摘　要　無(wú)人機(jī)的發(fā)射是其執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)過(guò)程中一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié),針對(duì)不同種類(lèi)無(wú)人機(jī)的發(fā)射需求,對(duì)無(wú)人機(jī)的他力發(fā)射方式進(jìn)行了列舉并詳細(xì)闡釋了不同發(fā)射方式的工作原理；對(duì)不同類(lèi)型的發(fā)射技術(shù)進(jìn)行了比較,對(duì)比了各自的優(yōu)缺點(diǎn).其次,介紹了國(guó)內(nèi)外在無(wú)人機(jī)他力發(fā)射領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,并對(duì)無(wú)人機(jī)他力發(fā)射領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望.最后,在綜合評(píng)價(jià)各種發(fā)射裝置系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)之上,指出了選用無(wú)人機(jī)發(fā)射裝置時(shí)需注意的問(wèn)題及設(shè)計(jì)時(shí)的關(guān)鍵技術(shù).

自美國(guó)陸軍通信部隊(duì)于1918年設(shè)計(jì)并研發(fā)出第一架無(wú)人機(jī)至今,它已逐漸成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中不可或缺的一部分[1],越來(lái)越多的國(guó)家將無(wú)人機(jī)投入戰(zhàn)場(chǎng),用于開(kāi)展攻擊、偵察甚至援救等作戰(zhàn)任務(wù).除此之外,在近幾十年中,隨著圖像處理和通訊技術(shù)的快速發(fā)展,無(wú)人機(jī)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用也愈加廣泛,可用于運(yùn)輸,通訊或救災(zāi)等場(chǎng)合.

在無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中,起飛和著陸兩個(gè)階段尤為關(guān)鍵,特別是無(wú)人機(jī)發(fā)射方式的選擇,因?yàn)樗苯記Q定了無(wú)人機(jī)是否能夠平穩(wěn)起飛直至升空.無(wú)人機(jī)具有多種發(fā)射方式,如手拋、彈射、火箭助推和空中投放等,一般來(lái)講可按照無(wú)人機(jī)發(fā)射裝置主體部分所在地點(diǎn)分為:空基發(fā)射、陸基發(fā)射和?；l(fā)射[2].也可按照無(wú)人機(jī)起飛時(shí)是否需要外部設(shè)備提供動(dòng)力分為自力發(fā)射和他力發(fā)射兩大部分.通常,無(wú)人機(jī)的自力發(fā)射需要在無(wú)人機(jī)上安放小型供能設(shè)備以保證自主起飛,但這樣會(huì)大大增加起飛過(guò)載,在軍事領(lǐng)域應(yīng)用較少.本文主要側(cè)重于介紹由外界設(shè)備提供能量的他力發(fā)射,這種發(fā)射方式主要有手動(dòng)拋射、彈射起飛、母機(jī)/彈投放和艦載潛射等幾種形式.

1　手動(dòng)拋射

無(wú)人機(jī)的手動(dòng)拋射是最為簡(jiǎn)單的一種發(fā)射方式,其操縱方式為由1～2人將無(wú)人機(jī)手動(dòng)拋出,靠無(wú)人機(jī)的自身小型動(dòng)力裝置推動(dòng)其飛行.這種發(fā)射方式的優(yōu)勢(shì)是操縱簡(jiǎn)單,不受發(fā)射位置及環(huán)境因素的限制,但其只能用于最大尺寸小于3m、最大質(zhì)量小于十幾公斤的小型、微型無(wú)人機(jī).如美國(guó)的短毛獵犬(FQM-151A)、大烏鴉(RQ-11)、龍眼(I-SURSS)無(wú)人機(jī),英國(guó)的MSV-10、BIT-1IMP無(wú)人機(jī),中國(guó)的CH-802小型無(wú)人機(jī)等.圖1所示為美國(guó)的龍眼(I-SURSS)無(wú)人機(jī),其翼展約1.1m,總重2.3kg,被拋出后通過(guò)無(wú)人機(jī)自帶的鋅空氣電池驅(qū)動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推進(jìn)力使飛機(jī)前進(jìn),是現(xiàn)役的最小型偵察無(wú)人機(jī).

