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无人机独特的起飞与着陆方式
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航空与航天设备展厅
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你也许以为无人机的起飞与着陆方式和人驾驶飞机一样,借助于机场的跑道,靠收放起落架起降吧!其实不然,无人机的起飞与着陆有许多独特之处。

一、两大“难关”

你可知道,有人驾驶飞机的起飞与着陆是飞机中两大“难关”。有人统计,在飞机的起飞与着陆过程中,造成机毁人亡的事故占飞行事故的60%以上。其中又以着陆事故为甚。

就以着陆为例:在空中盘旋的飞机必须对准几十米宽的跑道,按一定的下滑线下滑,才有可能落地。在下滑过程中,飞行员还要修正风的影响,调整飞机姿态和速度。在落地前的一瞬间,飞行员需要测量飞机的离地高度。在距地面半米的高度上,飞行员让飞机“失速”,飞机才能安全轻柔的落到地面。

可以想象,如果目测的高度高,飞机“摔”行重,目测的高度低,飞机会“撞”到地上。如此复杂的操纵和准确的判断只能在二十几秒的时间里完成。这要求飞行员具有高超、娴熟的操作技术。飞行员的起落动作往往要经过严格的考核。一般情况下,新飞行员几天不飞,再飞就得带飞,待起落动作检查合格后,才能放单飞。此外,有人驾驶飞机的起落系统(起落架)结构复杂且笨重。它包括左右主机轮、液压收放装置、应急收放装置、缓冲减震装置等。

对无人机来说,起飞和着陆也是飞行中的两大“难关”。虽然无人机也可以借助于机场跑道,靠收放起落架起飞和着陆,但是由于机上无驾驶员,对指挥站的操纵人员和机上设备的要求就更高了。纵览无人机的发展历史,可以说设计人员一直在致力于缩小尺寸,减轻重量,简化系统,降低成本,重复使用和扩大用途等方面的工作,并绞尽脑汁寻求适合各种无人机的起飞和着陆方式,研制各种起飞装置和回收系统。为了更加稳妥,在无人机的起飞和回收飞行段,均使用无线电遥控方式,置无人机于指挥站操纵人员的直接控制之下。

二、无人机的起飞

1.母机投放。母机投放是由有人驾驶轰炸机、攻击机或运输机,把无人机带上天,在适当的地方投放起飞的方法,也称空中投放。这种方法简便易行,运用灵活,成功率高,并可增加无人机的航程。

用来挂载无人机的母机需要做适当的改装,如在翼下增加若干个挂架,机内增设检测操作台和通往无人机的油路、气路和电路。不过,改装工作量并不大,增加的设备易于装拆,能迅速恢复母机的作战或运输功能。实际使用时,母机可以把无人机带到任何需要的地方,而这些地方往往不具备使用其他起飞方式的可能性。如果投放前的一瞬间,任务有所变化,或者“战区”的天气突然恶化,可以集合母机带无人机返航或空中待命。

2.火箭助推。借助固体火箭助推器的“一臂之力”,无人机从发射架上起飞的方法称火箭助推。固体火箭助推器就是一部固体燃料火箭发动机。这种起飞方法是现代战场上使用较多的机动式发射起飞方法。某些小型无人机也可不用火箭助推器,而由压缩空气弹射器弹射起飞。

无人机的火箭助推发射装置由装有导轨的发射架、发射控制设备和车体组成,由几名发射操作手操作。发射时,固体火箭助推器点火,同时无人机的发动机也点火并开足马力,无人机从导轨后端,沿导轨加速滑动至端。无人机离开导轨时,一般速度只达10—40米每秒。所以离轨后,固体火箭助推器继续帮助无人机加速成,直至机上舵面产生的空气动力能够操纵并稳定无人机的速度时,火箭助推器的任务就完成了,并自动脱离。以后,无人机便靠自己的发动机维持飞行速度离。固体火箭助推器从点火到自行脱离的时间一般只有1—3秒。

