[科普中國]-“卡-37”多用途無人駕駛直升機(jī)

發(fā)展沿革

無人駕駛直升機(jī)(以下稱無人直升機(jī))是指由無線電地面遙控飛行或和自主控制飛行的可垂直起降(VTOL)不載人飛行器,在構(gòu)造形式上屬于旋翼飛行器,在功能上屬于垂直起降飛行器。

隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展和提高,飛機(jī)中出現(xiàn)了一類不用駕駛員駕駛甚至不需要人控制的飛機(jī)——無人駕駛飛機(jī)。在軍用方面,無人直升機(jī)既能執(zhí)行各種非殺傷性任務(wù),又能執(zhí)行各種軟硬殺傷性任務(wù),包括偵察、監(jiān)視、目標(biāo)截獲、誘餌、攻擊、通信中繼等。在民用方面,無人直升機(jī)在大氣監(jiān)測、交通監(jiān)控、資源勘探、電力線路檢測、森林防火等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

無人直升機(jī)具有獨(dú)特的飛行性能及使用價(jià)值。與有人直升機(jī)相比,無人直升機(jī)由于無人員傷亡、體積小、造價(jià)低、戰(zhàn)場生存力強(qiáng)等特點(diǎn),在許多方面具有無法比擬的優(yōu)越性。與固定翼無人機(jī)相比,無人直升機(jī)可垂直起降、空中懸停,朝任意方向飛行,其起飛著陸場地小,不必配備象固定翼無人機(jī)那樣復(fù)雜、大體積的發(fā)射回收系統(tǒng)。1

現(xiàn)代無人駕駛系統(tǒng)在軟件架構(gòu)上借鑒了TCP/IP協(xié)議的分層設(shè)計(jì)思想,將系統(tǒng)分為：硬件層、硬件控制層、邏輯層和應(yīng)用層四個(gè)層次。使用分層架構(gòu)極大的提高的系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可移植性,使得軟件開發(fā)過程錯(cuò)誤率降低,并且開發(fā)出來的程序易于維護(hù)和擴(kuò)展。 要控制一架飛機(jī)需要很多控制程序協(xié)調(diào)工作才能完成,本系統(tǒng)模仿分時(shí)操作系統(tǒng),設(shè)計(jì)了任務(wù)管理器。任務(wù)管理器可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)任務(wù)的調(diào)度和切換,使系統(tǒng)“看起來”有多個(gè)任務(wù)在同時(shí)執(zhí)行。在完成系統(tǒng)整體架構(gòu)后設(shè)計(jì)了飛機(jī)姿態(tài)計(jì)算模塊,飛機(jī)控制模塊,GPS解碼模塊,PWM輸出和采集模塊、通信管理模塊等。最后進(jìn)行了嚴(yán)格的模塊測試和系統(tǒng)集成測試,并對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化完成了“飛機(jī)飛行自動(dòng)控制系統(tǒng)”。2

性能數(shù)據(jù)Ka-37是一種主要用于民用無人直升機(jī),可自主飛行和遙控飛行。1

卡－37采用共軸式雙旋翼氣動(dòng)布局，

四腿起落架，

它的旋翼直徑4.8m

機(jī)高2.3米，

起飛重量為250公斤，

載荷為50公斤，

該機(jī)最大巡航速度110km/h,

續(xù)航時(shí)間45min

飛行速度為110-145公里/小時(shí)，

航距530公里，

巡航時(shí)間45分鐘，

飛行高度3800米，

懸停高度2500米；

裝有П－033活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)；1

技術(shù)特點(diǎn)導(dǎo)航和控制系統(tǒng)安裝在機(jī)身中部。其機(jī)載偵察設(shè)備包括：一部電視攝像機(jī)、一部紅外探測儀和一部激光探測儀，安裝在機(jī)身下部?？ǎ?7無人直升機(jī)既可擔(dān)負(fù)對(duì)核輻射和化學(xué)污染的偵察任務(wù)，又可擔(dān)負(fù)對(duì)敵目標(biāo)偵察任務(wù)?？ǎ?7全部采用復(fù)合材料，以期提高隱身能力。3