HCl、HNO3、HF、HClO4、H2SO4均為優(yōu)級(jí)純；高純液Ar(質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.999%)；實(shí)驗(yàn)用水均為超純水(電阻率不小于18MΩ·cm)。

相同工藝流程下在蘋(píng)果汁中接種釀酒酵母（CICC 32130），分別以20、25、30、35 ℃進(jìn)行恒溫發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束后蒸餾取樣，測(cè)定蘋(píng)果白蘭地中異丁醇、異戊醇及苯乙醇含量。

2　彈射起飛

無(wú)人機(jī)的彈射起飛方式是將其他形式能轉(zhuǎn)化為飛機(jī)起飛所需的機(jī)械動(dòng)能,其飛機(jī)本身不帶有高能量密度的動(dòng)力源,這樣會(huì)使得執(zhí)行同樣任務(wù)、攜帶同樣載荷的情況下無(wú)人機(jī)的質(zhì)量較輕,有助于降低成本.一般情況下,彈射起飛方式是將飛機(jī)放置于一個(gè)或多個(gè)并列的長(zhǎng)直滑軌上,通過(guò)牽引設(shè)備拖動(dòng)飛機(jī)在滑軌上平穩(wěn)加速,直至安全起飛.這種起飛方式的優(yōu)點(diǎn)是滑軌作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu),可以通過(guò)調(diào)整滑軌的位置和姿態(tài)來(lái)直接確定飛機(jī)起飛時(shí)的方向及俯仰角,調(diào)整較為靈活,不需要多余的控制設(shè)備.但其由于滑軌剛度及額定負(fù)載有限,發(fā)射質(zhì)量不宜過(guò)大,一般情況下只能用于發(fā)射質(zhì)量小于500kg的中、小型無(wú)人機(jī).

圖1　美國(guó)“龍眼”無(wú)人機(jī)

彈射起飛方式按照動(dòng)力源的不同可以分為彈性元件彈射、氣/液壓彈射、電磁彈射及燃?xì)鈴椛涞葟椛浞绞?

2.1　彈性元件彈射

彈性元件彈射是指利用彈性系數(shù)較大的彈性元件(如橡皮筋、彈簧等),在拉伸或壓縮時(shí)儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為飛機(jī)飛行時(shí)所需的動(dòng)能的一種發(fā)射方式.其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操縱方便,不需要電力、火藥等消耗性能源.但只能發(fā)射十幾千克量級(jí)的小型無(wú)人機(jī),并且由于彈性元件的彈性極限和壽命的限制,無(wú)法將飛行器加到很高的速度,使用次數(shù)不宜太多.英國(guó)的“女妖”,法國(guó)的“瑪爾特”,俄羅斯的“超光速粒子”以及法國(guó)泰雷茲集團(tuán)的新型“Fumlar”無(wú)人機(jī)都可采用這種發(fā)射方式.圖2所示為“Fumlar”無(wú)人機(jī)的發(fā)射裝置,從圖中可以明顯地看出其操縱較為簡(jiǎn)單：初始時(shí)將無(wú)人機(jī)拉至滑軌底部,將滑車(chē)鎖死,兩側(cè)橡皮筋處于拉伸狀態(tài),發(fā)射時(shí)解鎖滑車(chē),利用橡皮筋的拉力拉動(dòng)無(wú)人機(jī),使其加速滑行直至起飛.發(fā)射完成后,手動(dòng)拉橡皮筋及滑車(chē)至初始位置,裝載第2架無(wú)人機(jī),以備下次發(fā)射.

2.2　氣/液壓彈射

氣/液壓彈射是一種以氣/液壓作為無(wú)人機(jī)彈射起飛的動(dòng)力源的一種發(fā)射方式,它通常由氣/液源、帶緩沖氣缸(液壓缸)、滑輪增程裝置、滑軌、氣/液控制閥、管路等幾部分組成.通過(guò)對(duì)氣(液)路及增程裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)可以達(dá)到自動(dòng)發(fā)射、減速、停止及回程的目的,實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的自動(dòng)連續(xù)發(fā)射.這種發(fā)射方式的各項(xiàng)性能適中,與滑跑起飛方式相比,無(wú)需專(zhuān)用跑道,靈活性較好,可以搭載在機(jī)動(dòng)車(chē)輛或艦船上；與火箭助推方式相比,它沒(méi)有火控系統(tǒng),使用、存儲(chǔ)較為安全.但其由于使用消耗性的氣(液)源,故在不能得到及時(shí)補(bǔ)充的情況下無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)期的連續(xù)發(fā)射.

圖2　“Fumlar”無(wú)人機(jī)的發(fā)射裝置

就此項(xiàng)發(fā)射技術(shù)而言,由于國(guó)外起步較早,并且氣壓、液壓傳動(dòng)部件等基礎(chǔ)設(shè)備較為完善,所以已經(jīng)有了許多知名的無(wú)人機(jī)型號(hào)采用此種發(fā)射方式.如美國(guó)的“掃描鷹”、“影子”無(wú)人機(jī)、英國(guó)的“不死鳥(niǎo)”無(wú)人機(jī)和瑞士的“巡邏兵”無(wú)人機(jī)等.

