AV500系列無人直升機的設計與發(fā)展

9月14日至9月17日，第四屆中國天津國際直升機博覽會在天津空港經(jīng)濟區(qū)舉行，來自多個國家的直升機制造商紛紛攜帶各自的最新機型，公開展示各自的先進技術(shù)和研發(fā)能力。航空工業(yè)直升機設計研究所（簡稱直升機所）在室內(nèi)展出了自行設計和研制的多種類型無人駕駛飛行器，其中AV500系列無人機直升機最為引人注目，而最新亮相的AV500W察打一體無人直升機更是成為本屆直博會的一大亮點。

啟動研制工作

從飛行器設計和研制來看，無人直升機首要技術(shù)特征是直升機，其次才是無人機。因此，利用直升機行業(yè)的技術(shù)基礎是發(fā)展我國無人直升機事業(yè)的根本，集中力量攻關(guān)是加速我國無人直升機發(fā)展的必由之路。直升機所的無人直升機項目始于2004年。當時，研制人員通過廣泛調(diào)研和充分論證，認識到無人駕駛直升機是未來的重要發(fā)展方向，開始嘗試設計新型無人直升機。

與固定翼無人機相比，無人直升機憑借著總體構(gòu)型上的特點具備了一些使用優(yōu)勢，如：可以垂直起降，起飛著陸場地小，適應性強；可以空中懸停，機動靈活，具有全面的任務能力；總體尺寸小、生產(chǎn)成本低、作戰(zhàn)使用靈活、戰(zhàn)場生存力強。從作戰(zhàn)效能來看，無人直升機既能完成固定翼無人機無法完成的任務，又能完成有人駕駛直升機不能執(zhí)行的任務，在執(zhí)行一些危險任務時的風險更低，成功率更高。

為此，直升機所在2004年8月專門組建了研究機構(gòu)，集中技術(shù)力量，通過自籌資金，啟動了無人直升機的研制工作。直升機所根據(jù)用戶提出的無人直升機預先研究計劃，積極組織參與指南編寫工作，編制完成了無人機裝備預先研究項目建議書。此后，直升機所開始技術(shù)攻關(guān)，逐步掌握了一系列關(guān)鍵技術(shù)，推動了無人直升機的設計和研制工作。

針對無人直升機的自主飛行控制技術(shù)，科研人員開展了大量的自主飛行控制相關(guān)技術(shù)預先研究工作，成功研制了飛行控制與管理系統(tǒng)，研制出采用多余度設計、傳感器信息高度融合的飛行控制系統(tǒng)，使無人直升機具備按預定航路飛行、自動起飛、自動返航和自動降落的全自主飛行能力。

直升機所立足40多年有人直升機的研制經(jīng)驗和強大的技術(shù)開發(fā)能力，經(jīng)過十余年的技術(shù)攻關(guān)，掌握了無人直升機總體氣動技術(shù)、飛行控制技術(shù)、發(fā)動機控制技術(shù)、全機減振及隔振技術(shù)、指揮控制技術(shù)、高抗擾控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，走出了一條自主創(chuàng)新的發(fā)展道路。目前，該所已經(jīng)研制了從AV200到AV500的系列無人直升機型號，部分產(chǎn)品已投入生產(chǎn)并交付用戶。

實現(xiàn)首次飛行

針對軍、民領域?qū)o人直升機的發(fā)展需求，直升機所從2005年開始自主設計了U8無人直升機，主要用于偵察、目標指示與定位、通信中繼等任務。該機在2006年完成了工程設計，在2007年6月實現(xiàn)首次飛行。

2011年7月中旬，U8無人直升機圓滿完成了首次高原試飛試驗，標志著這種無人直升機的高原性能取得顯著進步，有效提升了無人直升機高原作業(yè)綜合保障能力。此次U8無人直升機高原試飛試驗為期15天，分別在海拔高度為1060m的甘肅天水市、1400m的天水武山縣、2080m的西寧平安縣和3060m的青海共和機場等地進行了試飛，有效飛行29架次。U8直升機的高原飛行試驗按照不同海拔高度、配重等狀態(tài)完成發(fā)動機起動、地面試驗、有地效懸停、無地效懸停等試飛科目，獲得成功。

