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無(wú)人機(jī)整機(jī)
無(wú)人機(jī)配件
無(wú)人機(jī)服務(wù)
設(shè)備與工具11月，美國(guó)機(jī)器人研究公司（roboticresearch）推出了飛馬陸空兩棲無(wú)人機(jī)。該機(jī)重0.45 kg，有效載荷1.8 kg。在空中最大時(shí)速84 km，續(xù)航時(shí)間20 min；在地面最大行駛速度4.8km/h，可工作6 h。飛馬能使用多種載荷，包括3D激光雷達(dá)、戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)、光電/紅外攝像機(jī)等，可執(zhí)行三維地圖生成、地下作業(yè)、遠(yuǎn)程干擾、通信中繼、情報(bào)監(jiān)視偵察等任務(wù)。
圖10 飛馬陸空兩棲無(wú)人機(jī)
先進(jìn)航空技術(shù)
2019年，變形機(jī)翼、主動(dòng)射流、自動(dòng)駕駛、人工智能等技術(shù)均取得相應(yīng)進(jìn)展，這些技術(shù)即可用于有人機(jī)，可也用于無(wú)人機(jī)，將對(duì)整個(gè)軍用航空領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。
01?變形機(jī)翼技術(shù)
3月，NASA披露了任務(wù)自適應(yīng)數(shù)字化復(fù)合材料航空結(jié)構(gòu)技術(shù)（MADCAT）項(xiàng)目的最新研究進(jìn)展。翼展4 m的MADCAT飛翼模型機(jī)體結(jié)構(gòu)內(nèi)部不是傳統(tǒng)的離散式梁肋骨架，而是由大量的八面體體積元構(gòu)建而成。體積元由超輕復(fù)合材料制成，并用螺栓連接在一起，形成類似于細(xì)胞的積木式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不僅可承受飛行中的氣動(dòng)載荷，還能在氣動(dòng)載荷下按照特殊的設(shè)計(jì)產(chǎn)生變形，包括改變機(jī)翼彎度和扭轉(zhuǎn)角。通過(guò)對(duì)飛翼模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，初步驗(yàn)證了這種結(jié)構(gòu)的潛力。
圖11? 4 m翼展飛翼模型在NASA的14×22英尺風(fēng)洞中進(jìn)行試驗(yàn)
6月，歐盟顫振飛行包線擴(kuò)展提高飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能（FLEXOP）項(xiàng)目的兩種可主動(dòng)控制柔性機(jī)翼進(jìn)行了地面試驗(yàn)。該項(xiàng)目在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)翼模型上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)并制造了兩種變形機(jī)翼，一種是由慕尼黑技術(shù)大學(xué)開(kāi)發(fā)的顫振機(jī)翼，采用玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和主動(dòng)后緣襟翼控制技術(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)機(jī)翼相比，可為飛機(jī)增加20%的有效載荷或減少7％的油耗；另一種是由德宇航氣動(dòng)彈性研究所和代爾夫特大學(xué)共同研發(fā)的氣動(dòng)彈性機(jī)翼，采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和新型復(fù)合材料剪裁技術(shù)，使機(jī)翼能在載荷作用下彎曲和扭轉(zhuǎn)變形至理想狀態(tài)，與標(biāo)準(zhǔn)機(jī)翼相比，可降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量20%。
12月，AFRL成功完成2.4 m變彎度柔性機(jī)翼（VCCW）的飛行試驗(yàn)，試驗(yàn)平臺(tái)為商用遙控?zé)o人機(jī)。VCCW機(jī)翼利用柔性結(jié)構(gòu)變形主動(dòng)改變翼型彎度，偏轉(zhuǎn)量可達(dá)6%。機(jī)翼蒙皮由一體成型的非可拉伸復(fù)合材料制成，用于維持變形過(guò)程中機(jī)翼表面的光滑連續(xù)。與傳統(tǒng)機(jī)翼相比，這種平滑變彎度的機(jī)翼既能增升減阻，又能降低噪聲。據(jù)評(píng)估，VCCW技術(shù)可將飛機(jī)油耗降低10%。