火箭助推发射起飞装置可以装车、装船,其展开和撤收迅速、简便,所需的发射场地很小,适合在前沿地区、山区或船上使用。不过,发射起飞时,无人机要承受很在的轴向过载(过载表述物体受力的大小,它等于物体在某个方向受到的力与它自身重量之比)。因此,要求机上设备能经受住大过载和发射时的强烈震动。对于装超音冲压喷气发动机的无人机,火箭助推是唯一可行的起飞方法,因为这种发动机要有一定的速度才能起动。

3.坐“椅”升空。你见过病人用的轮椅吗?它代替病人的双腿走路。病人坐在上面操纵它向前、向后或转弯。如果给无人机配上“轮椅”,让它坐在“轮椅”上,驱动并操纵“轮椅”在跑道上迅速滑跑,当速度增大时,作用到无人机的升力也增大,当升力足够大时,无人机便可腾空而起。

无人机用的“轮椅”叫做起飞跑车。有一种起飞跑车,车上无动力,靠无人机的发动机推动。在滑跑过程中,如果偏离了跑道中线,机上的航向控制系统会自动发出信号,操纵起飞跑车使其在史道中线上滑跑。当速度接近无人机离地速度时,机上的自动控制系统会发出信号,无人机做好离地准备,如放下襟翼(襟翼的作用是增大机翼的弯度,提高最大升力系数)。

“抬”起机头。一旦速度达到“无人机起飞跑车”一起腾空而起。不过,它们刚一离地,无人机便抛弃它的伙伴独自升空而去。起飞跑车落到地上,继续滑行一段,便停了下来。另有一种起飞跑车装有自操纵系统,它载着无人机自动。地在跑道上滑跑,并掌握无人机离地时机,还可向发射操作人员显示工作状况,出故障时自动采取应急措施。

坐“椅”升空起飞方法的优点是:可选用现成的机场条件起飞,无需复杂而笨重的起落架装置,起飞跑车结构比较简单,比其他起飞方法更经济。不过,只有装涡轮喷气发动机或活塞式发动机的无人机才可用这种起飞方式。

还有一种起飞跑车,不在宽阔的机场路道上滑跑,而是在专用的环形跑道上滑跑。用一条钢索,一头连在起飞跑车上,一头连在位于环形跑道中央的地桩子上。起飞跑车在环形跑道上绕桩子旋转、加速。当速度大到足以使无人机升空时,无人机就离地而起了。这种起飞跑车结构更为简单,不用担心因偏离跑道造成“翻车”的危险。不过,因受力的缘故,需特殊设计“车”与“机”之间的分离机构,还需修筑专用环形跑道。

4.垂直起飞。无人机还可以利用直升机的起飞原理——垂直起飞。这种无人机装一副能旋转的翼面——旋翼(一般2—4片桨叶),依靠旋翼支持其重量的升力和使其前飞的推力。它们可在空中飞行、悬停和垂直着陆。

三、无人机的着陆

多数无人机是可以多次使用的,称为可回收的无人机。也有的无人机只使用一次,只起不落,称为不可回收的无人机。无人机的回收方式多种多样,回收技术仍在不断改进之中。

1.脱“壳”而落。这里讲的回收,是指只回收无人机上有价值的那一部分,如照相舱等。这种方法不多用,原因是回收舱与无人分离并不容易,被抛弃的无人机造价并非那么便宜。

美国的GTO—30型高空超音速无人机侦察机就利用这种回收方法。当它完成侦察任务,返回到基地上空时,便弹出照相舱。照相舱自动打开降落伞,徐徐下落,机体部分便自行坠毁。

2.网捕而归。像张网捕捉麻雀那样,用网回收返航的无人机是近年来小型无人机常用的回收方法。网式回收系统一般由回收网、能量吸收装置和自动引导设备组成。回收网有横网和竖网两种不同的架设形式。能量吸收装置与回收网相连,其作用是把无人机撞网的能量吸收掉,免得无人机触网后跳来跳去,以致损坏。自动引导设备通常是一部置于网后方的电视摄像机,或装在回收网架上的红外接收机,由它们及时向指挥站报告无人机返航路线的偏差。

当无人机返航时,地面指挥站命令它以小角度下滑,最大速度不得超过120公里每小时。操纵人员通过电视监视器监视无人机的飞行,并根据地面电摄像机拍摄的图像,或红外接收机接收到的无人机信号,确定返航路线的偏差,然后半自动地控制无人机机动,对准地面摄像机的瞄准线,飞向回收网。

