【簡介：】無人機主要有五項目關(guān)鍵技術(shù)，分別是機體結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)、機體材料技術(shù)、飛zhi行控制技術(shù)、無線dao通信遙控技術(shù)、無線圖像回傳技術(shù)，這五項目技術(shù)支撐著現(xiàn)代化智能型無人機的發(fā)展

無人機主要有五項目關(guān)鍵技術(shù)，分別是機體結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)、機體材料技術(shù)、飛zhi行控制技術(shù)、無線dao通信遙控技術(shù)、無線圖像回傳技術(shù)，這五項目技術(shù)支撐著現(xiàn)代化智能型無人機的發(fā)展與改進。

機體結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)：飛機結(jié)構(gòu)強度研究與全尺寸飛機結(jié)構(gòu)強度地面驗證試驗。在飛機結(jié)構(gòu)強度技術(shù)研究方面，包括飛機結(jié)構(gòu)抗疲勞斷裂及可靠性設(shè)計技術(shù)，飛機結(jié)構(gòu)動強度、復合材料結(jié)構(gòu)強度、航空噪聲、飛機結(jié)構(gòu)綜合環(huán)境強度、飛機結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)以及計算結(jié)構(gòu)技術(shù)等。

機體材料技術(shù)：機體材料（包括結(jié)構(gòu)材料和非結(jié)構(gòu)材料）、發(fā)動機材料和涂料，其中最主要的是機體結(jié)構(gòu)材料和發(fā)動機材料，結(jié)構(gòu)材料應(yīng)具有高的比強度和比剛度，以減輕飛機的結(jié)構(gòu)重量，改善飛行性能或增加經(jīng)濟效益，還應(yīng)具有良好的可加工性，便于制成所需要的零件。非結(jié)構(gòu)材料量少而品種多，有：玻璃、塑料、紡織品、橡膠、鋁合金、鎂合金、銅合金和不銹鋼等。

飛行控制技術(shù)：提供無人機三維位置及時間數(shù)據(jù)的GPS差分定位系統(tǒng)、實時提供無人機狀態(tài)數(shù)據(jù)的狀態(tài)傳感器、從無人機地面監(jiān)控系統(tǒng)接收遙控指令并發(fā)送遙測數(shù)據(jù)的機載微波通訊數(shù)據(jù)鏈、控制無人機完成自動導航和任務(wù)計劃的飛行控制計算機，所述飛行控制計算機分別與所述航姿傳感器、GPS差分系統(tǒng)、狀態(tài)傳感器和機載微波通訊數(shù)據(jù)鏈連接。本實用新型采用一體化全數(shù)字總線控制技術(shù)、微波數(shù)據(jù)鏈和GPS導航定位技術(shù)，可使無人機平臺滿足多種陸地及海上低空快速監(jiān)測要求。

無線通信遙控技術(shù)：無人機通信一般采用微波通信，微波是一種無線電波，它傳送的距離一般可達幾十公里。頻段一般是902－928MHZ，常見有MDSEL805， 一般都選用可靠的跳頻數(shù)字電臺來實現(xiàn)無線遙控。

　　各種類型的無人機性能各異、功能紛呈，具體的關(guān)鍵技術(shù)也千差萬別，這正是無人機作為一種新型裝備蓬勃發(fā)展的重要特色所在。無人機研制周期相對較短，研制經(jīng)費較省，使用風險較低，各種新技術(shù)、新材料可大量應(yīng)用于新型無人機的發(fā)展，各種關(guān)鍵技術(shù)也得到高度重視。在信息化、網(wǎng)絡(luò)化、體系化背景下，無人機的發(fā)展將更加突飛猛進。

　　X-47B 無人機

　　目前在全世界范圍內(nèi)已掀起了無人機的研制熱潮，全球共有57個國家研制和發(fā)展無人機，種類達1000 多種，其中已成為無人機產(chǎn)品的有400 多種。

　　研制無人機的公司主要是諾斯羅普·格魯曼公司、通用原子航空系統(tǒng)公司、航空環(huán)境公司以及美國飛機軍械有限公司，典型產(chǎn)品包括“掃描鷹”、“影子”、“捕食者”、“死神”、“全球鷹”、“RQ-170”等。

