已經(jīng)被淘汰的X-45C無人機的技術(shù)基礎(chǔ)之上，自籌資金研制的一種新的無人作戰(zhàn)系統(tǒng)驗證機。從今年7月最新公布的照片中可以看出，“鬼怪魚”的原型機機身上方保留了空中加油設(shè)備口蓋，以便于波音公司驗證AAR技術(shù)，為公司競標未來美國軍方更多的無人機項目打下技術(shù)基礎(chǔ)。

而諾斯羅普·格魯曼公司在美國國防高級研究計劃局(DARPA)的支持下，也計劃在2010年利用RQ-4“全球鷹”高空長航時無人機進行UAV-UAV AAR試飛。據(jù)報道，經(jīng)過AAR技術(shù)升級后，“全球鷹”無人機的滯空時間將從現(xiàn)在的50小時延長到150小時，其航程提高3倍，單架次飛行的作戰(zhàn)效能得到了成倍提升?！叭蝥棥钡腁AR技術(shù)升級項目被命名為KQ-X項目，字母K代表加油機、Q代表無人機、x則代表試驗探索之意，和NASA的X系列研究機的命名方式有異曲同工之妙。據(jù)報道，目前已有兩架“全球鷹”無人機正在接受改裝用于AAR技術(shù)研究，一架將安裝軟管式授油錐套扮演無人加油機的角色，另一架則安裝可伸縮式加油管扮演無人受油機的角色。但是諾·格公司表示相對于同是該公司研

位于德克薩斯州的科巴姆公司(Cobham)是一家航空配套設(shè)備研發(fā)公司，尤其以研制空中加油設(shè)備見長，該公司已經(jīng)向美國海，空軍交付了超過1 000套各種型號的空中加油設(shè)備，包括掛載于小型飛機上的伙伴加油吊艙和大型加油機上的軟，硬管空中加油設(shè)備。

科巴姆公司早在去年就宣布要在位于亞利桑那州的猶尤馬試驗場上空完成UAV-UAV AAR試飛，并宣稱要先于美國軍方和官方研究機構(gòu)完成UAV—UAVAAR試飛的創(chuàng)舉，并專門制造了兩架翼展1.8米的小型無人機來進行無人機伙伴式AAR試驗試飛，但是，據(jù)報道最近科巴姆公司已經(jīng)放棄了在小型無人機上嘗試AAR試驗的努力，而將目光投向了實用價值更高的大型無人機的AAR試飛研究計劃。目前，科巴姆公司正和星技術(shù)公司合作開發(fā)VisNav視頻導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)，以求用于UAV-UAV AAR驗證試飛項目。