圖3所示為“掃描鷹”無(wú)人機(jī)的發(fā)射裝置實(shí)物圖,圖4展示了掃描鷹在起飛時(shí)的發(fā)射原理.

圖3　“掃描鷹”無(wú)人機(jī)的發(fā)射裝置實(shí)物圖

從圖4中可以清楚地看出其發(fā)射過(guò)程:當(dāng)滑車(chē)在滑軌后端部時(shí),將待發(fā)射的無(wú)人機(jī)置于滑車(chē)上并固定.發(fā)出發(fā)射指令后氣缸前腔體充氣,活塞桿拉動(dòng)繩索,進(jìn)而使楔形塊在豎直方向上快速向下運(yùn)動(dòng),右端的動(dòng)滑輪—繩索增程裝置也隨之運(yùn)動(dòng),放出相應(yīng)長(zhǎng)度的繩索.這時(shí)由于楔形塊與滑軌間距離增大,不得不迫使攜帶著無(wú)人機(jī)的滑車(chē)沿楔形塊的輪廓線向前端加速滑動(dòng),當(dāng)其速度達(dá)到一定值時(shí)釋放無(wú)人機(jī).之后,楔形塊的前端輪廓線形狀會(huì)使快速運(yùn)動(dòng)的滑車(chē)剎車(chē),避免滑車(chē)與前端擋板的碰撞.進(jìn)行完一次發(fā)射后可以將氣缸與大氣連通,并拉回滑車(chē),即可準(zhǔn)備第2次發(fā)射.

圖4　“掃描鷹”無(wú)人機(jī)發(fā)射原理

1-無(wú)人機(jī) 2-滑車(chē) 3-滑軌 4-運(yùn)動(dòng)楔形塊 5-滑輪— 繩索增程裝置6-高速氣缸7-支撐桿

2.3　電磁彈射

無(wú)人機(jī)的電磁彈射是近些年才提出的一種較為新穎的發(fā)射技術(shù),其基本原理與直線電機(jī)類(lèi)似:將磁極布置成長(zhǎng)直軌道的形式,無(wú)人機(jī)本身或某一部分作為電樞,利用其受到的電磁力來(lái)推動(dòng)無(wú)人機(jī)加速前進(jìn)直至發(fā)射[3].圖5所示為電磁發(fā)射的原理示意圖,假設(shè)兩根導(dǎo)軌上的電流都為I,空氣磁導(dǎo)率為μ0,則可由畢奧薩法爾定律求得無(wú)人機(jī)所處位置的近似磁場(chǎng)強(qiáng)度大小為:

其中,L為兩導(dǎo)軌間距.　無(wú)人機(jī)所受的磁場(chǎng)力大小為:

所以,在無(wú)人機(jī)起飛質(zhì)量一定時(shí),導(dǎo)軌通過(guò)的電流越大、導(dǎo)軌越長(zhǎng),起飛速度越大.

圖5　電磁彈射原理圖

與帶有火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的火控發(fā)射方式相比,此種發(fā)射方式具有發(fā)射負(fù)載小、成本較低、隱蔽性好、便于存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn).而與由儲(chǔ)氣/液瓶?jī)?chǔ)能、閥門(mén)控制并帶有復(fù)雜管路設(shè)備的氣/液發(fā)射方式相比,此種發(fā)射方式直接由開(kāi)關(guān)控制,快速性較好、控制效率及控制的準(zhǔn)確性較高.但由于目前電磁軌道炮領(lǐng)域的高功率脈沖電源技術(shù)、脈沖直線電機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、抗燒蝕技術(shù)等發(fā)展不是特別完善,只可以將幾十至幾百克量級(jí)的彈丸加速到幾千米每秒的速度[4],這就會(huì)對(duì)大型無(wú)人機(jī)的起飛速度極限有了很大的限制.目前,電磁發(fā)射技術(shù)較多用于帶有長(zhǎng)直導(dǎo)軌的大型艦載發(fā)射平臺(tái)上.圖6所示為美國(guó)“全球鷹”無(wú)人機(jī)的航母電磁發(fā)射平臺(tái).