　　捕食者無人機

　　全球鷹無人機

　　RQ-180 無人機

　　縱覽國外無人機，其發(fā)展呈現(xiàn)出以下主要特點：

　?。?）大/ 中/ 小/ 微型、遠/ 中/近程、高/ 中/ 低空各種類型無人機全譜系全面發(fā)展。

　?。?）無人機型號系列化發(fā)展。為滿足不同客戶需求或為盡快顯著提高戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，多采用系列化改進改型。

　?。?）采取以任務(wù)為牽引、平臺為核心的發(fā)展模式。

　?。?）無人機自主化水平有待提高。

　　國外無人機發(fā)展趨勢

　?。?）中小型無人機仍將占有重要的位置。

　　（2）無人作戰(zhàn)飛機發(fā)展迅猛。

　　（3）用于偵察監(jiān)視的高空長航時無人機需求旺盛。

　?。?）“飛翼布局”無人機是高端無人機發(fā)展的重要方向。

　?。?）臨近空間超高速無人機將作為重要突防裝備進行大力發(fā)展。

　?。?）近中程多用途無人直升機成為新的熱點，將成為無人機大家族中不可或缺的重要組成部分。

　　（7）無人機系統(tǒng)技術(shù)全面協(xié)調(diào)發(fā)展。

　　無人機關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展預測

　　1 能源與動力技術(shù)

　　無人機采用的推進系統(tǒng)形式要比有人飛機多，采用的能源與動力類型各異，包括：傳統(tǒng)的小型渦扇發(fā)動機、小型渦噴發(fā)動機、小型渦槳發(fā)動機、活塞發(fā)動機、轉(zhuǎn)子發(fā)動機以及電池組、太陽能電池、燃料電池、超燃沖壓發(fā)動機、定向能及核同位素等。

　　不同用途的無人機對動力裝置的要求不同，但都希望動力裝置燃油經(jīng)濟性好、重量輕、體積小、可靠性高、成本低、使用維修方便。從經(jīng)濟因素、可靠性等方面考慮，現(xiàn)階段無人機均采用技術(shù)成熟的活塞、渦扇、渦噴、渦槳發(fā)動機或在這些發(fā)動機基礎(chǔ)上進行適應(yīng)性改進。

　　活塞式發(fā)動機適合于低空低速中小型、長航時無人機；

　　渦扇、渦槳發(fā)動機適合于高空長航時無人機以及無人作戰(zhàn)機，這類發(fā)動機油耗低，發(fā)動機尺寸、重量和推力能與無人機達到較好的匹配；

　　渦噴發(fā)動機適合于低成本、短壽命、高機動的靶機或自殺攻擊類無人機。

　　從長遠發(fā)展來看，單純對現(xiàn)有發(fā)動機進行改型并不能完全滿足無人機對飛行速度、高速、續(xù)航性能等指標的要求，開發(fā)適合于無人機使用的發(fā)動機十分必要，尤其是中小推力的大涵道比、小尺寸核心機的渦扇發(fā)動機，這類發(fā)動機將是未來無人機動力裝置發(fā)展的重點。此外，開展太陽能、燃料電池、液氫燃料系統(tǒng)等新型能源的應(yīng)用研究，可為無人機提供更高效的動力源。

　　太陽能無人機

　　2 無人機平臺技術(shù)

　　高效氣動力技術(shù)

　　無人機在氣動力設(shè)計要求、設(shè)計理念方面與有人機存在較大差別。有人機氣動設(shè)計通常以航程、速度作為優(yōu)先優(yōu)化目標，然而無人機通常以航時作為優(yōu)先優(yōu)化目標。無人機尺寸小、速度低，存在低雷諾數(shù)條件下的高升力、高升阻比、高續(xù)航因子設(shè)計要求。高效氣動力技術(shù)是提高無人機性能的重要技術(shù)途徑。

　　隱身技術(shù)

　　提高無人機的生存能力的關(guān)鍵就是降低其可探測性。隨著材料、電磁學、熱力學、空氣動力學等學科的不斷發(fā)展，越來越多的新技術(shù)也將應(yīng)用于無人機的隱身設(shè)計中，具體包括以下幾個方面。

　　外形隱身技術(shù)。采用翼身高度融合的無尾飛翼布局、內(nèi)埋式進氣道、二維噴管等設(shè)計技術(shù)可有效降低雷達反射面積和紅外特征，提高無人機的隱身能力。

