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性能优异:无人机设计的新高度
作为欧洲无人机研发的顶尖企业之一,希伯尔公司最新设计的S-100无人机以其优异的性能、颇具特色的设计,代表了欧洲同类无人机的最高水平。
机身设计 仅从外形上看,S-100极像一架微缩版常规布局直升机,金属的质感、动感水滴流线型机身、粗大的尾翼以及两片又窄又长的主旋翼,都让人毫不怀疑它所具有的非凡性能。该无人机主要在中低空飞行,执行多重任务。全机长3.11m、宽1.24m、高1.12m,主旋翼直径3.4m,空机质量约110kg、最大起飞质量200kg,包括40kg燃油在内其最大负载可达90kg,标准负载34kg(保持6小时滞空时长)。机身中部配备一台罗尔斯·罗伊斯公司生产的小型无人机专用涡轮发动机,其运行时噪声较小,标准输出功率约37千瓦,以102千米/小时的经济航速巡航时可滞空6小时,升限约5.5km。其航程远达130km,最大时速可达222千米/小时,接近一般大型有人直升机的水平。
为有效控制机身质量,S-100广泛采用复合材料,比如,其机身外壳采用碳纤维制成,机体内未单独设计承重框架和梁体,由外壳承担机身受到的全部或大部分压力,机体内各主要部件则大量采用航空钛、铝合金。种种措施使S-100的空机质量在同尺寸直升式无人平台中无出其右。
S-100的机体头部很有特点,由于其机体和发动机进气量都较小,采用大开口的进气方式无法适应直升式飞行器多变的飞行状态,同时为提高机体强度和各种飞行状态时的进气效率,因而将机身前部进气口设计成栅格状,并且进气口被分别布置在机体头部上侧和下侧,上侧主进气口主要用于前飞时进气,下侧副进气口向后斜切,便于在倒飞时提高迎风气流的进气量。其机身后侧排气口也设计成栅格状,使排出的高温尾气在排出过程中充分散热,以较好地降低机体的红外特征。
S-100只设置了位于机腹下方两侧的两个前起落架,且不可收放,为最大限度减轻机体质量,并未设计单独的后起落架,后部支撑由高大的尾翼兼负。
机身传感器 为适应更广泛的应用环境,S-100的机身电子系统设计也很有特点。其电子系统结构设计
参照了军方通用空中平台的设计标准和规范,系统采用模块化嵌入结构,通过数十个分布在发动机、传动机构以及各主要功能模块上的传感器和控制器,实现对全系统机械、电子部件的使用管理与综合诊断。同时,该嵌入式系统具有良好的可升级性和人机交互性能。据希伯尔公司介绍,为增强S-100的未来竞争力,其电子系统还可根据用户需要,改为IEEE1394、RSR-232这类常见的商用数据接口。
S-100机身内有两个负载舱,除搭载用于飞行控制的一些通用传感器外,还可为满足任务需求加载其他传感器。机身的主负载舱位于旋翼轴下方的机腹内,通常配备一套用于飞行遥控的多光谱摄像头,该摄像头装在万向节上,不论机身状态如何都能稳定指向预定方向。主负载舱最大可装载50kg负载,如多光谱成像设备、合成孔径雷达以及探地雷达(GPR)等。辅助负载舱则位于两支主起落架前方的机腹空间内,可配备敌我识别器、ACAS等电子装置。至于无人机与外界的通信联系,则主要通过机身后侧下方的数据天线进行。
飞行控制系统 S-100的飞行控制系统较之以往直升无人平台也有较大提升。除配备较完善的自动驾驶仪外,它还配备有冗余惯性(INS)/31星复合模式导航系统(冗余是重复配置系统的一些部件,当系统发生故障时。冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作——编者注)。在飞行过程中,飞机通过惯性陀螺实现自主稳定,定位则依赖GPS卫星导航系统,在无人干预的情况下,它能依据设定的巡航点进行自主飞行。其控制平台也可灵活配置,一部便携式电脑、一支摇控手柄,就足以操纵它完成大多数任务。
为降低S-100的操作难度,其飞行控制系统具有较高的智能化。比如,由于地表气流紊乱和复杂,加之直升式无人机质量、尺寸都较小,易受地表气象环境影响,因此在起飞、降落阶段对操作者的要求较高,这一阶段也是事故高发期。为降低系统的操作难度,其起飞和降落由飞行控制系统自主控制,操作者只须向无人机下达起飞命令或指定降落坐标,系统就能根据实地气象和地形环境,自行调整动力输出和控制舵面,实现安全起飞或降落。