圖6　“全球鷹”無(wú)人機(jī)的航母電磁發(fā)射平臺(tái)

雖然目前只有英國(guó)的“不死鳥(niǎo)”、美國(guó)的“全球鷹”和以色列的“赫爾墨斯(Hermes)”系列無(wú)人機(jī)應(yīng)用了電磁發(fā)射技術(shù).但是在可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái),隨著電磁軌道炮中的關(guān)鍵技術(shù)日趨成熟,無(wú)人機(jī)的電磁彈射技術(shù)必將成為無(wú)人機(jī)發(fā)射技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的一種,并將有力促進(jìn)艦載無(wú)人機(jī)等其他武器裝配領(lǐng)域的發(fā)展.

2.4　燃?xì)鈴椛?/p>

燃?xì)鈴椛錈o(wú)人機(jī)又稱(chēng)為炮射無(wú)人機(jī)、其發(fā)射手段與火箭助推發(fā)射較為類(lèi)似:都是通過(guò)火藥燃燒產(chǎn)生的推力使無(wú)人機(jī)加速發(fā)射.但不同點(diǎn)在于,燃?xì)鈴椛錈o(wú)人機(jī)上不直接帶有火箭助推發(fā)動(dòng)機(jī),而是將無(wú)人機(jī)整體置于發(fā)射榴彈炮或火箭炮的炮管內(nèi),當(dāng)火炮點(diǎn)火后,火藥燃燒產(chǎn)生的大量高溫高壓氣體推動(dòng)機(jī)身在炮膛內(nèi)加速運(yùn)動(dòng),最終像普通彈丸一樣完成發(fā)射.圖7為我國(guó)近年研制的“天眼”炮射無(wú)人機(jī)的發(fā)射及作戰(zhàn)流程.

圖7　“天眼”炮射無(wú)人機(jī)工作流程

從圖7中可以看出,無(wú)人機(jī)是裝載在一定尺寸的彈丸內(nèi)部進(jìn)行發(fā)射的,當(dāng)彈丸達(dá)到彈道頂點(diǎn)后,后端降落傘張開(kāi),使彈丸減速.達(dá)到巡航或偵查所需速度后,彈殼脫落,機(jī)上旋翼或固定翼展開(kāi),開(kāi)始后續(xù)作戰(zhàn)任務(wù).

這種發(fā)射方式的優(yōu)點(diǎn)是,目前炮彈發(fā)射技術(shù)較為成熟,直接將無(wú)人機(jī)裝入已有型號(hào)的彈體內(nèi)部,便可進(jìn)行多次、大批量發(fā)射,省去了不同型號(hào)的無(wú)人機(jī)配套發(fā)射裝置的設(shè)計(jì)及制作過(guò)程.但缺點(diǎn)是需要在某特定時(shí)段脫掉彈殼,并在空中執(zhí)行翼面展開(kāi)工作,這就對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求.另外,其本質(zhì)上為一種火藥助推發(fā)射方式,在發(fā)射時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生火光、噪聲等不安全因素.

目前,此類(lèi)發(fā)射方式尚處于研制階段,只有美國(guó)、俄羅斯和中國(guó)等幾個(gè)國(guó)家有所涉及,且我國(guó)在該領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先水平.除前文所述的“天眼”外,還有國(guó)產(chǎn)偵察無(wú)人機(jī)“ASN-206”、小型可折疊式“T90-11”無(wú)人機(jī),美國(guó)的“云雀”無(wú)人機(jī),德國(guó)的“DAR”無(wú)人機(jī)等采用這種發(fā)射方式.

三是社會(huì)組織人才專(zhuān)業(yè)化需要科學(xué)、合理的制度作為其支撐，是相關(guān)制度與政策推動(dòng)的結(jié)果，因此，在今后的研究中，需要對(duì)現(xiàn)行社會(huì)組織人才專(zhuān)業(yè)化制度及政策的實(shí)施效果進(jìn)行調(diào)查、分析，加大對(duì)社會(huì)組織人才專(zhuān)業(yè)化制度、政策的合理設(shè)計(jì)與深入研究。

3　母機(jī)/彈投放

將無(wú)人機(jī)裝載在其他飛行器,如:常規(guī)運(yùn)輸機(jī)、航空炸彈布撒器甚至更大型的無(wú)人機(jī)等母機(jī)上.運(yùn)載體先以正常起飛方式起飛,當(dāng)其達(dá)到一定的飛行高度和速度后,打開(kāi)艙門(mén)或松開(kāi)懸掛機(jī)構(gòu),空中投放無(wú)人機(jī).圖8所示為一種利用運(yùn)輸機(jī)空投無(wú)人機(jī)的流程圖.