同年9月，直升機所在北京航展上展出了U8無人直升機，12月，U8無人直升機通過了全機技術(shù)鑒定。2013年11月，航空工業(yè)在迪拜航展上首次展出了出口型U8無人直升機。其后，直升機所根據(jù)無人直升機的未來發(fā)展規(guī)劃，在U8無人直升機的基礎上，通過進一步改進技術(shù)和優(yōu)化設計，將其重新命名為AV200無人直升機。

AV200無人機系統(tǒng)由無人直升機、地面測控站、任務設備和地面保障設備組成。其中，地面測控站采用車載方艙裝載和簡易車載兩種方式，可供用戶選擇；地面保障設備包括使用維護設備、直升機運輸車、模擬訓練設備等。

AV200無人直升機的長4.6m、高1.5m、寬0.76m，滑橇跨距1.08m。該機的最大起飛重量230kg，最大平飛速度150km/h，巡航速度110～120km/h，在攜帶25kg任務載荷下，續(xù)航時間為2h，使用升限3000m，飛行控制半徑100km。它的典型任務載荷為光電吊艙及配套視頻記錄儀。

AV200無人直升機采用全權(quán)限數(shù)字式電子控制系統(tǒng)，具備人工操縱、程序控制和應急控制等三種模式，可實現(xiàn)穩(wěn)定無人直升機姿態(tài)、控制發(fā)動機風門和飛行軌跡功能，完成從起飛到降落整個過程的飛行管理，包括對動力裝置、機載電氣設備和任務設備的管理，以及故障終端與處理等多項任務。

地面測控站用于完成對無人機遙控、遙測、跟蹤定位和偵察信息傳輸，具有任務規(guī)劃和數(shù)據(jù)鏈路監(jiān)控能力，實現(xiàn)對無人直升機和機載任務設備的遙控操作以及偵察信息的實時監(jiān)視、記錄和分發(fā)，由三名操作員操作。

AV200無人直升機體積小、重量輕、使用維護方便，通過裝載不同任務設備，可廣泛應用于目標偵察、警務執(zhí)法、搜索救援、海事監(jiān)管、農(nóng)林作業(yè)、電力巡線等軍用和民用領域。

增強任務能力

繼AV200無人直升機后，直升機所又在2013年底推出了AV500輕型無人直升機系統(tǒng)。該系統(tǒng)由飛行平臺、運輸保障車和地面控制站組成，無需專用起降場地，可在一般公路上直接起降飛行，具備30min內(nèi)實現(xiàn)快速部署的能力。憑借著相對較小的尺寸，AV500無人直升機可以存放在保障車的方艙內(nèi)，非常便于運輸。到達預定地點后，操作人員打開一側(cè)艙門，卸下無人直升機，就可在地面站內(nèi)控制起飛。

AV500無人直升機的機體結(jié)構(gòu)采用了框架式結(jié)構(gòu)設計，由金屬焊接主骨架、全復合材料蒙皮、蹺蹺板式主旋翼、復合材料槳葉、高置平尾和滑橇式起落架組成，主減速器安裝在旋翼軸下方，尾減速器安裝在尾撐后端。機身前部設計有兩層設備艙，用于安裝機載設備，機身中部、主減速器的兩側(cè)對稱布置有燃油箱。

該機機長7.2m、高2.3m、寬1.6m，最大起飛重量450kg，最大平飛速度170km/h，最大巡航速度120km/h，升限可達到4000m，最大續(xù)航時間可達8h，控制半徑200km。

AV500無人直升機具有先進安全性，飛控系統(tǒng)采用了冗余設計，傳感器信息高度融合，具備故障隔離/排除故障飛行能力，安全可靠性高。AV500無人直升機具備按預定航路飛行、自動起飛、自動返航、自動起降、自動懸停、自動航線飛行、在線航線變更和數(shù)據(jù)鏈中斷緊急返航飛行等功能，得益于設計性能優(yōu)異的飛行控制系統(tǒng)，大大減輕操作人員的心理負擔和精神壓力。該機的飛控系統(tǒng)性能具有國內(nèi)領先水平，達到了美國軍方定義的自主飛行控制等級中第2-3級水平，與國外無人直升機的當前技術(shù)水平相當。

