未来新型战术无人机一览

文摘   科技   2024-07-09 06:50   江苏  

无人机引入到战争之后,成为了传统主战部队不可或缺的重要帮手,包括获取敌方情报、直接攻击、进行物资运输等。而近十年,无人机技术更是飞速发展,彻底改变了现代战争,现在各国也不再热衷于像以前那样全力发展捕食者这类大型的滑跑起降察打一体无人机。目前重点发展垂直起降无人机,性能和功能要求还包括蜂群作战、自主智能、忠诚僚机、高超音速、隐身、低成本、运输和使用便捷等等。

FTUAS(美国陆军未来战术无人机)项目是为了替代老的弹射和滑跑起降的RQ-7 Shadow,要求具备垂直起降能力,能携带10kg的任务载荷,飞行12小时。最初参与该项目的构型包括复合翼、尾坐式、倾转旋翼,此前已经测试过AeroVironment JUMP-20、L3 Harris FVR-90、Shield AI V-BAT等,还有一些公司因为自身问题停止了参与,到2024年4月获得选项3和选项4的的两家竞争者是Griffon、Textron。
DARPA ANCILLARY(助手)项目,是“无基础设施发射和回收的先进飞机”的缩写,旨在打造可供美国海军和海军陆战队使用的无人驾驶飞机系统(替代RQ-21 Integrator,该机需要9人操作,并且非常占用甲板空间和时间),该项目要求无人机必须不依靠外部的发射回收装置,采用现有成熟的动力系统(此前的多个VTOL项目因为动力系统问题中止),全重不超过150kg,能携带27kg任务载荷,飞行833km,作战半径185km,续航时间超过16小时,预计在2026年开始试飞,这个项目也可以说是DARPA TERN(燕鸥)项目之后的小型化延续。参与的单位较多,2024年5月,美军也选定了6家单位的方案:AeroVironment、Griffon、Karem、Method、Northrop Grumman 、 Sikorsky,作为未来战术无人机的潜在签约方开展研制工作,其构型各有特点,包含尾坐式、半尾坐式、倾转旋翼等,翼展分布在5.5-8.2m,机翼均可折叠,以便于在舰船机库内存放10架。
对于早就已经装备的老式弹射、手抛无人机,一方面的退役更换为新的垂直起降型,一方面增加垂直起降套件提升使用便利性。比如Insitu公司就开发了新的复合翼垂直起降型Integrator(综合者),并推出了老的弹射型使用的升级套件(FLARES):采用多旋翼提升无人机投放和牵绳挂钩回收。Textron推出了Aerosonde HQ,从弹射起飞和撞网回收变成了垂直起降,任务载荷能力也大幅提升。 Aerovironment PUMA手抛无人机在增加了一些功能后,重量也增加了,手抛发射已经比较吃力,容易摔地上,于是也推出了复合翼垂直起降改型。
图↑ Integrator VTOL
↑ Scaneagle、 Integrator的多旋翼套件(FLARES)
图↑ Textron Aerosonde HQ
↑ AeroVironment PUMA VTOL
垂直起降,以及大载重长航时的要求,对研制单位的设计也提出了挑战,除了复合翼构型外,还有很多新的构型值得参考,下文主要列举了一些以美国为主的战术无人机发展思路:
Aeronautics Trojan
Trojan(特洛伊)是以色列研制的战术侦察无人机,机翼上有副翼,没有尾翼。俯仰控制和转向控制由尾部的矢量螺旋桨与8个旋翼来联合控制。

飞机具有高的起落架,便于在崎岖不平和有灌木的区域起降。

图↑ 俯视图
图↑ 可选配太阳能充电
图↑ 矢量尾推(上下、左右偏转)

