“战狼”出世AV500系列无人直升机的研制与发展

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  近年来,中国航空工业集团公司直升机设计研究所(简称直升机所)针对潜在用户需求,在AV500无人直升机研制和试飞的基础上,通过优化气动外形和加装武器系统,推出了AV500W“战狼”察打一体型无人直升机,探索出军民融合发展新型装备的有效途径。
  2017年11月23日,直升机所宣布,AV500W无人直升机在海拔4 300米的青海格尔木试验基地,圆满完成了高原挂弹飞行和打靶试验,空中发射导弹精准命中目标。这是国产无人直升机首次在高原地区实施空中侦察与打击目标试验,测试结果表明,该型无人直升机完全适应高海拔地区复杂地形环境的飞行,为今后在高原地区执行侦察和打击任务奠定了坚实基础。
  发展关键技术
  早在2004年,直升机所开始酝酿无人直升机项目。当时,研制人员通过广泛调研和充分论证,认识到具备智能化的无人驾驶直升机是未来的重要发展方向,着手按照军工产品研制程序尝试设计新型无人直升机,分阶段研制出一系列适合于国内和国外使用的创新平台。
  从使用效能来看,无人直升机既能完成固定翼无人机无法完成的任务,又能完成有人驾驶直升机不能执行的任务,在执行一些危险任务时的风险更低、成功率更高。与固定翼无人机相比,无人直升机凭借着总体构型上的特点具备了一些使用优势,比如:可以垂直起降,起飞着陆场地小,适应性强;可以空中悬停,机动灵活,具有全面的任务能力;总体尺寸小、生产成本低、作战使用灵活、战场生存力强。
  从飞行器设计和研制来看,无人直升机首要技术特征是直升机,其次才是无人机。因此,利用直升机行业的技术基础是发展我国无人直升机事业的根本,集中力量攻关是加速我国无人直升机发展的必由之路。为此,直升机所在2004年8月专门组建了研究机构,集中技术力量,通过自筹资金,启动了无人直升机的研制工作。
  针对军事和民用领域对无人直升机的发展需求,直升机所首先着手设计了U8无人直升机,主要用于侦察、目标指示与定位、通信中继等任务。该机在2006年完成了工程设计,在2007年6月实现首次飞行。2011年12月,U8无人直升机通过了全机技术鉴定。2013年11月,中航工业在迪拜航展上首次展出了出口型U8无人直升机。
  其后,直升机所根据无人直升机的未来发展规划,在U8无人直升机的基础上,通过进一步改进技术和优化设计,将其重新命名为AV200无人直升机。该机体积小、重量轻、使用维护方便,通过装载不同任务设备,可广泛应用于目标侦察、警务执法、搜索救援、海事监管、农林作业、电力巡线等军用和民用领域。
◎ AV500無人直升机的研制方是中国直升机的主要研制单位——中航工业直升机所

  针对无人直升机的自主飞行控制技术,科研人员开展了大量的自主飞行控制相关技术预先研究工作,成功研制出采用多余度设计、传感器信息高度融合的飞行控制与管理系统,使无人直升机具备按预定航路飞行、自动起飞、自动返航和自动降落的全自主飞行能力。
  直升机所立足40多年有人直升机的研制经验和强大的技术开发能力,经过十多年的技术攻关,陆续掌握了无人直升机总体气动、飞行控制、发动机控制、全机减振及隔振、指挥控制、高抗扰控制等关键技术,走出了一条自主创新的发展道路。目前,该所已经研制了从AV200、AV500到AV500W的系列无人直升机型号,部分产品已投入生产并交付用户。
  提升任务能力
  继AV200无人直升机后,直升机所又在2013年底推出了AV500无人直升机系统。该系统由飞行平台、运输保障车和地面控制站组成,无需专用起降场地,可在一般公路上直接起降飞行,具备30分钟内实现快速部署的能力。凭借着相对较小的外形尺寸,AV500可以固定在保障车的方舱内,非常便于运输。到达预定地点后,操作人员打开一侧舱门,卸下无人直升机,就可在地面站内控制起飞。
  AV500的机体结构采用了框架式结构设计,由金属焊接主骨架,全复合材料蒙皮,跷跷板式主旋翼、复合材料桨叶、高置平尾和滑橇式起落架组成,主减速器安装在旋翼轴下方,尾减速器安装在尾撑后端。机身前部设计有两层设备舱,用于安装机载设备,机身中部、主减速器的两侧对称布置有燃油箱。
  该机机长7.2米,机高2.3米,机身宽度1.6米,最大起飞重量450千克,最大平飞速度170千米/小时,最大巡航速度120千米/小时,升限可达到4 000米,最大续航时间可达8小时,控制半径200千米。
◎ U8E无人直升机曾经在迪拜航展上展出