圖8　空投無(wú)人機(jī)流程

其基本實(shí)現(xiàn)方式是將多個(gè)裝有無(wú)人機(jī)的集裝箱裝載在運(yùn)輸機(jī)艙內(nèi),當(dāng)飛到預(yù)定位置時(shí)打開(kāi)后艙門(mén),投出集裝箱.之后打開(kāi)箱體自帶的降落傘等氣動(dòng)力阻尼設(shè)備,調(diào)整箱體姿態(tài),待其平穩(wěn)后箱門(mén)打開(kāi),無(wú)人機(jī)自動(dòng)滑出,即可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的空中投放.

這種利用機(jī)載的空中投放方式不需要無(wú)人機(jī)自身攜帶任何起飛助推設(shè)備,可大大降低其有效起飛載荷.并且由于母機(jī)的飛行速度較快、高度較高,非常有利于無(wú)人機(jī)突破常規(guī)的地面防御系統(tǒng).但是,大型運(yùn)輸機(jī)等母機(jī)的起飛條件較為復(fù)雜,需要大型跑道和地面保障等設(shè)備,所以這種發(fā)射方式單次發(fā)射成本較高,常用來(lái)實(shí)現(xiàn)大批量無(wú)人機(jī)的散布投放.

除此之外,還可以將無(wú)人機(jī)直接掛載于導(dǎo)彈、火箭彈、航空炸彈等母彈上進(jìn)行投放,其基本原理與母機(jī)投放類(lèi)似.

由于母機(jī)/彈投放對(duì)無(wú)人機(jī)的類(lèi)型及型號(hào)沒(méi)有任何特殊限制,故大多數(shù)無(wú)人機(jī)除使用自身配套的發(fā)射方式外,都可使用母機(jī)/彈投放.比較常見(jiàn)的采用母機(jī)投放的飛行器有:意大利的“米拉奇100”可由Agusta A109直升機(jī)空中發(fā)射,美國(guó)的AQM-37無(wú)人靶機(jī)可以從A-4、A-6等飛機(jī)上發(fā)射,以色列的“迪萊勒”無(wú)人機(jī)可由F-4飛機(jī)攜帶投射以及最近研發(fā)的美國(guó)QF-16無(wú)人靶機(jī)和中國(guó)的“彩虹805”無(wú)人靶機(jī)等.

4　潛射無(wú)人機(jī)

潛射是指用潛艇在水下向海平面發(fā)射無(wú)人機(jī),這種發(fā)射理念是美國(guó)在20世紀(jì)90年代提出的.由于海水具有較強(qiáng)的隱蔽性,潛艇在水下觀察和通信能力會(huì)受到極大的限制,對(duì)海平面的情況無(wú)法做到全面掌握.而近年來(lái)潛艇武器裝備的高速發(fā)展又對(duì)潛艇的信息獲取能力提出了更高的要求,所以利用潛射偵察無(wú)人機(jī)來(lái)獲取海平面通訊信息的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[5].目前潛射無(wú)人機(jī)主要分為兩種發(fā)射方式:干發(fā)射和濕發(fā)射.

4.1　干發(fā)射

干發(fā)射是指將無(wú)人機(jī)折疊后放入密封囊中,與燃?xì)鈴椛浼夹g(shù)類(lèi)似,密封囊可直接由潛艇自帶的魚(yú)雷發(fā)射管等裝置發(fā)射.之后利用浮力或密封囊自身的動(dòng)力系統(tǒng)將其送至水面,密封囊打開(kāi),無(wú)人機(jī)可采取自力或他力彈射方式起飛.

美國(guó)的 “海上搜索者”、“海上哨兵”和德國(guó)EMT公司的“Aladin”無(wú)人機(jī)都采用這種發(fā)射方式.由于干發(fā)射的無(wú)人機(jī)在整個(gè)水下航行過(guò)程中都處于干燥密封狀態(tài),不需要考慮機(jī)上電子設(shè)備的防水問(wèn)題和機(jī)身外形造成的復(fù)雜流體力學(xué)計(jì)算問(wèn)題,并且魚(yú)雷發(fā)射管的發(fā)射技術(shù)也較為成熟,所以潛射無(wú)人機(jī)大多采用干式發(fā)射.

4.2　濕發(fā)射

濕發(fā)射沒(méi)有裝載無(wú)人機(jī)的密封囊,而是將無(wú)人機(jī)折疊后直接裝入彈道導(dǎo)彈的發(fā)射筒內(nèi)發(fā)射至海平面上.美國(guó)2007年研制的“鸕鶿”無(wú)人機(jī)、“彈簧刀”無(wú)人機(jī)和2013年研發(fā)的XFC無(wú)人機(jī)[6]采用這種發(fā)射方式.“鸕鶿”無(wú)人機(jī)質(zhì)量4100kg、全長(zhǎng)5.8m、翼展4.9m,由三叉戟彈道導(dǎo)彈發(fā)射筒發(fā)射,其到達(dá)海平面后可由自帶的兩個(gè)一次性火箭助推器發(fā)射升空,并通過(guò)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)空中巡航飛行.

