艦載無人直升機發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)淺析

陸圣杰

中國直升機設(shè)計研究所

艦載無人直升機以其特有的機動靈活、低空飛行、可在狹窄空間起降等特點，在現(xiàn)代信息化海戰(zhàn)中凸顯出重要作用，目前已成為現(xiàn)代海軍艦隊的一個重要組成部分。現(xiàn)代海軍裝備正在向無人化、智能化、高性能、多功能等方向發(fā)展，艦載無人直升機是各國海軍爭相發(fā)展的新一代裝備。本文簡要介紹國外艦載無人直升機的發(fā)展現(xiàn)狀，對艦載無人直升機著艦、抗電磁干擾、耐腐蝕等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和分析，提出研究方向和思路，并對未來艦載無人直升機的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。

在現(xiàn)代海上局部戰(zhàn)爭中，目標(biāo)大多處于運動之中，活動范圍廣，作戰(zhàn)面臨諸多不確定因素，而艦載無人直升機具備機動靈活、反應(yīng)迅速、低空性能好等特點，可滿足現(xiàn)代海上戰(zhàn)爭的需求，是?；娇樟α康暮侠硌a充。目前世界各國已紛紛展開相關(guān)技術(shù)研究，相信在不遠(yuǎn)的將來，艦載無人直升機的使用范圍將有較大突破和拓展。

由于艦載無人直升機具有人機分離的特點，不用考慮飛行員的疲勞和安全，可執(zhí)行海上高危任務(wù)。通過搭載偵察、干擾、通信中繼等不同任務(wù)設(shè)備，可完成海上預(yù)警、警戒、目標(biāo)指示、電子偵察、通信中繼、電子對抗和打擊等多種任務(wù)，極大延伸其在海上的作戰(zhàn)范圍。相比于有人駕駛直升機，無人直升機在著艦、抗電磁干擾、耐腐蝕等技術(shù)方面具有更高要求，設(shè)計研究更為復(fù)雜。因此有必要深入開展艦載無人直升機的研究。

國外艦載無人直升機發(fā)展現(xiàn)狀

世界上無人直升機的開發(fā)與應(yīng)用比固定翼無人機起步晚，且研制技術(shù)難度大，應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的艦載無人直升機相對較少。以下列舉幾種國外典型艦載無人直升機。

艦載無人直升機鼻祖QH-50系列

早在上世紀(jì)50年代，美國海軍開始發(fā)展艦載無人直升機。1957年，美國海軍啟動反潛無人直升機（Drone Anti-Submarine Helicopter，DASH）計劃。美國基羅達(dá)因公司（Gyrodyne Company）YRON-1超輕型無人直升機成功中標(biāo)，成為DASH平臺，并得到編號DSN-1，后因美軍實施統(tǒng)一編號，其編號改為QH-50A。1960年8月QH-50A無人直升機在美國馬里蘭州海軍航空試驗中心進(jìn)行了首飛，驗證了DASH系統(tǒng)的設(shè)想。

QH-50系列是共軸雙旋翼無人直升機，針對早期機型任務(wù)載荷重量小，以及使用環(huán)境要求苛刻等問題，基羅達(dá)因公司并沒有大批量生產(chǎn)，而是在換裝了波音更大功率的T50-BO-8A渦軸發(fā)動機后，才真正開始批量生產(chǎn)QH-50C。據(jù)悉，QH-50C最大起飛重量已達(dá)1.05t，可同時攜帶2枚MK44魚雷，最大任務(wù)半徑可達(dá)52km。1964年4月，美國海軍要求基羅達(dá)因公司升級QH-50C，以克服無全天候飛行能力和導(dǎo)引精度不足等問題，QH-50C因此改型為QH-50D。

在DASH計劃支持下，基羅達(dá)因公司已向美軍交付超過700架QH-50系列無人直升機。由于可靠性不高和反潛需要下降，1970年11月美國海軍徹底終止了DASH計劃。計劃告終后，剩余的一部分QH-50系列產(chǎn)品在2009年之前一直被美國用作各種實驗平臺。

