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新型传感技术塑造未来无人机

RQ-1“捕食者”无人机
RQ-1“捕食者”无人机

  性能如同当今的战略无人机一样强劲,下一代无人机将更加超出人们的期望。未来作战平台将整合多种传感技术,包括超光谱成像,激光主动传感和叶簇穿透雷达。然而,挑战在于,设计出这样的飞行器,既具备扩展续航能力,又能容纳这些新型传感器所需要的大型适形承载天线结构(CLAS)。

  位于俄亥俄州怀特-彼得森空军基地的美国空军研究实验室中,这一领域的研究要素正在一个叫“传感载具”的计划名义下被聚集起来。

前期设计的成果是与美国3大军用飞机制造商代表(诺斯罗普•格鲁曼,波音和洛克•马丁)一起设计的飞翼和连翼布局飞行器结构。小尺度模型的风洞实验正在进行中,同时测试的有由复合材料制成的机翼和机身部分。

  “我们所看到的是一架带有集成传感器套装的大型飞机,”美空军研究实验室(AFRL)的飞机理事John Perdzock说道:“它后面的那块是用来为ISR获得360度传感数据包,而且不用旋转你在E-8(联合侦察与目标攻击雷达系统)下面通常会看到的半球体或‘独木舟’一样用来容纳天线的东西”。

  “有了传感载具,适形天线可以整合进载具。这将给予载具整洁的空气动力学外形以得到更大航程。因此我们需要轴向辐射天线阵;这是一种新型的低频带天线。想象一下它适一个平面的,蜂窝状的复合结构,从它的前端边缘发射能量,而不善像常规天线一样垂直发射。这可以让我们向飞机前方发射雷达能量。同时我们也可以向飞机后方发射能量。比起其它构思——你只能向一个方向发射能量——这显然更适合连翼布局飞机。”

  “每种天线的外形都可以按特定的设计裁剪。我们已经完成一些更小面板上的压力恢复测试——5英尺*5英尺——这已经让我们改进了设计。我们还完成了航空负载条件下对面板的结构测试。最终它们会在飞行平台上进行测试。有了合适的屏蔽,你可以将天线阵列安装在铝飞机上,但复合结构效果更好一些。”

  大多数今天的成就都是建立在早期低频结构天线阵列(LOBSTAR)项目的研究成果上的。这是一个5年花费1200万美元的,美国空军实验室和诺斯罗普•格鲁曼联合进行的,用于研究可变形,高承载天线的计划。“LOBSTAR表明,你可以做一个小的[机载预警与控制系统]或J-STARS(联合侦察与目标攻击雷达系统)”Perdzock说道:“在低频上你可以得到一个很大的俯仰角,既可以向上,又可以向下观察地面目标。”大型天线阵在低频上可以做的一样好事情就是GMTI(地面移动目标指示),处理地面反射杂波,而且可以用来在地平线和空中发现飞行目标。

  “关键在于拥有一个能根据当时所需要的功能进行设置,既有低频又有高频的雷达。你可以用低频雷达进行侦测并用高频进行精确锁定。在低频,你可以得到一些叶簇穿透能力。接下来就是你能够自动做到这一切——低频到高频再回到低频——在一个很大的范围内。”

  考虑到低频天线阵的大尺寸,最终的传感载具将会很大。小尺寸版本的也许可以造的出来,但性能会差上一些。根据计划可以在不进行空中加油的情况下连续飞行两天;推进将采用涡轮喷射引擎,在60,000英尺高度也能工作,而且还有足够多的动力留给大型传感器负载。

  在研究圈子种,这种推进系统叫做高效率嵌入式涡轮(HEET)引擎。这种技术的目标是解决高海拔上出现的推力下降或动力丧失造成的限制。引擎包位于飞行器内部,使得其大型,碟状的结构不易于反射敌方雷达信号。

  嵌入是安装也使得热量在同外部空气混合前就发散和消除,减少热能追踪导弹带来的威胁。除去这些特点外,HEET引擎实际上同现在广泛使用在商业客机和商务喷气机上的涡轮引擎没有什么差别。

  “速度不是一个问题——我们希望比较快一些,但肯定不超过音速,在0.6到0.8马赫之间,”Perdzock说道:“这也是全球鹰的标称速度,这给予你花费合理的时间到达较远距离的能力。传感包将会更加强劲可靠,当然也更重,并且附带空对空[侦测]功能。它肯定会是全自动的——那种技术已经得到验证——而且已经扩展到了自动传感和躲避。”

  “我们有飞翼和连翼,都围绕端射天线阵,分别由诺斯罗普•格鲁曼和波音公司建造。我们还拥有洛克•马丁公司设计的相似概念的飞翼。尽管它们实现长距离飞行的技术焦点各不相同,我们实际上还是要将注意力集中在几个主题上,比如空气动力学效率。层流可以通过最大化升阻比来改进航程。

  实验室的研究表明,它已经成了机翼的一项功能,也是通过适形机翼后缘表面来增强层流的流控制技术的功能。这些不是传统的副翼或扰流板;它们是由伺服系统推动的变形表面。我们在风洞实验中展示过它们,甚至在[小尺寸复合材料]白骑士[研究机]的底部装了一个。

  “三种机身的共同之处就是与B-2相比更加的长而窄。这给了我们一个无阻碍的视野,但也意味着机翼必须非常柔韧,特别是在遇到垂直气流的情况下。我们已将小尺寸模型送去NASA的兰利的风洞进行飞机结构模式测试,而且还将进行第二轮测试。这些测试会让模型上下颠簸,以确保我们可以控制结构模式。”

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(责任编辑:刘峰)

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