水下潛射無(wú)人機(jī)需要眾多學(xué)科的技術(shù)支持.迄今為止,還有水彈道技術(shù)、輕型抗壓材料技術(shù)、電子元器件密封及防水技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)尚未成熟,所以無(wú)人機(jī)的水下潛射發(fā)射方式還有待進(jìn)一步完善.

5　無(wú)人機(jī)他力發(fā)射技術(shù)對(duì)比分析及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

各種無(wú)人機(jī)他力發(fā)射技術(shù)對(duì)比如表1所示.

針對(duì)南通鵬越紡織有限公司從2004年成立的背景，歷來(lái)的發(fā)展軌跡和現(xiàn)狀，發(fā)展中所存在的問(wèn)題等方面，筆者分批次對(duì)南通鵬越紡織有限公司進(jìn)行了客觀全面的調(diào)研和總結(jié)。其營(yíng)銷(xiāo)現(xiàn)狀主要表現(xiàn)如下：

目前,許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)無(wú)人機(jī)他力發(fā)射進(jìn)行了大量的研發(fā)及分析.其中包括發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)、控制律設(shè)計(jì)、起飛時(shí)動(dòng)力學(xué)特性仿真分析等多個(gè)方面.

5.1　手動(dòng)拋射

由于小型無(wú)人機(jī)手動(dòng)拋射的原理較為簡(jiǎn)單,故目前大多數(shù)研究集中于無(wú)人機(jī)的本體設(shè)計(jì),如:無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、起飛時(shí)動(dòng)力學(xué)特性的分析及無(wú)人機(jī)自身所攜帶能源供能特性的研究等方面.科羅拉多州立大學(xué)的N.Wagner[7]等試圖通過(guò)建立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)矩陣的方式來(lái)尋找手拋式無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法,并設(shè)計(jì)了一臺(tái)電動(dòng)可折疊手拋無(wú)人機(jī)進(jìn)行了飛行試驗(yàn).在此基礎(chǔ)上西北工業(yè)大學(xué)的王剛等,對(duì)這種手?jǐn)S小型無(wú)人機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化,將反彎度翼型改為正彎度翼型,使得在同樣電池容量時(shí)飛行航程提高了24%[8].張琳對(duì)某小型電動(dòng)手拋式無(wú)人機(jī)建立了MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)[9],得到了無(wú)人機(jī)可安全發(fā)射的初始條件,這對(duì)于手拋式無(wú)人機(jī)能否順利起飛有很大的參考價(jià)值.

5.2　彈性元件彈射

彈性元件彈射只可用于小型或微小型無(wú)人機(jī)的發(fā)射,使用范圍有限,故國(guó)內(nèi)外相關(guān)研發(fā)工作較少.北京工商大學(xué)的陳天華等設(shè)計(jì)了一臺(tái)可提供800N彈射力的4軌道彈射架,總長(zhǎng)2m,可發(fā)射5kg以下量級(jí)的無(wú)人機(jī)[10].臺(tái)灣明道大學(xué)的Shyu等利用一臺(tái)橡皮筋彈射設(shè)備進(jìn)行小型無(wú)人機(jī)的發(fā)射試驗(yàn),此發(fā)射裝置總重為30kg,加速行程3m,可將7kg的小型無(wú)人機(jī)在0.7s內(nèi)以20m/s的速度彈出[11],這種短時(shí)間內(nèi)加速并以高速度起飛的發(fā)射特性有助于提高戰(zhàn)場(chǎng)上的小范圍偵察作戰(zhàn)效率.

表1　無(wú)人機(jī)他力發(fā)射技術(shù)對(duì)比

發(fā)射方式　成本　可發(fā)射無(wú)人機(jī)類(lèi)型　優(yōu)點(diǎn)　缺點(diǎn)手動(dòng)拋射　低　小型、微小型　方便、易實(shí)現(xiàn)　對(duì)起飛重量有嚴(yán)格限制彈性元件彈射　低　小型　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操縱方便,不需要消耗性能源彈性元件壽命有限且無(wú)法達(dá)到較大的起飛速度氣/液壓彈射　較低　中、小型　通過(guò)恰當(dāng)?shù)目刂瓶蓪?shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)發(fā)射需要在氣/液源附近使用電磁彈射　高　大、中、小型　控制精確,效率高,初速度大　技術(shù)上實(shí)現(xiàn)困難,設(shè)備復(fù)雜燃?xì)鈴椛洹≥^低　小型　可改裝性強(qiáng)、適用范圍廣　安全系數(shù)低、隱蔽性差母機(jī)/彈投放　單次較高,大批量低　大、中、小型　易于突防　實(shí)現(xiàn)較為困難艦載潛射　高　中、小型

