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無人機的關鍵技術有哪些?

無人機的關鍵技術有哪些?

無人機與有人機在氣動設計要求和設計理念上有很大不同。有人飛機的氣動設計通常以航程和速度為優先優化目標,而無人飛機通常以飛行時間為優先優化目標。所以,下面我就和大家分享壹下無人機的關鍵技術知識。歡迎閱讀瀏覽。

1能源與動力技術

無人機比有人機使用更多的推進系統,使用不同類型的能源和動力,包括:傳統的小型渦扇發動機、小型渦噴發動機、小型渦槳發動機、活塞發動機、轉子發動機、電池組、太陽能電池、燃料電池、超燃沖壓發動機、定向能和核同位素。

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濟性好、重量輕、體積小、可靠性高、成本低、使用維護方便。從經濟因素、可靠性等方面考慮,目前無人機都采用成熟的活塞、渦扇、渦噴、渦槳發動機或在這些發動機的基礎上進行適應性改進。活塞式發動機適用於低空低速、續航時間長的中小型無人機;渦扇和渦槳發動機適用於高空長航時無人機和無人戰鬥機。這些發動機油耗低,發動機尺寸、重量、推力都可以和無人機很好的匹配。渦噴發動機適用於低成本、短壽命、高機動性的靶機或自殺式攻擊無人機。

從長遠來看,單純改裝現有發動機並不能完全滿足無人機對飛行速度、高速、續航等指標的要求。需要發展適合無人機的發動機,特別是大涵道比的渦扇發動機和中小推力的小尺寸核心發動機,這將是未來無人機動力裝置發展的重點。此外,太陽能、燃料電池、液氫燃料系統等新能源的應用研究,可以為無人機提供更高效的動力源。

2無人機平臺技術

(1)高效的空氣動力學技術。

無人機與有人機在氣動設計要求和設計理念上有很大不同。有人飛機的氣動設計通常以航程和速度為優先優化目標,而無人飛機通常以飛行時間為優先優化目標。無人機體積小,速度低,在低雷諾數下具有高升力、高升阻比、高續航因子的設計要求。高效氣動技術是提高無人機性能的重要技術途徑。

(2)隱身技術。

提高無人機生存能力的關鍵是降低其可探測性。隨著材料、電磁學、熱力學、空氣動力學等學科的不斷發展,越來越多的新技術將應用於無人機的隱身設計,包括以下幾個方面。

外形隱身技術。翼身高度壹體化的無尾飛翼布局、嵌入式進氣道和二元噴管,可以有效降低雷達反射面積和紅外特性,提高無人機的隱身能力。

等離子隱形技術。理論和實驗研究表明,等離子體技術是隱身技術新的發展方向之壹。飛機上安裝的等離子體發生器產生的等離子體可以屏蔽飛機的關鍵部位,吸收雷達輻射,從而實現飛行隱身。目前,在這項技術的研究中已經暴露出許多問題,仍然需要解決。

主動隱形技術。主動隱身技術是根據照射在飛機上的電磁波的頻率和入射方向,利用機載有源射頻發射機主動發射與散射回波相位相反、幅度相同的電磁波,從而抵消散射回波。目前主動隱身技術還處於理論和實驗研究階段,但隨著隱身技術的發展,特別是飛行器的近場散射特性和ESM(電子支援措施)的發展,主動主動抵消隱身技術必將成為未來發展的重點。

(3)氣動彈性技術。為了追求長續航性能,無人機通常采用大展弦比布局,盡可能提高升阻比(比如有的無人機展弦比達到30),采用輕量化機身結構,降低飛行重量。但大展弦比布局和輕量化結構會與機身的強度和剛度要求產生突出矛盾。

(4)氣動負載設計技術。壹般來說,無人機飛行速度低,翼載小,升力大。對於同樣強度的陣風,無人機的陣風載荷遠大於有人機。壹般無人機的結構強度需要以陣風載荷為主要設計條件,陣風載荷的大小決定了無人機的結構設計強度。如果按照現有輕型飛機和通用飛機的強度設計標準設計無人機載荷,無人機結構將付出巨大代價。針對結構輕量化,綜合無人機氣動特性、飛行控制和操作方式以及無人機設計壽命,發展無人機氣動載荷設計技術,是提高無人機綜合性能的重要技術途徑。

(5)復合材料結構技術。無人機主要由復合材料制成,不同類型的無人機對復合材料有不同的要求。比如大型無人機主要對大尺寸、全復合材料要求較高,小型無人機要求成本低、加工制造快、維修快。