　　等離子體隱身技術(shù)。理論和試驗研究表明，等離子體技術(shù)是隱身技術(shù)發(fā)展的新方向之一，飛行器上安裝的等離子發(fā)生器所產(chǎn)生的等離子體能對飛行器關(guān)鍵部位進行遮擋，并對雷達照射進行吸收，從而實現(xiàn)飛行器隱身。目前，這項技術(shù)在研究中暴露出了很多問題，仍有待解決。

　　主動隱身技術(shù)。主動隱身技術(shù)是根據(jù)照射到飛行器上的電磁波頻率、入射方向等，利用機載有源射頻發(fā)射裝置主動地發(fā)射與散射回波相位相反、幅度一致的電磁波，實現(xiàn)與散射回波的對消。目前，主動隱身技術(shù)尚處于理論與試驗研究階段，但隨著隱身技術(shù)的發(fā)展，特別是飛行器近場散射特性技術(shù)、ESM( 電子支援措施) 等技術(shù)的發(fā)展，主動有源對消隱身技術(shù)必將成為未來發(fā)展的重點。

　　氣動彈性技術(shù)

　　為追求長航時性能，無人機通常采用大展弦比布局以盡可能提高升阻比（如一些無人機展弦比達到30以上），采用輕量化機體結(jié)構(gòu)降低飛行重量。但大展弦比布局、輕量化結(jié)構(gòu)與機體強度和剛度要求會產(chǎn)生突出矛盾。

　　氣動載荷設(shè)計技術(shù)

　　滯空型無人機一般飛行速度較低、翼載小、升力大，對于同樣強度的陣風，無人機陣風載荷比有人機大得多。無人機結(jié)構(gòu)強度一般需要將陣風載荷作為主要的設(shè)計工況，而陣風載荷大小決定了無人機結(jié)構(gòu)設(shè)計的強度。如果以現(xiàn)有輕型飛機、通用飛機的強度設(shè)計標準進行無人機載荷設(shè)計，無人機結(jié)構(gòu)將付出很大的代價。以輕量化結(jié)構(gòu)為目標，綜合無人機氣動力特性、無人機飛行控制操縱方式、無人機設(shè)計壽命等因素開展無人機氣動載荷設(shè)計技術(shù)是提高無人機綜合性能的重要技術(shù)途徑。

　　復合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)

　　無人機以復合材料結(jié)構(gòu)為主，不同類型的無人機對復合材料結(jié)構(gòu)有不同的要求，如大型無人機主要對大尺寸、全復材結(jié)構(gòu)有較高要求，而小型無人機對復合材料結(jié)構(gòu)的要求是低成本、快速加工制造、快速修復等。

　　3 自主控制技術(shù)

　　態(tài)勢感知技術(shù)

　　實現(xiàn)無人機自主控制必須不斷發(fā)展態(tài)勢感知技術(shù)，通過各種信息獲取設(shè)備自主地對任務(wù)環(huán)境進行建模，包括對三維環(huán)境特征的提取、目標的識別、態(tài)勢的評估等。

　　規(guī)劃與協(xié)同技術(shù)

　　規(guī)劃與協(xié)同技術(shù)涉及兩個方面的技術(shù)：路徑規(guī)劃和協(xié)同控制。這兩個方面相互依托，互相聯(lián)系。無人機路徑規(guī)劃與重規(guī)劃能力是無人機自主控制系統(tǒng)必須具有的，即系統(tǒng)可以根據(jù)探測到的態(tài)勢變化，實時或近實時地規(guī)劃、修改系統(tǒng)的任務(wù)路徑，自動生成完成任務(wù)的可行飛行軌跡。自主飛行無人機典型的規(guī)劃問題是如何有效、經(jīng)濟地避開威脅，防止碰撞，完成任務(wù)目標。

　　自主決策技術(shù)

　　對于復雜環(huán)境下工作的無人機，必然要求具有較強的自主決策能力，以適應(yīng)未來的需要。自主決策技術(shù)需要解決的主要問題包括：任務(wù)設(shè)定、編隊中不同無人機協(xié)調(diào)工作、機群的使命分解等。

　　執(zhí)行任務(wù)技術(shù)