02?主動(dòng)射流技術(shù)
主動(dòng)射流技術(shù)通過(guò)機(jī)械作動(dòng)器或通過(guò)在機(jī)翼、機(jī)身、進(jìn)氣道或者噴管處噴氣或吸氣來(lái)改變飛機(jī)流場(chǎng)，以取消飛機(jī)控制面，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)布局的優(yōu)化，提高軍用飛機(jī)效能。作動(dòng)器是主動(dòng)射流控制的支撐技術(shù)，但目前卻是其發(fā)展瓶頸。8月12日，DARPA發(fā)布了帶有效應(yīng)器的革命性飛機(jī)控制（CRANE）項(xiàng)目跨部局公告。該項(xiàng)目打算在飛行中演示主動(dòng)射流控制的作動(dòng)器技術(shù)，并希望在一架X驗(yàn)證機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。
4月，由曼徹斯特大學(xué)與BAE系統(tǒng)公司合作開(kāi)發(fā)的MAGMA無(wú)人機(jī)首次在飛行中利用超聲速吹氣進(jìn)行操縱。該機(jī)使用了兩種創(chuàng)新的主動(dòng)射流控制技術(shù)。一是機(jī)翼循環(huán)控制：從發(fā)動(dòng)機(jī)引氣，氣流通過(guò)特殊形狀機(jī)翼后緣周圍的狹窄槽以超聲速噴出，以進(jìn)行控制；二是射流推力矢量：通過(guò)在噴管內(nèi)噴射氣流使排氣射流偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生控制力來(lái)進(jìn)行控制。
圖12? MAGMA無(wú)人機(jī)
03?自動(dòng)駕駛技術(shù)
2015年，DARPA啟動(dòng)駕駛艙內(nèi)自動(dòng)化系統(tǒng)（ALIAS）項(xiàng)目，發(fā)展可定制的嵌入式全時(shí)自動(dòng)飛行系統(tǒng)，并通過(guò)人機(jī)接口與飛行員流暢互動(dòng)。飛行員僅關(guān)注任務(wù)規(guī)劃、軍事戰(zhàn)術(shù)等復(fù)雜問(wèn)題，ALIAS系統(tǒng)完成起飛、巡航、避障、降落等飛行操作，還能糾正飛行員的失誤、與人類共同確定飛行方案。2019年5月，DARPA表示，ALIAS系統(tǒng)正配裝至空軍第30批次F-16戰(zhàn)斗機(jī)，并計(jì)劃在2022年之前進(jìn)行自動(dòng)駕駛試驗(yàn)。值得注意的是，目前的ALIAS系統(tǒng)并未使用人工智能算法，而是故意使用了傳統(tǒng)的“確定性”算法，以提高系統(tǒng)的可靠性和飛行員的信任度。
AFRL快速創(chuàng)新中心與DZYNE技術(shù)公司合作開(kāi)展了機(jī)器人飛行員無(wú)人轉(zhuǎn)換（ROBOpilot）項(xiàng)目，并于8月9日使用塞斯納206小型飛機(jī)成功完成了2 h的首飛。ROBOpilot系統(tǒng)包含作動(dòng)器、電子設(shè)備、照相機(jī)、動(dòng)力系統(tǒng)和機(jī)械臂等，安裝在飛行員座椅區(qū)域，能以同人類飛行員相同的方式駕駛飛機(jī)和分析儀表數(shù)據(jù)。但在8月23日，ROBOpilot測(cè)試平臺(tái)在試驗(yàn)過(guò)程中嚴(yán)重?fù)p壞，下次飛行試驗(yàn)被迫推遲到2020年3月。
04?人工智能技術(shù)
人工智能技術(shù)與軍用航空領(lǐng)域結(jié)合已是必然趨勢(shì)，目前世界航空強(qiáng)國(guó)已在后勤保障、飛行員培訓(xùn)、海量數(shù)據(jù)處理與融合、電子戰(zhàn)等領(lǐng)域初步應(yīng)用了人工智能技術(shù)。
6月，雷錫恩公司（Raytheon?）宣布，將與美國(guó)防部V-22聯(lián)合項(xiàng)目辦公室（JPO）合作，試用全新的人工智能工具，幫助確定空軍CV-22魚鷹上所安裝的多模雷達(dá)需要進(jìn)行關(guān)鍵維修的時(shí)間。8月，AFRL舉辦了針對(duì)指揮控制的可操作化機(jī)器學(xué)習(xí)項(xiàng)目的工業(yè)日活動(dòng)。該項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)為部隊(duì)機(jī)動(dòng)、戰(zhàn)斗管理和作戰(zhàn)行動(dòng)提供支援的人工智能應(yīng)用程序原型機(jī)。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)投資2 490萬(wàn)美元，將從2020財(cái)年開(kāi)始授出多份合同。美國(guó)空軍感興趣的重點(diǎn)領(lǐng)域包括航空醫(yī)療后送過(guò)程中的飛行監(jiān)測(cè)；戰(zhàn)斗管理者、規(guī)劃者和飛行員之間的信息交換；動(dòng)態(tài)瞄準(zhǔn)過(guò)程中的應(yīng)急規(guī)劃；分配任務(wù)以平衡工作負(fù)荷等。