圖1 美軍QH-50系列艦載無人直升機。

圖2 MQ-8B無人直升機在艦上起飛。

“火力偵察兵”先進(jìn)無人直升機

RQ-8A、MQ-8B和MQ-8C“火力偵察兵”系列無人直升機已列裝美軍，是目前世界上非常先進(jìn)的艦載無人直升機，承擔(dān)著美國海軍海上偵察、反潛、反艦和反水雷任務(wù)。其他國家主要發(fā)展小型無人直升機，而美軍一直致力于發(fā)展重載、長續(xù)航的大中型無人直升機，因此無論是RQ-8A、MQ-8B還是MQ-8C，均從有人駕駛直升機改裝而來。

2000年1月，諾斯羅普-格魯門（下稱諾格）公司在美國海軍垂直起降無人機演示驗證項目競標(biāo)中勝出，并獲得美海軍工程與制造發(fā)展合同，軍方編號為RQ-8A，后因該機生存力低，且續(xù)航時間、航程、任務(wù)載荷重量等性能指標(biāo)無法滿足美國海軍需求，該合同項目被取消。2003年美軍直升機在伊拉克戰(zhàn)場損傷慘重，“火力偵察兵”項目因此重獲新生，諾格公司根據(jù)美國海軍和陸軍的新要求，將RQ－8A進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)展為MQ-8B無人直升機。2012年，美國海軍組建了第一個由有人直升機和無人直升機組成的直升機編隊，其中無人直升機為MQ-8B，有效提高了戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力，在執(zhí)行艦艇指揮和情報收集任務(wù)中發(fā)揮了重要作用。

2012年，諾格公司根據(jù)美軍新的作戰(zhàn)需求，基于“貝爾”407改裝出新型MQ-8C “火力偵察兵”。與MQ-8B相比，MQ-8C尺寸更大，續(xù)航時間更長，全天候飛行能力更強。

S100 艦載無人直升機暢銷海外

S100無人直升機由奧地利西貝爾（Scheibel）公司研制，是一款小型無人直升機，該機最大起飛重量200kg，最大任務(wù)載荷重量50kg，最大續(xù)航時間5.8h。

S100機身由先進(jìn)碳纖維復(fù)合材料制成，全機身經(jīng)過防腐處理，在海洋環(huán)境中的耐腐蝕技術(shù)非常優(yōu)秀。同時具有穩(wěn)定的自主起降功能，可以克服大雨、強風(fēng)等惡劣天氣影響，在面積很小的艦船甲板上穩(wěn)定降落。

圖3 MQ-8C無人直升機全天候飛行能力更強。

S100操控靈活、性能優(yōu)異，在軍事及民用領(lǐng)域均有出色表現(xiàn)。S100無人直升機可以執(zhí)行邊境巡邏、海域偵察、反走私、情報收集、艦船跟蹤、搜索與救援等軍事任務(wù)；在民用領(lǐng)域，可執(zhí)行港口和邊境管控、安保、測繪、航拍、救災(zāi)搶險、污染監(jiān)視等任務(wù)。

目前S100已出口到德國、法國、加拿大、澳大利亞、芬蘭、挪威、阿聯(lián)酋、印度、巴基斯坦等國家，是一款暢銷海外的艦載無人直升機。

圖4 S100 無人直升機在艦船甲板上平穩(wěn)降落。

中國AV500艦載無人直升機

我國從上世紀(jì)90年代開始重視無人直升機的發(fā)展，多家單位先后開展了無人直升機的研制。近幾年艦載無人直升機需求強勁，國內(nèi)相關(guān)單位正在加強產(chǎn)品研發(fā)。

AV500無人直升機是中國直升機設(shè)計研究所自主研制的一款小型無人直升機，該機于2019年9月通過中國航空工業(yè)集團(tuán)有限公司技術(shù)鑒定。