卡-37多用途無人直升機(jī)系統(tǒng)大體上由直升機(jī)本體、控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、綜合無線電系統(tǒng)和任務(wù)載荷設(shè)備等組成。 除了直升機(jī)本體包括的旋翼、尾槳、機(jī)體、操縱系統(tǒng)、動(dòng)力裝置等?？刂婆c導(dǎo)航系統(tǒng)還包括地面控制站、機(jī)載姿態(tài)傳感器、飛控計(jì)算機(jī)、定位與導(dǎo)航設(shè)備、飛行監(jiān)控及顯示系統(tǒng)等。這一部分是無人直升機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,也是較難實(shí)現(xiàn)的部分。綜合無線電系統(tǒng)包括無線電傳輸與通訊設(shè)備等,由機(jī)載數(shù)據(jù)終端、地面數(shù)據(jù)終端、天線、天線控制設(shè)備等組成。任務(wù)載荷設(shè)備包括光電、紅外和雷達(dá)偵察設(shè)備以及電子對(duì)抗設(shè)備、通信中繼設(shè)備等。1

機(jī)型發(fā)展1995年，卡－137的模型在莫斯科航展上首次公開露面，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，機(jī)體呈球形，兩副三葉片共軸對(duì)轉(zhuǎn)式旋翼，有發(fā)動(dòng)機(jī)艙和任務(wù)設(shè)備艙，雙滑撬起落架。4卡-137采用共軸雙旋翼結(jié)構(gòu)和四腿起落架。它的旋翼直徑5.3米，球形機(jī)身最大直徑1.3米，機(jī)高2.3米，空重200公斤，最大起飛重量280公斤。卡-137無人機(jī)和PPU-137地面機(jī)動(dòng)控制站及運(yùn)載車構(gòu)成了MBVK-137(MBVK--多用途旋翼無人機(jī)系統(tǒng)的縮寫)無人機(jī)系統(tǒng)。機(jī)體具有電磁屏蔽和防腐蝕功能，又能防高強(qiáng)度輻射，也是卡-137的特點(diǎn)。它可艦船操作，可完全自主飛行，自動(dòng)導(dǎo)航在60米精度之內(nèi)。它的最大飛行速度175公里/小時(shí)，巡航速度145公里/小時(shí)，懸停升限2900米，最大升限5000米，最大航程530公里，續(xù)航時(shí)間4小時(shí)。此外，該機(jī)機(jī)身采用了大量復(fù)合材料并具有一定的隱身能力。

俄羅斯卡莫夫公司研制出了俄羅斯第一架多用途無人駕駛直升機(jī)M6BK－137。它是在卡－137的基礎(chǔ)上研制而成，用于生態(tài)監(jiān)測、工程、地質(zhì)和化學(xué)探測，巡視道路，打擊反恐怖分子等領(lǐng)域。據(jù)介紹，這種無人駕駛直升機(jī)已經(jīng)通過全面檢驗(yàn)，開始進(jìn)行投產(chǎn)準(zhǔn)備，其造價(jià)比有人駕駛直升機(jī)要低廉得多，如果資金到位，3年后便可以進(jìn)行批量生產(chǎn)。5

整體評(píng)價(jià)此無人機(jī)的成本低,效率高。在戰(zhàn)爭中能完成與有人飛機(jī)一樣的任務(wù),它造價(jià)卻遠(yuǎn)低于后者。在執(zhí)行某些特殊任務(wù)時(shí)比有人機(jī)節(jié)省費(fèi)用幾倍、幾十倍甚至幾百倍。6

服役情況卡-37適合軍民兩用，有多用途之長，任務(wù)轉(zhuǎn)換通過重組多任務(wù)傳感器就可實(shí)現(xiàn)。它在邊防巡邏、戰(zhàn)地偵察、輻射和生化偵察、生態(tài)監(jiān)測、油氣管道監(jiān)測、森林防火、自然災(zāi)害監(jiān)測和漁場監(jiān)護(hù)等多個(gè)方面顯示了自己的力量?？?37無人直升機(jī)進(jìn)入俄羅斯陸軍和邊防部隊(duì)服役有6年多了。以體積小和操作靈活受到部隊(duì)的歡迎。俄羅斯海軍也發(fā)現(xiàn)了它的突出特點(diǎn)，認(rèn)為它很適合配備到小型水面艦艇甚至是潛艇上，它在這些平臺(tái)上也很有發(fā)展?jié)摿Α?/p>