11月，土耳其電子戰(zhàn)系統(tǒng)工程公司表示，該國(guó)自研的拜拉克塔爾TB2型武裝無(wú)人機(jī)使用了先進(jìn)的人工智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)海量圖像訓(xùn)練能分辨目標(biāo)的性別，還可區(qū)分恐怖分子與平民，以便對(duì)恐怖分子實(shí)施定點(diǎn)清除。
11月，日本防衛(wèi)省表示，打算在全新財(cái)年預(yù)算中編列825萬(wàn)美元，以使用人工智能技術(shù)提升海上巡邏機(jī)的監(jiān)視能力。人工智能系統(tǒng)可輔助識(shí)別常規(guī)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)是敵方艦船還是其他威脅。防衛(wèi)省計(jì)劃最早在2024財(cái)年把該系統(tǒng)配備至海上自衛(wèi)隊(duì)的巡邏機(jī)。
沒(méi)有先進(jìn)技術(shù)，就沒(méi)有先進(jìn)的航空裝備和卓越的空中作戰(zhàn)能力。以正向設(shè)計(jì)為主的國(guó)外航空強(qiáng)國(guó)認(rèn)為先進(jìn)技術(shù)研究和型號(hào)研發(fā)同等重要，先進(jìn)技術(shù)要不依托具體型號(hào)而獨(dú)立發(fā)展，只有這樣才能真正做到解放思想，百家爭(zhēng)鳴。如美國(guó)AFRL擁有幾萬(wàn)名科學(xué)家和工程師，在各個(gè)領(lǐng)域以我為主規(guī)劃發(fā)展方向，研究先進(jìn)技術(shù)。在成熟的技術(shù)轉(zhuǎn)化機(jī)制保障下，美國(guó)空軍的型號(hào)項(xiàng)目一般會(huì)基于現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)研制，既可避免型號(hào)下馬風(fēng)險(xiǎn)，又可確保型號(hào)研制進(jìn)度。
從上述國(guó)外先進(jìn)軍用航空技術(shù)的發(fā)展情況看，技術(shù)發(fā)展主要有三個(gè)方面的動(dòng)因。一是基于實(shí)際作戰(zhàn)需求。如美軍根據(jù)反恐戰(zhàn)爭(zhēng)的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為在為戰(zhàn)區(qū)一線部隊(duì)或偏遠(yuǎn)基地進(jìn)行后勤補(bǔ)給方面存在能力差距。于是美軍各研究機(jī)構(gòu)和公司紛紛開(kāi)展了無(wú)人貨運(yùn)飛機(jī)技術(shù)研發(fā)，涉及各個(gè)技術(shù)方向。無(wú)人機(jī)質(zhì)量涵蓋輕中重，起降方式包括垂直起降、空投滑翔、彈射起飛阻攔降落等，一旦有型號(hào)研制需求，可快速形成裝備，具備作戰(zhàn)能力。二是基于技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。在自主、協(xié)同、組網(wǎng)、低成本制造等技術(shù)的牽引下，必然會(huì)出現(xiàn)無(wú)人僚機(jī)和無(wú)人蜂群的先進(jìn)無(wú)人機(jī)技術(shù)，但是無(wú)人僚機(jī)和無(wú)人蜂群距離型號(hào)研制尚存距離，仍需理清有人裝備與無(wú)人裝備的任務(wù)分工，無(wú)人裝備的自主性等級(jí)，甚至是如何進(jìn)行試驗(yàn)鑒定等問(wèn)題。但這并不妨礙美軍最近幾年投入大量經(jīng)費(fèi)進(jìn)行研發(fā)。認(rèn)準(zhǔn)技術(shù)方向，從簡(jiǎn)到繁進(jìn)行研究，才能真正筑牢技術(shù)基礎(chǔ)。三是主動(dòng)進(jìn)行技術(shù)探索。主動(dòng)射流、變形機(jī)翼一旦應(yīng)用將對(duì)軍用航空帶來(lái)變革性影響，雖然當(dāng)前的成熟度較低，距離實(shí)際應(yīng)用較遠(yuǎn)，但卻值得塌下心來(lái)開(kāi)展技術(shù)探索，遴選技術(shù)途徑，甚至要允許失敗，只有這樣才能讓技術(shù)贏在起跑線。
作者：航空工業(yè)信息中心袁成 宋剛等
本文將刊載于《飛航導(dǎo)彈》2020年第1期
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