　　無人機自主控制發(fā)展的最終目的是使它對環(huán)境和任務(wù)的變化具有快速的反應(yīng)能力。無人機自主控制應(yīng)該具有開放的平臺結(jié)構(gòu)，并面向任務(wù)、面向效能包含最大的可拓展性。先進的無人機自主控制應(yīng)當提供編隊飛行、多機協(xié)同執(zhí)行任務(wù)的能力。

　　4 網(wǎng)絡(luò)化通信技術(shù)

　　目前的無人機系統(tǒng)作為相對獨立的系統(tǒng)只在局域使用，未來的戰(zhàn)場在同一空域?qū)⒊涑庵鞣N功能、各種類型的無人機與戰(zhàn)斗機、直升機。無人機之間、無人機與有人機之間、無人機與地面作戰(zhàn)系統(tǒng)必須進行有機協(xié)調(diào)，使無人機都成為“全球信息柵格”的一個節(jié)點，實現(xiàn)無人機與其他無人機或指揮控制系統(tǒng)之間的互聯(lián)、互通、互操作。

　　針對無人機集群作戰(zhàn)、協(xié)同作戰(zhàn)以及網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)的應(yīng)用需求，應(yīng)突破無線寬帶分布式動態(tài)多址接入、實時魯棒的寬帶傳輸、數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)頑存等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建無人機集群數(shù)據(jù)鏈自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)體系，為實現(xiàn)實時、寬帶、安全的無人機集群數(shù)據(jù)鏈提供技術(shù)支撐。

　　5 多任務(wù)載荷一體化、平臺/ 任務(wù)載荷一體化技術(shù)

　　有效載荷是無人機執(zhí)行偵察、監(jiān)視、電子對抗、打擊、戰(zhàn)效評估任務(wù)的關(guān)鍵因素，應(yīng)用于無人機的有效載荷包括通用傳感器( 光電、雷達、信號、氣象、生化)、武器、貨物( 傳單、補給品) 等。

　　隨著電子、通信、計算機等技術(shù)的進步，無人機的傳感器技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個方面：多光譜/ 超光譜探測技術(shù)、先進的合成孔徑雷達技術(shù)、激光雷達技術(shù)。

　　我國無人機發(fā)展現(xiàn)狀

　　我國無人機研究起步于20 世紀50 年代，在90 年代取得實質(zhì)性進展。經(jīng)過不懈努力，無人機技術(shù)取得長足進步，性能不斷提高，已形成較為完善的無人機體系，各種類型、各種功能無人機已投入使用。但從整體水平來看，我國無人機技術(shù)與美國和以色列等無人機強國相比差距明顯，存在以下幾個突出問題。

　　行業(yè)規(guī)劃與規(guī)范問題

　　雖然我國在無人機技術(shù)發(fā)展方面取得長足發(fā)展，產(chǎn)品種類繁多，但存在重復投資、低水平重復、高端無人機發(fā)展依然較落后的突出問題。

　　發(fā)動機瓶頸問題

　　我國無人機的發(fā)展很大程度上受制于發(fā)動機，一方面我國發(fā)動機研制基礎(chǔ)本身較為薄弱；另一方面在無人機特定的高空低雷諾、大過載等飛行條件下，對發(fā)動機也提出了特殊的要求。目前，我國無人機動力主要以活塞和燃氣渦輪發(fā)動機為主，活塞發(fā)動機技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛。但作為未來主流，無人機動力所采用的渦扇發(fā)動機與國外差距明顯，不能完全滿足無人機對飛行速度、航時等指標的要求。

　　網(wǎng)絡(luò)化通信問題

　　我國在無人機數(shù)據(jù)鏈技術(shù)方面取得了長足進步，但需要進一步提高不同類別無人機之間，無人機與有人機之間，不同使用單位之間大范圍、大規(guī)模使用無人機的互操作能力；規(guī)范完善數(shù)據(jù)鏈與任務(wù)載荷、數(shù)據(jù)鏈與航電系統(tǒng)之間的接口標準體系；提高網(wǎng)絡(luò)化水平；進一步提高測控與信息傳輸速率，以滿足高分辨率、多光譜/ 超光譜、多載荷的傳輸速率需求。

　　來源：《航空制造技術(shù)》 作者 陶于金 等