在空中,S-100的飞行控制系统则整合惯性陀螺以及全机使用管理与综合诊断系统的各种信息,实现对全系统的安全控制。整个系统在飞行过程中,持续分析主要飞行参数,如空机质量、无人机性能、导航、地形、高度、气流和气压等信息,实时评估无人机的飞行状态,如在低空遇有危及飞行安全的强气流或操作人员做出会危及飞行安全的动作指令时,系统就会强行接管飞行挖制杈直至危险解除。这套系统具有极高的实用价值,由于S-100主要在中低空应用,这一空域内的地形、气流环境复杂,操作者往往只能依据操作平台上显示的各项参数对无人机所处的空中环境做出判断,些许疏忽和操作延迟都有可能造成无人机坠毁,而S-100的飞行控制系统能最大限度地降低无人机的操作难度,极大提高其易用性。
按需定制:灵活多样的性能
在设计之初,S-100就明确定位为用途广泛的多功能无人机,可以说,从要配备合适的负载模块,其功能几乎可以无限拓展。本文仅选取S-100的几项较为典型的用途,通过这些便可以对它的任务特性有更深入的了解。
火力校射 无人机用于火炮校射已有很长时间的历史,但具备网络信息功能,能实现目标识别与指示、毁伤效果评估等功能一体化,并且能真正用于信息化条件下远程火力作战校射的空中平台却屈指可数。在此类作战环境中,可垂直起降、能够长时间稳定悬停的S-100具有自身独特的优势。
希伯尔公司将火力校射所需的各类负城优化、整合成一体化的校射模块,模块由可见光/红外摄像系统和激光测距雷达等设备组成。用作火力校射时,S-100的操作需两块综合显示屏,一块用于飞行控制,一块用于显示校射模块的综合信息。飞临战场上空后,无人机先通过可见光/红外摄像头扫描战场,发现可疑目标后,即将目标高分辨率图像传回操作显示屏,并标示出来供操作者鉴别;经操作人员确认目标后,无人于缺乏人员干预,发生误击的可能也大为增加。
战场侦察和监视 S-100另一类主要功能则是战场侦察与监视,尤其是用于海上侦察和监视。S-100本身机体较小,雷达反射截面也小,加之其进、排气口都采用栅格状设计,红外特征不明显,特别适合遂行各类超视距、近距侦察、监视任务,而不易为敌方所察觉。在执行此类任务时,S-100通常搭载各类被动侦测传感器,如红外和电磁信号接收装置,在探测到目标信息后,即可将目标坐标、性质等信息通过数据天线传输回控制中心;有时,为进一步确认目标性质,S-100也可由低空抵近日标作目视侦察。
由于欧洲各国海军普遍缺乏类似美军那样的全球信息定位系统,其海上作战也无法完全依赖天基侦察平台,且囿于海面曲率因素,舰载雷达对视距外水面目标的探测存在盲区,以往舰队的水面预警任务通常由舰载直升机担负,而S-100的出现,正好能为单舰或舰队提供更灵活的选择。无论对于单舰,还是整个舰队,S-100都是名副其实的“千里眼”与“顺风耳”。以单舰为例,通常它只能携带1~2架舰载直升机,以其作为中继预警平台,但无法保持全向、全时侦察预警,而采用S-100无人机后,则可大大缓解这种状况。由于S-100体型较小,即使小型舰只也能携带数架无人机,加之S-100堪比大型直升机的航速、航程以及较长的滞空时间,且昼夜都可使用,使指挥官能够随时掌握海区态势。
除用于侦察外,S-100还可用于海上通信中继、精确武器中继制导、海上电子战等。
其他用途 除军事用途外,S-100还瞄准警用和执法领域。S-100易于改装、小型、低成本的特性,使其可在多个领域内大显身手。比如,交通警察可将其用于临时交通管制和车流量监视,边防警察部队可将其用于边、海防巡逻和侦察,执法部门可利用其执行缉毒、追捕和反偷渡等行动;此外,工程企业包可将其用于江河、谷地探测和海上石油地质勘探,国土安全部门可将其用于水陆运输和抗洪抢险以及旅游业等。
智能化:未来发展方向
目前,阿联酋陆军已订购了40架S-100无人机,法、德等国也正在对其进行测试,以决定是否引进这种新颖的直升式无人机。对此,希伯尔公司正加紧对系统进行改进,正如其总裁所言,像所有高科技产品一样,无人机的研发也永无止境,工程设计和功能总在不断改进,并在进一步完善,未来S-100将进一步增加有效载荷的功率输出,扩展航程并提高滞空能力,提供更多的外部挂载,更重要的是提高系统的智能化水平,实现真正的、高质量的无人化操作和使用。