AV500艦載型無人直升機是由AV500基本型改進(jìn)而成，以一臺國產(chǎn)重油發(fā)動機為動力，最大起飛重量500kg，實用升限3500m。AV500艦載型無人直升機搭載光電、雷達(dá)等任務(wù)設(shè)備，可執(zhí)行偵察、監(jiān)視、海洋巡查監(jiān)視、搜索營救等任務(wù)。

目前該機已完成全部設(shè)計工作，正在開展地面試驗，預(yù)計2020年底完成全部試驗及試飛工作。

關(guān)鍵技術(shù)

無人直升機著艦技術(shù)

無人直升機著艦技術(shù)包括著艦導(dǎo)引技術(shù)和著艦助降技術(shù)。

（1）著艦導(dǎo)引技術(shù)

著艦導(dǎo)引技術(shù)包括著艦引導(dǎo)和飛行控制兩種技術(shù)。著艦引導(dǎo)可實現(xiàn)目標(biāo)跟蹤和引導(dǎo)，通過實時解算無人直升機與目標(biāo)的位置偏差，生成引導(dǎo)軌跡，傳輸給無人直升機，引導(dǎo)無人直升機向目標(biāo)點運動。飛行控制主要控制無人直升機的姿態(tài)、速度、位置和高度，提供多種自動控制模態(tài)和必要的機動模式，實現(xiàn)無人直升機的自動飛行。

目前無人直升機主流著艦導(dǎo)引方式有：采用差分衛(wèi)星(GPS/北斗)為主導(dǎo)引，區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)為備用導(dǎo)引的方式，配合艦船/無人機姿態(tài)測量、靜息期預(yù)測等技術(shù)，實現(xiàn)著艦導(dǎo)引。

（2）著艦助降技術(shù)

圖5 AV500 以一臺國產(chǎn)重油發(fā)動機為動力。

圖6 無人直升機著艦導(dǎo)引流程圖。

艦載無人直升機在艦船甲板上安全著艦的關(guān)鍵點是，助降裝置應(yīng)快速插入隔柵，并提供足夠的拉力保證機體不側(cè)滑和傾翻。在設(shè)計助降裝置時，除考慮艦船橫搖角、縱搖角以及無人直升機重量等影響因素，還需考慮甲板的各方向加速度、側(cè)風(fēng)引起的側(cè)傾力矩和側(cè)滑力。

抗電磁干擾技術(shù)

通常，艦船上電磁環(huán)境非常惡劣，電磁干擾是導(dǎo)致艦載無人直升機失事最常見的原因之一。因此，艦載無人直升機在設(shè)計過程中，不僅要考慮機載設(shè)備電磁兼容性設(shè)計，同時也需要考慮機艦之間電磁兼容性設(shè)計。

艦載無人直升機應(yīng)突破抗電磁干擾技術(shù)，采用相應(yīng)屏蔽措施后，才能確保執(zhí)行任務(wù)萬無一失。

水上迫降技術(shù)

在設(shè)計艦載無人直升機時，需考慮增設(shè)應(yīng)急浮筒式裝置，當(dāng)意外情況發(fā)生時，無人直升機能在水面迫降，以挽救昂貴的機載設(shè)備。

應(yīng)急返航技術(shù)

為提升艦載無人直升機應(yīng)急處理能力，最大程度降低風(fēng)險和損失，艦載無人直升機在設(shè)計時應(yīng)考慮應(yīng)急返航安全策略。

有別于陸基無人機，艦載無人直升機的起降點一直處于移動狀態(tài)的艦船，在執(zhí)行任務(wù)過程中一旦出現(xiàn)通信中斷等突發(fā)情況，需考慮應(yīng)急返航的實際著陸點等關(guān)鍵因素。

耐腐蝕技術(shù)

艦載無人直升機在海洋環(huán)境中服役，將遭受濕熱、鹽霧和霉菌等因素的腐蝕。為確保艦載無人直升機在所要求的環(huán)境條件下安全可靠使用，必須從設(shè)計和工藝等多方面考慮腐蝕防護(hù)要求，并進(jìn)行必要的“三防”試驗驗證，保證整機具備良好的防腐蝕能力。