5.3　氣/液壓彈射

目前,氣/液壓彈射是中小型偵察無(wú)人機(jī)的主流發(fā)射方式,相關(guān)的研究較多[12?19],主要集中于彈射系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、起飛時(shí)動(dòng)力學(xué)特性分析以及多閥門(mén)控制律設(shè)計(jì)等.鄭州大學(xué)的馬勝鋼課題組[12?14,16?19]對(duì)此發(fā)射方式所做的研發(fā)較為全面,其分別設(shè)計(jì)了一套帶有緩沖系統(tǒng)[12]的液壓發(fā)射裝置[13]和一套氣壓發(fā)射裝置[14],并對(duì)各種主要原件結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)發(fā)射性能的影響做了詳細(xì)的對(duì)比分析,這對(duì)于后續(xù)其他類(lèi)似系統(tǒng)的研發(fā)與改進(jìn)具有理論指導(dǎo)意義.另外,南京航空航天大學(xué)的李?lèi)偟葘?duì)氣/液壓彈射系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵子系統(tǒng)做了詳細(xì)的介紹及討論[15],提高了無(wú)人機(jī)氣/液壓彈射技術(shù)的通用性,也可為其他相關(guān)研發(fā)人員提供工程上的參考.

5.4　電磁彈射

包括無(wú)人機(jī)的電磁彈射在內(nèi)的所有電磁彈射技術(shù)都帶有前文所述的一些技術(shù)難題,西北機(jī)電工程研究所的蘇子舟等[20?21]對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了一一列舉及分析,并分別給出了赫爾墨斯450無(wú)人機(jī)[20]和英國(guó)不死鳥(niǎo)無(wú)人機(jī)[21]的電磁彈射數(shù)據(jù),具有一定的參考價(jià)值.由于電磁彈射是一種較為新穎的發(fā)射技術(shù),國(guó)內(nèi)發(fā)展較為落后,大多文獻(xiàn)都局限于仿真分析[22]及可行性驗(yàn)證[23]等方面.與國(guó)內(nèi)相比,國(guó)外已有對(duì)整套小型電磁彈射系統(tǒng)研發(fā)的相關(guān)文獻(xiàn),南洋理工大學(xué)的Bahadir Kocer等設(shè)計(jì)了一套可將500g的微型無(wú)人機(jī)在200ms內(nèi)加速到8.5m/s的電磁彈射裝置[24].

5.5　潛射

無(wú)人機(jī)的潛射技術(shù)是潛艇技術(shù)的一個(gè)組成部分,國(guó)內(nèi)外很少有相關(guān)公開(kāi)文獻(xiàn)討論其本身的結(jié)構(gòu)和工作方式,大部分研究是對(duì)其飛行彈道特性[25]及出水特性[26]進(jìn)行理論層次上的仿真分析.

6　無(wú)人機(jī)他力發(fā)射技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

大量專(zhuān)利及文獻(xiàn)表明[27]自20世紀(jì)70年代至今,世界上共誕生無(wú)人機(jī)發(fā)射技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利369件,其分類(lèi)餅狀圖如圖9所示.從圖中可以看出,他力發(fā)射方式中的彈射起飛技術(shù)專(zhuān)利占有一半以上的比例.這是因?yàn)閺椛淦痫w方式具有起飛過(guò)載小,安全性好,占地面積較小并且能滿(mǎn)足戰(zhàn)場(chǎng)上的機(jī)動(dòng)靈活性的需要等特點(diǎn),從而受到各個(gè)國(guó)家的重視,目前彈射起飛仍是中小型無(wú)人機(jī)發(fā)射的主要方式.