编辑 刘兰芳
作为欧洲无人机研发的顶尖企业之一,希伯尔公司最新设计的S-100无人机以其优异的性能、颇具特色的设计,代表了欧洲同类无人机的最高水平。
机身设计 仅从外形上看,S-100极像一架微缩版常规布局直升机,金属的质感、动感水滴流线型机身、粗大的尾翼以及两片又窄又长的主旋翼,都让人毫不怀疑它所具有的非凡性能。该无人机主要在中低空飞行,执行多重任务。全机长3.11m、宽1.24m、高1.12m,主旋翼直径3.4m,空机质量约110kg、最大起飞质量200kg,包括40kg燃油在内其最大负载可达90kg,标准负载34kg(保持6小时滞空时长)。机身中部配备一台罗尔斯·罗伊斯公司生产的小型无人机专用涡轮发动机,其运行时噪声较小,标准输出功率约37千瓦,以102千米/小时的经济航速巡航时可滞空6小时,升限约5.5km。其航程远达130km,最大时速可达222千米/小时,接近一般大型有人直升机的水平。
为有效控制机身质量,S-100广泛采用复合材料,比如,其机身外壳采用碳纤维制成,机体内未单独设计承重框架和梁体,由外壳承担机身受到的全部或大部分压力,机体内各主要部件则大量采用航空钛、铝合金。种种措施使S-100的空机质量在同尺寸直升式无人平台中无出其右。
S-100的机体头部很有特点,由于其机体和发动机进气量都较小,采用大开口的进气方式无法适应直升式飞行器多变的飞行状态,同时为提高机体强度和各种飞行状态时的进气效率,因而将机身前部进气口设计成栅格状,并且进气口被分别布置在机体头部上侧和下侧,上侧主进气口主要用于前飞时进气,下侧副进气口向后斜切,便于在倒飞时提高迎风气流的进气量。其机身后侧排气口也设计成栅格状,使排出的高温尾气在排出过程中充分散热,以较好地降低机体的红外特征。
S-100只设置了位于机腹下方两侧的两个前起落架,且不可收放,为最大限度减轻机体质量,并未设计单独的后起落架,后部支撑由高大的尾翼兼负。
机身传感器 为适应更广泛的应用环境,S-100的机身电子系统设计也很有特点。其电子系统结构设计
参照了军方通用空中平台的设计标准和规范,系统采用模块化嵌入结构,通过数十个分布在发动机、传动机构以及各主要功能模块上的传感器和控制器,实现对全系统机械、电子部件的使用管理与综合诊断。同时,该嵌入式系统具有良好的可升级性和人机交互性能。据希伯尔公司介绍,为增强S-100的未来竞争力,其电子系统还可根据用户需要,改为IEEE1394、RSR-232这类常见的商用数据接口。
S-100机身内有两个负载舱,除搭载用于飞行控制的一些通用传感器外,还可为满足任务需求加载其他传感器。机身的主负载舱位于旋翼轴下方的机腹内,通常配备一套用于飞行遥控的多光谱摄像头,该摄像头装在万向节上,不论机身状态如何都能稳定指向预定方向。主负载舱最大可装载50kg负载,如多光谱成像设备、合成孔径雷达以及探地雷达(GPR)等。辅助负载舱则位于两支主起落架前方的机腹空间内,可配备敌我识别器、ACAS等电子装置。至于无人机与外界的通信联系,则主要通过机身后侧下方的数据天线进行。
飞行控制系统 S-100的飞行控制系统较之以往直升无人平台也有较大提升。除配备较完善的自动驾驶仪外,它还配备有冗余惯性(INS)/31星复合模式导航系统(冗余是重复配置系统的一些部件,当系统发生故障时。冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作——编者注)。在飞行过程中,飞机通过惯性陀螺实现自主稳定,定位则依赖GPS卫星导航系统,在无人干预的情况下,它能依据设定的巡航点进行自主飞行。其控制平台也可灵活配置,一部便携式电脑、一支摇控手柄,就足以操纵它完成大多数任务。
为降低S-100的操作难度,其飞行控制系统具有较高的智能化。比如,由于地表气流紊乱和复杂,加之直升式无人机质量、尺寸都较小,易受地表气象环境影响,因此在起飞、降落阶段对操作者的要求较高,这一阶段也是事故高发期。为降低系统的操作难度,其起飞和降落由飞行控制系统自主控制,操作者只须向无人机下达起飞命令或指定降落坐标,系统就能根据实地气象和地形环境,自行调整动力输出和控制舵面,实现安全起飞或降落。