  AV500具备自动起降、自动悬停、自动航线飞行、在线航线变更等功能,得益于设计性能优异的飞行控制系统,大大减轻操作人员的心理负担和精神压力。该机的飞控系统性能具有国内领先水平,达到了美国军方定义的自主飞行控制等级中第2~3级水平,与国外无人直升机的当前技术水平相当。
  首先,AV500具有先进安全性,飞控系统采用了冗余设计,传感器信息高度融合,具备故障隔离/排除故障飞行能力,安全可靠性高。其次,AV500不仅具有按预定航路飞行、自动起飞、自动返航和降落的飞行能力,还具有飞行中变更航线和重新规划能力,甚至具备在链路中断后的自主返航能力,以保证无人直升机安全返回基地。
  根据不同的用户需求,AV500可以搭载各种任务载荷,具有较强的综合任务能力,最大任务载荷可达120千克。其中,典型任务载荷为可见光/红外光电吊舱、合成孔径雷达(SAR)、通信中继设备等。2017年3月2日,AV500无人直升机搭载了光电吊舱和中画幅相机,在河北省高碑店市完成了为期7天的“无人直升机航空应急测绘系统”演示飞行的所有科目,验证了提升航空应急测绘能力。在飞行过程中,机上搭载的中画幅相机在高空完成对地面地理信息的高清自动拍摄,光电吊舱生成的可见光和红外图像十分清晰,对运动目标的跟踪效果及测距效果良好。
◎ AV200无人直升机在第四届直博会上展出

  AV500无人直升机可广泛应用于海事监管、环境监测、搜索救援、农林防護、管道巡线、地质勘查、航空拍摄等民用领域。该机具有良好的飞行性能,可靠性高,使用成本低,维护方便。该机具备全天候作业能力,环境适应性好,能够在中雨、小雪、风沙等复杂气象条件下昼夜飞行,并具有7级抗风能力。
  推出察打构型
  近年来,世界范围内的小规模武装冲突频繁发生,多个国家需要一种轻型无人机对战场态势进行预先侦察,同时可以携带一些武器,具有一定的威慑能力和打击能力。正是看到潜在用户的作战需求,直升机所开始着手研制AV500W察打一体无人直升机,旨在适应未来无人化战场的需要,有效填补固定翼无人机最低飞行高度下方的战场空间。
  2016年11月,AV500W原型机在第十一届珠海航展上首次公开亮相,引起了外界的关注。时隔不到一年,直升机所又在直博会上推出了经过优化设计的AV500W无人直升机,进一步完善了气动外形、旋翼系统和飞控系统,扩大了机载武器的种类。
◎ 2016年11月,AV500W全尺寸样机在珠海航展上首次展出

  直观可见,AV500W无人直升机在总体构型方面得到了全面优化。该机采用了流线型的全复材料机身,吸收和融合了低可探测性技术,上半部如同倒扣的独木舟,顶部进气口明显缩小,下半部表面明显内倾,显然具备了一定的隐身能力。
  AV500W的尺寸、最大起飞重量、作战半径、速度、升限等与AV500相当,最大有效载荷约145千克,可搭载120千克武器和探测设备,在侦察模式下,续航时间可达8小时;在侦察/作战模式下,可连续飞行4小时。
◎ AV500W可携带空地导弹、常规炸弹和机枪吊舱等武器

  AV500W不仅可以在高原和峡谷等多种地形条件下起降,还能够在寒冷和炎热环境下正常飞行。该机具有机动性强、隐蔽性好、突袭性强等特点,具备良好的侦察能力和快速反应能力。它可以执行超低空渗透,并保持一段时间悬停,因此能广泛用于边境巡逻、反恐行动和低强度武装冲突等任务。
  针对作战任务需要,AV500W加装了昼夜观瞄系统、火控外挂管理系统、空地导弹系统,对全机各系统进行适应性改进设计,可以快速反应,对地面人员、车辆等小型目标进行精确打击。
◎ 经过优化设计的AV500W样机在第四届直博会上首次亮相