根據(jù)不同的用戶需求，AV500無人直升機可以搭載各種任務載荷，具有較強的綜合任務能力，最大任務載荷可達120kg。其中，典型任務載荷為可見光/紅外光電吊艙、合成孔徑（SAR）雷達、通信中繼設備等。

AV500無人直升機可應用于海事監(jiān)管、環(huán)境監(jiān)測、搜索救援、農(nóng)林防護、管道巡線、地質(zhì)勘查、航空拍攝等民用領域。該機具有良好的飛行性能，可靠性高，使用成本低，維護方便。該機具備全天候作業(yè)能力，環(huán)境適應性好，能夠在中雨、小雪、風沙等復雜氣象條件下晝夜飛行，并具有7級抗風能力。

開展飛行測試

幾年來，AV500無人直升機經(jīng)過大量的飛行驗證，表明了具有優(yōu)異的飛行性能和強大的任務能力和可靠的產(chǎn)品質(zhì)量。同時，該機在第三屆天津直博會和第十一屆珠海航展等多個國內(nèi)重要航展進行了靜態(tài)展示，受到廣泛關(guān)注。

2015年，AV500無人直升機在內(nèi)蒙古阿拉善地區(qū)開展了高原試飛，驗證了其優(yōu)良的高原飛行品質(zhì)。

2016年4月27日，AV500無人直升機在距離廣東省汕頭市48km遠的南澳島海面上空首次成功完成7級陣風下的海上試飛。在7級陣風的海面上，該機經(jīng)過45min飛行，展現(xiàn)了優(yōu)良的飛行性能。這是AV500無人直升機首次開展海上試飛，它的成功為加快無人直升機承擔海事作業(yè)以及海上運營創(chuàng)造了條件，也標志著我國民用無人直升機將開啟海洋區(qū)域作業(yè)的新里程。

此次試飛歷時2天，AV500無人直升機分三個階段測試了多項設計指標。第一階段是開展數(shù)據(jù)鏈海上拉距試驗，驗證無人直升機在海洋環(huán)境下的測控鏈路有效作用距離與信息傳輸質(zhì)量。第二階段是在近場進行適應性試驗，以檢查無人直升機在海邊場地的機上系統(tǒng)工作、起降能力、飛行適應性。第三階段是針對典型使用場景開展航線預設飛行，此次場景假定為無人直升機在海邊場地懸停起飛開展巡邏任務，到達任務區(qū)域后圍繞目標船只進行低空飛行，并通過掛載的光電吊艙對海面船只進行監(jiān)視、辨識。

2016年5月22日，AV500無人直升機系統(tǒng)在江西鄱陽縣無人機試驗試飛基地首次實現(xiàn)4h不間斷飛行，總航程超過310km。此次試飛，AV500無人直升機以預設多邊形航線為軌跡飛行，以平穩(wěn)的姿態(tài)和良好的可靠性圓滿完成長航時飛行任務，展現(xiàn)了其優(yōu)秀的飛行性能。試飛結(jié)果表明，AV500無人直升機具備高可靠性和長航時連續(xù)作業(yè)能力。這是AV500無人直升機繼“零故障”完成內(nèi)蒙古高原試飛和廣東南澳海域飛行后的又一次重要試飛成果，也是國內(nèi)無人直升機自主研制史上的重大突破。

2017年3月2日，AV500無人直升機在河北省高碑店市完成了為期7天的“無人直升機航空應急測繪系統(tǒng)”演示飛行的所有科目，對我國提升航空應急測繪能力、建設突發(fā)事件應急體系具有重要意義。