图↑ 起落架保证螺旋桨与石头和灌木的安全距离
图↑ 可停留在山顶或建筑物向下俯瞰监视
Aerovironment Wildcat
Wildcat(野猫)是尾坐式垂直起降无人机,巡航螺旋桨位于机头,尾翼为近似于X或H混合形式,在尾翼的前部尖端布置有4个电动的升力螺旋桨,可以实现快速垂直起降和控制,完成垂直起飞转入平飞后,升力螺旋桨可以向后收起,减小巡航阻力。
机翼为上单翼,翼尖下反提高操控性,机头的发动机舱下方有可收放的光电球,用于侦察搜索,机身中部还有一个任务舱,可以运送和投放一些物资。
图↑ Wildcat
Griffon Valiant
Valiant(勇士)为倾转旋翼设计,4个倾转动力,分别位于机翼前方和尾翼。前方两个偏向于产生垂直升力,巡航的时候可以关闭,螺旋桨收起,减小阻力。V尾顶部的动力更偏向于巡航工况。由于不是载人,4个倾转也是非常合适的。
图↑ Valiant垂直起降状态
图↑ Valiant巡航状态
Karem Bluebird
Bluebird确实有点像蓝鸟姿态,他是尾坐式的垂直起降无人机,机头布置的共轴反转旋翼,并且配备了Karem公司的OSTR(最佳转速倾转旋翼)专利技术,旋翼转速可针对性的优化调整,最大幅度的降低悬停能量消耗。
该无人机也是上单翼设计,尾部为倒V尾。
图↑  巡航状态
Karem公司以前在DARPA VXP项目中以及其他军方项目中都一直重点推其OSTR倾转旋翼设计,这次却一反常态推出共轴尾坐。
图↑  Karem引以为傲的OSTR技术

图↑  Karem与韩华集团合资的Overair采用4倾转旋翼

Method
这是一个初创公司,其构型与Whisper公司的静音飞行器很像,采用开式尾撑布局,其参数性能未公布。从艺术效果图上暂时看不出如何垂直起飞,也可能是采用尾坐式,或者其撑杆内有可收放的升力旋翼。
图↑  开式尾撑结构
Northrop Grumman 
N-G在此前的DARPA TERN项目中获胜,共轴双旋翼的尾坐飞行器,并计划开展原型机的制造,但是该项目后来中止了。
图↑  N-G的TERN

N-G在ANCILLARY项目中推出的新构型为三轴,机身后部有倒V尾,兼做起落架。起飞时尾部的螺旋桨向下偏转,也就产生了一个垂直推力,使得飞行器斜向上起飞。着陆时也是同样操作。新的设计机翼是向后方折叠的,可以载重27kg飞行20小时。

图↑  起飞状态,机翼尚未展开

图↑  机翼三段折叠,推进桨处于向下状态

图↑  机翼两段折叠,推进桨处于向下状态(实物)

图↑  机翼展开,推进桨处于巡航状态
Piasecki ARES
Piasecki把原来与Lockheed-Martin共同开发的DARPA ARES(可重构嵌入式系统)拿出来在此基础上改进,再次向美军展示其未来可能的用途。该机核心为带有倾转涵道机翼的飞行器,具有多种模块组合方式,可灵活执行不同任务。
图↑  ARES
PteroDynamics Transwing
Ptero(翼龙)这个构型2018年发布,媒体宣传做得好,但是实际上并不实用,目前美军并未邀请其参与核心项目竞标,只是了解了下设计。
图↑  斜轴倾转机翼
Shield AI V-BAT
V-BAT已经面世很多年了,采用尾坐式、涵道推进,涵道后部有多个舵面进行控制。任务载荷位于头部,视野很好。腹部还可携带一些物资运送。由于拥有涵道保护,士兵可以近身操作使用,其实核心问题还是他容易倾倒,降落时需要有人在旁看护。
Shield AI公司收购了马丁无人机公司的V-BAT项目后,进一步得到了发展。不过V-BAT续航时间一般最大为8小时,在FTUAS项目中已经淘汰。
图↑  V-BAT
Sikorsky RBW
Sikorsky的RBW(Rotor Blown Wing,旋翼吹气机翼)方案是此前DARPA VTOL X-PLANE计划中方案的改进版本,利用旋翼转子的洗流来提升控制效能。依然是尾坐式,布局基本没什么太大变化,机翼和旋翼加大(外翼可折叠),垂尾不再布置于发动机舱上面,错开,提高了动力短舱的可使用性和维护性。
早期的RBW,一侧是燃油发动机,一侧是电动机,新机型采用燃油发电驱动两台电机和螺旋桨方式。
图↑  旋翼吹气控制(2013)
图↑  早期的RBW采用1发动机+1电机(2013)

图↑  巡航状态

图↑  待飞状态

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