  从现场展出的机载武器来看,AV500W无人直升机可携带FT-8D空地导弹、常规炸弹和机枪吊舱等武器装备。该机的起飞重量虽然不到500千克,但打击能力可以与有人武装直升机相媲美。可以看到,该机在短翼下方挂载了滑翔制导炸弹,并可以在机腹位置挂载机枪吊舱,与光电传感器实现联动,确保在看到敌方目标后立即实施打击。
  对于距离更远的敌方目标,AV500W可以使用挂载在机身两侧短翼下的4枚FT-8D轻型空地导弹。该型导弹采用半主动激光制导方式,具有很高的命中精度,最大攻击距离可达5 000米。据直升机所介绍,在2017年上半年进行的打靶试验中,AV500W携带空地导弹,在试验中精准击中了目标。
  满足潜在需求
  近几年来,AV500无人直升机通过在我国不同地域进行大量飞行测试后,充分显示出优异的飞行性能、强大的任务能力和可靠的产品质量。2015年,AV500在内蒙古阿拉善地区的高原试飞中首次验证了优良的高原飞行品质。 2016年4月27日,该机在南澳岛海面上空首次成功完成7级阵风下的海上试飞,为承担海事作业以及海上运营创造了条件。
  2017年10月22日,直升机所AV500/AV500W试飞团队从景德镇启程,前往青藏高原实施飞行测试工作。10月31日,AV500无人直升机率先在甘肃省夏河机场完成了一系列高原飞行试验,出色地完成了地面启动、自动起降、垂直爬升、空中悬停、悬停回转、航线飞行、自主返航等多个试飞科目。最值得注意的是,该机在测试过程中爬升至海拔5 006米高度,创造了国产无人直升机的升限新纪录,充分展示了良好的高海拔地区飞行性能。接着,试飞团队转战青海格尔木某试验基地,首次在高原地区成功完成了AV500W无人直升机空中侦察与打击目标的飞行试验。
◎ AV500W原型机在格尔木基地携带空地导弹试飞

  与此同时,直升机所积极开展市场推广,针对用户需求采取主动营销策略。在2016年珠海航展上,AV500W原型机首次亮相就引发了多方关注,而具有隐身性能的AV500W无人直升机首次亮相第四届直博会,再次吸引了潜在用户的目光。接着,直升机所将AV500W无人直升机正式命名为“战狼”,意在显示其敏锐发现和致命杀伤目标的能力,着手将AV500W无人直升机打造成为一个品牌。到2017年底,直升机所针对该直升机的各项测试已经结束,准备在2018年实现量产。
  从作战使用来看,“战狼”具有良好的侦察能力和快速反应能力,能够对敌方的轻型车辆、人员等小型目标实施精准打击,特别适合在高原复杂地形环境使用,由于它可以执行超低空渗透,并保持一段时间悬停,因此能广泛用于边境巡逻、反恐行动和低强度冲突中。该机凭借着体积小和隐蔽性强的特点,在执行任务过程中具有较强的生存能力。同时,地面操作员可以身处敌方火力范围之外的安全区域,远程控制无人直升机,从而有效地保障了自身安全。
◎ AV500W原型机在高原进行打靶测试

  目前,国际市场上可以执行打击任务的无人直升机型号并不多,但是对这类平台的潜在需求与日俱增。AV500W的目标市场将是有反恐需求的国家。直升机所无人直升机技术总监方永红在第四届直博会上表示,欧洲、非洲和中东许多国家都面临加强反恐行动的巨大压力,需要像AV500W这种性能优异、价格不贵的装备。
  从国际市场来看,横空出世的“战狼”具有较好的外贸前景。据悉,沙特阿拉伯、阿联酋等多个中东国家已经对AV500系列无人直升机表现出浓厚兴趣,一些拉美和非洲国家也在积极关注这种无人直升机的发展。长远来看,AV500W无人直升机不仅可以用于军事领域,还可以通过改装,执行警巡任务和海监海警任务。
◎ 直升机所AV500研制团队成功完成打靶试飞
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