在此次飛行演示中，AV500無人直升機同時搭載了光電吊艙、中畫幅相機，實時開展應急測繪，頂著10m/s的陣風，完成了高難度飛行機動表演。在航線飛行過程中，機上搭載的中畫幅相機在高空完成對地面地理信息的高清自動拍攝，光電吊艙可見光和紅外的圖像清晰，對運動目標的跟蹤效果及測距效果良好。

這意味著，AV500無人直升機獲得了“千里眼”的能力，不僅飛得更高更遠，還能看得更清更遠，這對我國提升航空應急測繪能力、建設突發(fā)事件應急體系具有重要意義。

無人直升機是無人直升機航空應急測繪系統(tǒng)的主要部分，也是實現(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)指標的基本平臺。結(jié)合測試過程及數(shù)據(jù)結(jié)果，AV500無人直升機航空應急測繪系統(tǒng)滿足應急測繪快速反應，大范圍、一定范圍作業(yè)的需求，能夠?qū)崿F(xiàn)復雜環(huán)境條件下獲取目標區(qū)域遙感影像的能力。同時，影像成果不僅能夠滿足應急測繪的需求，也能夠滿足日常生產(chǎn)的航攝作業(yè)需求。

AV500的性能優(yōu)勢，歸納起來主要有以下五點：一是飛行器設備國產(chǎn)自主研發(fā)，測試方案全程自主把控；二是系統(tǒng)設備高度智能化集成，形成完善作業(yè)工藝流程；三是依托自主產(chǎn)權(quán)數(shù)據(jù)處理軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速處理；四是整體系統(tǒng)方案能適應應急全天候、全地形作業(yè)；五是通信鏈路傳輸不依賴當?shù)丨h(huán)境條件限制，能保證持續(xù)有效作業(yè)。

AV500的主要用途是提供足夠的空間安裝任務載荷設備，實現(xiàn)全自主起降以及程序飛行，能夠?qū)Λ@取到的現(xiàn)場視頻信息進行實時回傳。在原有各類應急響應系統(tǒng)的基礎上，研發(fā)人員還進一步完善了動態(tài)預警信息社會發(fā)布體系和各類突發(fā)事件監(jiān)測預警系統(tǒng)，嘗試突破傳統(tǒng)數(shù)字航空攝影的作業(yè)模式，并做出擴展。比如，根據(jù)監(jiān)控中心的調(diào)度，臨時機動到不同級別監(jiān)測現(xiàn)場，進行“實時響應監(jiān)測”，和現(xiàn)有相關(guān)系統(tǒng)或平臺進行數(shù)據(jù)交換和共享，填補大區(qū)域一定范圍應急動態(tài)監(jiān)測的空白。

在通信技術(shù)、傳感器更新等各種因素促進下，低空無人遙感作為一種低成本、高精度、操作簡便的數(shù)據(jù)獲取方式應運而生，在傳統(tǒng)測繪、數(shù)字城市建設、災害應急處理等動態(tài)監(jiān)測領域取得了很好的效果。

優(yōu)化察打構(gòu)型

目前，世界范圍內(nèi)的小規(guī)模武裝沖突頻繁發(fā)生，多個國家需要一種輕型無人機對戰(zhàn)場態(tài)勢進行預先偵察，探索可以攜帶一些武器，具有一定的威懾能力和打擊能力。正是看到潛在用戶的作戰(zhàn)需求，直升機所自主研制了AV500W察打一體無人直升機，旨在適應未來無人化戰(zhàn)場的需要，填補固定翼無人機最低飛行高度下方的戰(zhàn)場空間。

2016年11月，AV500W無人直升機在第11屆珠海航展上首次公開亮相，此次是AV500W第一次參加直博會。細心觀察可以發(fā)現(xiàn)，時隔不到一年，AV500W無人直升機在外形設計上發(fā)生了很大變化。

直觀可見，AV500W武裝無人直升機在總體構(gòu)型方面得到了全面優(yōu)化。該機采用了流線型的全復合材料機身，吸收和融合了低可探測性技術(shù)，上半部如同倒扣的獨木舟，頂部進氣口明顯縮小，下半部表面明顯內(nèi)傾，顯然具備了一定的隱身能力。