任務(wù)規(guī)劃與控制站集成技術(shù)

艦載直升機通常將任務(wù)規(guī)劃與控制站集成在艦上控制室，并與艦上導(dǎo)航、通信等系統(tǒng)相互連接，在設(shè)計無人直升機時應(yīng)予以充分考慮。

發(fā)展趨勢

相較艦載直升機，艦載無人直升機擁有艦載直升機不具備的優(yōu)點。比如艦載無人直升機系統(tǒng)操控使用十分便利；成本低，部署靈活機動；無人員傷亡，能以高效費比完成任務(wù)。最為關(guān)鍵的是，高科技技術(shù)已在艦載無人直升機上廣泛應(yīng)用，提升了艦載無人直升機的任務(wù)載荷技術(shù)，尤其是模塊化載荷設(shè)計使艦載無人直升機能執(zhí)行多種作戰(zhàn)任務(wù)，從而擁有更強的戰(zhàn)斗力。未來，艦載無人直升機發(fā)展及作戰(zhàn)運用主要表現(xiàn)在以下五方面。

第一是情報偵察和戰(zhàn)場監(jiān)視。艦載無人直升機搭載電視攝像機，光電/紅外傳感器，激光指示器，合成孔徑雷達(dá)等多種傳感器，運用數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，提高戰(zhàn)艦遠(yuǎn)程戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力，對可能發(fā)生武裝沖突、局部戰(zhàn)爭的海域進(jìn)行持久實時偵察和監(jiān)視。

第二是空中電子壓制和干擾。電子戰(zhàn)“軟殺傷”能力已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭取勝的重要手段，艦載無人直升機搭載有源干擾機，在戰(zhàn)前或戰(zhàn)爭中執(zhí)行電子壓制和干擾任務(wù)，增強了作戰(zhàn)艦艇的遠(yuǎn)程“軟殺傷”能力。

第三是反潛作戰(zhàn)。艦載無人直升機上搭載主動聲吶、被動聲吶、地磁異常檢測裝置，探測處于下潛狀態(tài)的敵方潛艇并進(jìn)行定位，再引導(dǎo)艦船攻擊敵方潛艇。

第四是通信中繼。艦船之間的可靠通信會受到海平面的限制，艦載無人直升機搭載通信中繼設(shè)備可有效解決母艦與其他艦船之間的通信中斷問題。同時，無人直升機通信中繼設(shè)備能與遠(yuǎn)處的無人直升機建立通信，進(jìn)一步增大無人直升機的作戰(zhàn)使用半徑。

第五是目標(biāo)指示，攻擊制導(dǎo)，毀傷評估。艦載無人直升機可為戰(zhàn)艦武器系統(tǒng)指定攻擊目標(biāo)，測定目標(biāo)參數(shù)，協(xié)助艦載火控系統(tǒng)計算射擊諸元，進(jìn)行目標(biāo)分析；同時也可用激光指示器照射目標(biāo)，對激光制導(dǎo)武器進(jìn)行精確制導(dǎo)，并在攻擊后評估目標(biāo)毀傷程度。

縱觀世界各國無人機研究成果和應(yīng)用領(lǐng)域，艦載無人直升機是未來無人機發(fā)展的一個重要型別。隨著無人機技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代海上局部戰(zhàn)爭的迫切需求，各國對垂直起降、低空飛行以及具備察打能力的艦載無人直升機需求會越來越旺盛。

為制造一款專業(yè)艦載無人直升機，除考慮著艦起降、抗干擾、耐腐蝕等關(guān)鍵技術(shù)外，美國海軍MQ-8C等大型艦載無人直升機的研制，也值得我們借鑒和參考；同時我們應(yīng)遵循艦載無人直升機智能化、信息化、功能化的發(fā)展趨勢，研發(fā)滿足我國海軍需求的先進(jìn)艦載無人直升機。