圖9　無(wú)人機(jī)發(fā)射技術(shù)專(zhuān)利餅狀圖

目前我國(guó)在無(wú)人機(jī)的彈射技術(shù)領(lǐng)域與國(guó)外的差距在于,對(duì)高速?gòu)椛湎到y(tǒng)的控制能力較差,氣液壓彈射系統(tǒng)的蓄能能力較差,因而無(wú)法達(dá)到很高的彈射效率.這是因?yàn)槲覈?guó)在氣液壓傳動(dòng)部件的精確制造領(lǐng)域較為落后,大多需要依靠進(jìn)口.因此,我國(guó)應(yīng)針對(duì)與美國(guó)等世界發(fā)達(dá)國(guó)家的差距,進(jìn)行大力改進(jìn).與此同時(shí),以美國(guó)為代表的世界發(fā)達(dá)國(guó)家正致力于利用電磁彈射技術(shù)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的彈射技術(shù),其在新一代航空母艦上安裝大功率電磁彈射軌道的構(gòu)想已經(jīng)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段,但也由于高功率脈沖電源技術(shù)、脈沖直線電機(jī)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題未能得到很好的解決,使得公開(kāi)的相關(guān)專(zhuān)利信息較少.但可以肯定的是,電磁彈射技術(shù)在未來(lái)幾年將得到迅猛的發(fā)展.

總之,無(wú)人機(jī)他力發(fā)射技術(shù)必定會(huì)向著降低成本、增強(qiáng)機(jī)動(dòng)性、提高發(fā)射系統(tǒng)的使用壽命和戰(zhàn)場(chǎng)隱蔽性等方向發(fā)展.

7　無(wú)人機(jī)發(fā)射裝置的選用原則

無(wú)論是軍用領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域,無(wú)人機(jī)平穩(wěn)安全地起飛是整個(gè)飛行階段的關(guān)鍵,因此,無(wú)人機(jī)發(fā)射裝置的選擇顯得尤為重要.在選用發(fā)射裝置時(shí)應(yīng)著重考慮下述問(wèn)題:

1)無(wú)人機(jī)的類(lèi)型.大、中、小型無(wú)人機(jī)可選擇的起飛方式有所不同:大型或超大型無(wú)人機(jī)只可采用滑跑起飛或母機(jī)投放的方式起飛；中型無(wú)人機(jī)的選擇余地較多,可采用不同的彈射方式；而小型或微小型無(wú)人機(jī)一般選擇手拋式或彈性元件彈射.

從整道試題的結(jié)構(gòu)上看，試題按照“表(現(xiàn))象—內(nèi)在機(jī)制—實(shí)際應(yīng)用”的思路展開(kāi)，考查了學(xué)生的理解(辨認(rèn)、比較、解讀)、應(yīng)用(推理歸因)、創(chuàng)新(設(shè)計(jì))能力。

2)起飛過(guò)載.有些執(zhí)行偵察任務(wù)的無(wú)人機(jī)機(jī)身上通常會(huì)攜帶昂貴的精密電子設(shè)備,如用燃?xì)鈴椛鋾?huì)產(chǎn)生很大的起飛過(guò)載,極易損壞機(jī)上設(shè)備.對(duì)于這種情況,應(yīng)考慮滑跑起飛或帶有長(zhǎng)滑軌的彈射起飛等較為平緩的方式.

3)成本.任何產(chǎn)品都要考慮使用成本問(wèn)題.眾多無(wú)人機(jī)發(fā)射裝置中,電磁彈射起飛通常成本較高,選用時(shí)應(yīng)慎重考慮.

4)使用環(huán)境.在戰(zhàn)斗中,通常希望無(wú)人機(jī)的起飛具有良好的隱蔽性和機(jī)動(dòng)性,以適應(yīng)復(fù)雜多變的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境.除需要空中投放以便突防的情況外,氣/液彈射裝置較為適合在戰(zhàn)場(chǎng)使用.

除此之外,還應(yīng)綜合無(wú)人機(jī)的起飛質(zhì)量、裝置的安全性、高效性等多種因素來(lái)對(duì)發(fā)射裝置進(jìn)行選擇.

8　結(jié)論

無(wú)人機(jī)的他力發(fā)射技術(shù)涉及機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、空氣動(dòng)力學(xué)、材料等多個(gè)領(lǐng)域,主要研究?jī)?nèi)容包括機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算、信息(無(wú)人機(jī)的位置和速度)測(cè)量等,是一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)性工程.本文介紹了目前主流的他力式無(wú)人機(jī)發(fā)射方式、國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展、發(fā)展趨勢(shì)及發(fā)射裝置的選用原則,以供參考.

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Key words　unmanned aerial vehicles,catapult,aerial release,submarine launch,launch equipment

CitationYE Shuai-Chen,YAO Xiao-Xian.On the other-power launch technology of unmanned aerial vehicles[J].Journal of Command and Control,2018,4(1):15?21

葉帥辰(1994?),男,博士研究生,主要研究方向?yàn)轱w行器制導(dǎo)與控制.本文通信作者.