現(xiàn)場資料介紹，AV500W無人直升機的機身長7.2m、高2.3m、寬1.6m，最大起飛重量450kg，最大有效載荷約145kg，最大飛行速度170km/h，作戰(zhàn)半徑200km，飛行高度達到4000m。該機可搭載120kg武器和探測設備，在偵察模式下，續(xù)航時間可達8h；在偵察/作戰(zhàn)模式下，可連續(xù)飛行4h。

AV500W無人直升機不僅可以在高原和峽谷等多種地形條件下起降，還能夠在寒冷和炎熱環(huán)境下正常飛行。該機具有機動性強、隱蔽性好、突襲性強等特點，具備良好的偵察能力和快速反應能力。它可以執(zhí)行超低空滲透，并保持一段時間懸停，因此能廣泛用于邊境巡邏、反恐行動和低強度沖突。

AV500W無人直升機加裝了晝夜觀瞄系統(tǒng)、火控外掛管理系統(tǒng)、空地導彈系統(tǒng)，對全機各系統(tǒng)進行適應性改進設計，可以快速反應，對地面人員、車輛等小型目標進行精確打擊。

從現(xiàn)場展出的機載武器來看，AV500W無人直升機可攜帶FT-8D空地導彈、常規(guī)炸彈和機槍吊艙等武器裝備。該機的起飛重量雖然不到500kg，但打擊能力可以與有人武裝直升機相媲美。可以看到，該機在短翼下方掛載了滑翔制導炸彈，并可以在機腹位置掛載機槍吊艙，與光電傳感器實現(xiàn)聯(lián)動，確?？吹綌撤侥繕撕罅⒓磳嵤┐驌?。

對于距離更遠的敵方目標，AV500W無人直升機可以使用掛載在機身兩側(cè)短翼下的4枚輕型空地導彈。該型導彈采用半主動激光制導方式，具有很高的命中精度，在今年上半年進行的打靶試驗中，F(xiàn)T-8D導彈取得了很好的成績。最大攻擊距離可以達到5km。

目前，AV500W無人直升機已經(jīng)在今年8月初步完成了打靶試驗，攜帶的空地導彈在試驗中取得了很高的命中精度。預計，該機在2018年初完成定型試驗，具備交付客戶的條件。

積極開拓市場

近年來，直升機所以AV500無人直升機為突破口，聚焦主要目標用戶開展市場推廣，針對用戶采取主動營銷策略，正在建立先發(fā)優(yōu)勢。從裝備使用來看，該所在AV500無人直升機的全壽命周期內(nèi)，可為用戶提供高效、便捷的售后保障技術(shù)服務。

在2016年珠海航展上，AV500W原型機首次亮相就引發(fā)了多方關(guān)注，此次具有隱身性能的AW500無人直升機首次亮相直博會，再次吸引了潛在用戶的目光。該機具有良好的偵察能力和快速反應能力，能夠?qū)Φ孛孑p型車輛、人員等小型目標進行精準打擊，可廣泛用于對地攻擊、反恐和緝私緝毒等領域。

目前，國際市場上可以執(zhí)行打擊任務的無人直升機并不多，但是對這類平臺的潛在需求與日俱增。AV500W無人直升機的目標市場將是有反恐需求的國家。航空工業(yè)直升機設計研究所無人直升機技術(shù)總監(jiān)方永紅在本屆直博會上表示，歐洲、非洲和中東許多國家都面臨加強反恐行動的巨大壓力，需要像AV500W無人直升機這樣性能優(yōu)異、價格不貴的裝備。

從國際市場來看，AV500W無人直升機具有較好的外貿(mào)前景。據(jù)悉，沙特阿拉伯、阿聯(lián)酋等多個中東國家已經(jīng)對AV500系列無人直升機表現(xiàn)出濃厚興趣，一些拉美和非洲國家也在積極關(guān)注這種無人直升機的發(fā)展。長遠來看，AV500W無人直升機不僅可以用于軍事領域，還可以執(zhí)行警巡任務和海監(jiān)海警任務。

（責任編輯：劉玲蕊）