3自主控制技術

根據無人機自主控制的定義和內涵,無人機自主控制的關鍵技術應包括態勢感知技術、規劃與協作技術、自主決策技術和任務執行技術。

(1)態勢感知技術。

要實現無人機的自主控制,必須不斷發展態勢感知技術,通過各種信息采集設備對任務環境進行自主建模,包括三維環境特征的提取、目標識別、態勢評估等。

(2)規劃與協同技術。

規劃與協同技術涉及兩個方面:路徑規劃和協同控制。這兩個方面相互依存,相互聯系。

無人機自主控制系統的路徑規劃和重規劃能力是必要的,即系統能夠根據檢測到的態勢變化,實時或近實時地規劃和修改系統的任務路徑,自動生成可行的飛行路徑來完成任務。自主飛行無人機的典型規劃問題是如何有效且經濟地規避威脅、防止碰撞並完成任務目標。

未來無人機的工作模式包括無人機單個行動和多機編隊協同,協同控制技術主要包括:優化編隊的任務路線,規劃和跟蹤軌跡,協調不同無人機編隊,在兼顧環境不確定性和自身故障與傷害的同時,實現重構控制和故障管理。

(3)自主決策技術。

對於在復雜環境下工作的無人機,需要具備較強的自主決策能力,以滿足未來的需求。自主決策技術需要解決的主要問題包括:任務設置、編隊中不同無人機的協調、機群的任務分解等。

(4)任務執行技術。

無人機自主控制發展的最終目標是使其具有對環境和任務變化的快速反應能力。無人機的自主控制要有壹個開放的平臺結構,要面向任務,面向效率,包含最大的可擴展性。無人飛行器的先進自主控制應該提供編隊飛行和與多架飛機合作執行任務的能力。

4網絡通信技術

作為壹個相對獨立的系統,目前的無人機系統只是局部使用,未來戰場將充斥著同壹空域的各種功能和類型的無人機、戰鬥機和直升機。無人機之間、無人機與有人機之間、無人機與地面作戰系統之間要有有機的配合,才能讓無人機成為?全球信息網格?無人機的壹個節點實現無人機與其他無人機或指揮控制系統的互聯、互通和互操作。

針對無人機集群作戰、協同作戰、網絡化作戰的應用需求,突破無線寬帶分布式動態多址接入、實時魯棒寬帶傳輸、數據鏈網絡持久化等關鍵技術,構建無人機集群數據鏈自適應網絡體系,為實現實時、寬帶、安全的無人機集群數據鏈提供技術支撐。

針對無人機寬帶網絡中多跳中繼動態變化、節點容量有限等問題,需要將網絡編碼技術與路由技術相結合,選擇編碼機會最大的路徑進行傳輸,優化基於網絡編碼的節點接入策略,在多跳網絡中節點間交換信息傳輸策略,在不增加時延的情況下提高網絡吞吐量,實現網絡的大容量傳輸。

5多任務負載集成,平臺/任務負載集成技術

有效載荷是無人機執行偵察、監視、電子對抗、打擊和作戰效能評估的關鍵因素。應用於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)等。無人機系統的作戰效能不僅要求任務載荷本身具有高性能,還必須滿足無人機尺寸、重量、功耗、隱身和成本要求等裝機因素的約束。隨著電子、通信、計算機等技術的進步,無人機傳感器技術的發展主要表現在以下幾個方面。

多光譜/超光譜探測技術。這項技術可以探測到可見光和紅外區域的幾十個甚至上百個頻段。它利用雜波抑制和光譜識別來檢測低對比度目標,可以降低誤判率,大大提高目標識別和檢測的精度,常用於檢測隱蔽或普通偽裝目標。

高級合成孔徑雷達技術。與光電/紅外探測系統相比,合成孔徑雷達可以在夜間和能見度低的惡劣天氣條件下工作,進行高分辨率的大範圍成像偵察,但設備重量和功耗較大,僅適用於大型無人機。隨著輕型天線和緊湊型信號處理設備的發展,合成孔徑雷達趨於小型化,可以裝備在中小型戰術無人機上。

激光雷達技術。激光雷達具有分辨率高、隱蔽性好、低空探測性能好、體積小、重量輕等明顯優勢,不僅可以探測?樹下的目標?還可以對目標進行分類,為指揮員提供準確的目標信息。將激光雷達技術與無人機相結合,必將發揮更大的作用。但遇到暴雨、濃霧、濃煙等惡劣天氣時,激光衰減急劇增加,大氣環流也會導致激光束的畸變和抖動,直接影響激光雷達的測量精度。

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