在空中,S-100的飞行控制系统则整合惯性陀螺以及全机使用管理与综合诊断系统的各种信息,实现对全系统的安全控制。整个系统在飞行过程中,持续分析主要飞行参数,如空机质量、无人机性能、导航、地形、高度、气流和气压等信息,实时评估无人机的飞行状态,如在低空遇有危及飞行安全的强气流或操作人员做出会危及飞行安全的动作指令时,系统就会强行接管飞行挖制杈直至危险解除。这套系统具有极高的实用价值,由于S-100主要在中低空应用,这一空域内的地形、气流环境复杂,操作者往往只能依据操作平台上显示的各项参数对无人机所处的空中环境做出判断,些许疏忽和操作延迟都有可能造成无人机坠毁,而S-100的飞行控制系统能最大限度地降低无人机的操作难度,极大提高其易用性。
按需定制:灵活多样的性能
在设计之初,S-100就明确定位为用途广泛的多功能无人机,可以说,从要配备合适的负载模块,其功能几乎可以无限拓展。本文仅选取S-100的几项较为典型的用途,通过这些便可以对它的任务特性有更深入的了解。
火力校射 无人机用于火炮校射已有很长时间的历史,但具备网络信息功能,能实现目标识别与指示、毁伤效果评估等功能一体化,并且能真正用于信息化条件下远程火力作战校射的空中平台却屈指可数。在此类作战环境中,可垂直起降、能够长时间稳定悬停的S-100具有自身独特的优势。
希伯尔公司将火力校射所需的各类负城优化、整合成一体化的校射模块,模块由可见光/红外摄像系统和激光测距雷达等设备组成。用作火力校射时,S-100的操作需两块综合显示屏,一块用于飞行控制,一块用于显示校射模块的综合信息。飞临战场上空后,无人机先通过可见光/红外摄像头扫描战场,发现可疑目标后,即将目标高分辨率图像传回操作显示屏,并标示出来供操作者鉴别;经操作人员确认目标后,无人于缺乏人员干预,发生误击的可能也大为增加。
战场侦察和监视 S-100另一类主要功能则是战场侦察与监视,尤其是用于海上侦察和监视。S-100本身机体较小,雷达反射截面也小,加之其进、排气口都采用栅格状设计,红外特征不明显,特别适合遂行各类超视距、近距侦察、监视任务,而不易为敌方所察觉。在执行此类任务时,S-100通常搭载各类被动侦测传感器,如红外和电磁信号接收装置,在探测到目标信息后,即可将目标坐标、性质等信息通过数据天线传输回控制中心;有时,为进一步确认目标性质,S-100也可由低空抵近日标作目视侦察。
由于欧洲各国海军普遍缺乏类似美军那样的全球信息定位系统,其海上作战也无法完全依赖天基侦察平台,且囿于海面曲率因素,舰载雷达对视距外水面目标的探测存在盲区,以往舰队的水面预警任务通常由舰载直升机担负,而S-100的出现,正好能为单舰或舰队提供更灵活的选择。无论对于单舰,还是整个舰队,S-100都是名副其实的“千里眼”与“顺风耳”。以单舰为例,通常它只能携带1~2架舰载直升机,以其作为中继预警平台,但无法保持全向、全时侦察预警,而采用S-100无人机后,则可大大缓解这种状况。由于S-100体型较小,即使小型舰只也能携带数架无人机,加之S-100堪比大型直升机的航速、航程以及较长的滞空时间,且昼夜都可使用,使指挥官能够随时掌握海区态势。
除用于侦察外,S-100还可用于海上通信中继、精确武器中继制导、海上电子战等。
其他用途 除军事用途外,S-100还瞄准警用和执法领域。S-100易于改装、小型、低成本的特性,使其可在多个领域内大显身手。比如,交通警察可将其用于临时交通管制和车流量监视,边防警察部队可将其用于边、海防巡逻和侦察,执法部门可利用其执行缉毒、追捕和反偷渡等行动;此外,工程企业包可将其用于江河、谷地探测和海上石油地质勘探,国土安全部门可将其用于水陆运输和抗洪抢险以及旅游业等。
智能化:未来发展方向
目前,阿联酋陆军已订购了40架S-100无人机,法、德等国也正在对其进行测试,以决定是否引进这种新颖的直升式无人机。对此,希伯尔公司正加紧对系统进行改进,正如其总裁所言,像所有高科技产品一样,无人机的研发也永无止境,工程设计和功能总在不断改进,并在进一步完善,未来S-100将进一步增加有效载荷的功率输出,扩展航程并提高滞空能力,提供更多的外部挂载,更重要的是提高系统的智能化水平,实现真正的、高质量的无人化操作和使用。
编辑 刘兰芳