3.乘伞而降。用降落伞回收无人机是普遍采用的回收方法。无人机用的回收伞与伞兵用伞、空投物资用伞不无两样,而且开伞程度也大致相同。值得提及的是,在主伞张开时,开伞程序控制设备必须操纵伞带,使无人机由头朝下转为水平位置下降,这样可以保护无人机的要害部位在着陆触地时不至损坏。

回收伞的面积由回收重量来决定,回收重量大,伞的面积也大。60年代,被我军多次击落的美国瑞安—147型无人侦察机,其回收重量超过1000公斤,回收伞的面积达700多平方米。乘伞而归的无人机可以在地面着陆、水上溅落或空中回收。

地面着陆时,无人机虽乘着大伞,但在触地前的一瞬间,其垂直下降速度仍达5—8米每秒。由于冲击过载较大,无人机触地时常常会损坏。为此,无人机要装某种减震装置,例如充气囊(垫)。触地前,放出这种装置,并由发动机供气,起到缓冲作用。

在水上溅落,无人机受到的撞击比地面着陆要小,但是必须迅速打捞、烘干,以免无人机沉入水中,或机体及内部设备受腐蚀。

空中回收是指出动直升机在空中抓住无人机主回收伞上方的小伞,无人机则被吊在直升机下,带回基地,然后轻放到地面。

伞降回收一般只适合小型无人机使用。对于较大型的无人机,由于伞降回收的可靠性不高,操纵较困难,损失率较高,尤其是空中回收要出动直升机,使用费用很高。美军在60年代使用的无人侦察机均采用母机投放,降落伞和直升机空中回收。

据统计,其平均损失率占出机总架次的10%,其中大部分损失不是由于被击毁,而是回收事故所致。主要原因在于伞的性能无法事先估计,受天气、风情的影响大。其次是回收的组织指挥工作不够周密,直升机驾驶员技术水平不高。如今,虽然伞降回收技术已大大改进,但其损失率仍比其他方法高。

4.气垫着陆。在无人机的机腹四周装上“橡胶裙边”,其中有一带孔的气囊,发动机把空气经管道压入气囊,压缩空气从气囊中喷出,在机腹下形成高压空气区——气垫,气垫能够支托无人机贴近地面,使其不与地面发生猛列撞击。70年代,人们发明了一批新型交通工具,如气垫车、气垫船,它们就是利用气垫效应离地面或水面腾空行驶的。

气垫着陆的最大优点是,无人机可以在未经平整的地面、泥地、冰雪地或水上着陆,使用时不受地形条件限制。其次,大、小型无人机都可使用,回收率高,使用费用较低。

5.冒险迫降。有人驾驶飞机遇到起落系统出故障,或燃料用完回不到机场时,为保全飞机常采用迫降的办法。迫降就是找一块比较平坦、开阔、坚实的地方,用飞机腹部接地的一种迫不得已的着陆方法。迫降后的飞机不同程度地受到损伤,需要进厂修理。

某些无人机(大多是靶机)也采用这种方法着陆。不过,引导靶机“生还”的目的是为了回收一套贵重的自动控制设备和无线电电子设备,并不在乎机壳或发动机的损伤。利用这种“擦肚皮”的着陆方法,机上不装任何着陆装置,以降低靶机的成本。用这种方法着陆也要有一定条件,如天气晴朗,有空旷、平整的场地,以尽量减小损伤。

无人机也有用起落架在跑道上起飞和降落的。不过这类无人机大多由有人驾驶飞机改装。虽然保留了起落架,但机上和地面却要增加不少设备,以保证操纵稳妥,平安起飞和着陆。

无人机的起飞和着陆方法多种多样,如何搭配,往往要视无人机的用途、重量、尺寸、设计和生产单位的传统习惯以及技术水平的不同,折衷选用。一般来说,起飞用母机投放和火箭助推居多,而回收用降落伞的居多,小型无人机则多用火箭助推起飞和回收网回收。 (end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (3/18/2007)
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