新概念航空航天飛行器

空天飛機(jī)

1.7概念航空航天飛行器21世紀(jì)掌握空間、爭(zhēng)奪制天權(quán)的關(guān)鍵武器裝備之一。與航天飛機(jī)相比，空天飛機(jī)多了一個(gè)在大氣層中航空的功能，它起飛時(shí)也不使用火箭助推器，注燃料，能很快作下一次飛行。機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)可以使空天飛機(jī)水平起飛，當(dāng)速度超過2400km/h時(shí)，就使用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，使空天飛機(jī)在離地面60km3km/h的速度飛行；假設(shè)再層后，它又能像一般飛機(jī)一樣在機(jī)場(chǎng)著陸，成為自由來回天地間的輸送工具。始工作，燃燒自身攜帶的燃燒劑和氧化劑。降落時(shí)，兩種發(fā)動(dòng)機(jī)的工作挨次同起飛時(shí)相反。12~25，是現(xiàn)代高技術(shù)作戰(zhàn)飛機(jī)飛6~12倍。它可以在個(gè)把鐘頭內(nèi)，把貨物從歐洲運(yùn)到澳洲。空天飛機(jī)在跑道起落，出入太空自由，可以像一般飛機(jī)一樣在地面機(jī)場(chǎng)水平起飛升空，返回大氣層后像一般飛機(jī)一樣自由選擇機(jī)場(chǎng)水平降落，可以像一般飛機(jī)一樣在大氣層內(nèi)飛行，也可進(jìn)入外層空間自由飛行或按肯定的軌道運(yùn)行。1kg有效載荷到軌道的費(fèi)維護(hù)簡(jiǎn)便，一個(gè)星期后就可再次起飛?？仗祜w機(jī)在軍事上的應(yīng)用包括：確保快速廉價(jià)地進(jìn)入太空空天飛機(jī)與目前使用的一次性使用運(yùn)載火箭、飛船和局部重復(fù)使用航天飛機(jī)相比，在重復(fù)使用性、放射操作費(fèi)用、可修理性和周轉(zhuǎn)時(shí)間性等方面都有革命性的轉(zhuǎn)變?？勺鳛榭臻g武器放射平臺(tái) 在將來天戰(zhàn)中，空天飛機(jī)可作為各種武器彈藥，包括動(dòng)能武器和高能激光武器微波武器等的放射平臺(tái)對(duì)敵方陸海空天重要目標(biāo)進(jìn)展攻擊，對(duì)戰(zhàn)斗的勝敗可起到至關(guān)重要的作用。反衛(wèi)星其失靈或?qū)⑵浯輾?；或?qū)⑺胺攲⑵鋷Щ氐孛?。可作為快速運(yùn)輸機(jī)等?？勺鳛閼?zhàn)時(shí)空間預(yù)備指揮所空天飛機(jī)能像載人空間站那樣在軌道長(zhǎng)期停留，又配備了先進(jìn)的指揮掌握系統(tǒng)，一旦戰(zhàn)時(shí)需要，可以直接擔(dān)當(dāng)起作戰(zhàn)指揮掌握任務(wù)。偵察監(jiān)視與預(yù)警的敏捷機(jī)動(dòng)性，綜合偵察力量更強(qiáng)，實(shí)時(shí)性更好。實(shí)現(xiàn)空天飛機(jī)的技術(shù)難度比航天飛機(jī)更大耐高溫的材料〔高速飛行時(shí)，其頭錐溫度可達(dá)27601930℃、機(jī)身下也可達(dá)1260℃〕和具有人工智能的掌握系統(tǒng)等。這些都需要進(jìn)展大量的課題爭(zhēng)論和技術(shù)攻關(guān)。60由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件相差太遠(yuǎn)，且應(yīng)用需求不明確，因而中途夭折；80年月中期，遍高漲，樂觀參與“阿爾法”號(hào)空間站的建筑。據(jù)估量，空間站建成后，為了開發(fā)和利用太尋求一種經(jīng)濟(jì)的天地來回運(yùn)輸系統(tǒng)，美、英、德、法、日等國(guó)紛紛推出了可重復(fù)使用的天地來回運(yùn)輸系統(tǒng)方案。1986X-30單級(jí)水平起降空天飛機(jī)，其特點(diǎn)是承受一種全的空氣液化循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。90年月，他們又都能分別水平著陸。法國(guó)和日本也提出過自己的空天飛機(jī)設(shè)想。80年月末，這股空天飛機(jī)熱到達(dá)高潮，也激起了中國(guó)航空航天專家的很大興趣。進(jìn)展空天飛機(jī)的主要目的是想降低空天之間的運(yùn)輸費(fèi)用。其途徑歸納起來主要有三條：〔放射〕和降落〔返回〕所需的場(chǎng)地設(shè)施和操作程序，削減修理費(fèi)用。但是，經(jīng)過幾年的爭(zhēng)論分析，科學(xué)家們覺察，過去的估量過于樂觀。實(shí)際上，上述三條途徑知易而行難。需要解決的關(guān)鍵技術(shù)難度決非短時(shí)間內(nèi)能突破，這些關(guān)鍵技術(shù)有：構(gòu)思的吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)由于空天飛機(jī)的飛行范圍為從大氣層內(nèi)到大氣層外，速度從0到Ma=25，如此大的跨度和工作環(huán)境變化是目前現(xiàn)有的全部單一類型的發(fā)動(dòng)機(jī)都不行能勝任的，從而也就使為空天飛機(jī)研制全的發(fā)動(dòng)機(jī)成為整個(gè)工程的關(guān)鍵。外工作，且有用速度較??；火箭發(fā)動(dòng)機(jī)自帶氧化劑，可以工作在大氣層內(nèi)外，使用速度范圍沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)+火箭發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪噴氣+沖壓噴氣+動(dòng)機(jī)的研制上存在相當(dāng)多的技術(shù)問題牢靠。計(jì)算空氣動(dòng)力學(xué)分析航天飛機(jī)返回再入大氣層的空氣動(dòng)力學(xué)問題，曾經(jīng)消耗了科10萬小時(shí)的風(fēng)洞試驗(yàn)。空天飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)問題比航天飛機(jī)0變化到25；飛行高度變化大，從地面到幾百l～2小時(shí)。驗(yàn)，也需要花費(fèi)100N-S方程的求解目前尚存在很多理論上和計(jì)算速度上的問題。發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)身一體化設(shè)計(jì)當(dāng)空天飛機(jī)以6倍于聲速以上的速度在大氣層中飛行動(dòng)機(jī)吸入空氣的進(jìn)氣道，讓后機(jī)身容納發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的噴管，即“發(fā)動(dòng)機(jī)與機(jī)身一體化變化，以便調(diào)整進(jìn)氣量，使發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)能產(chǎn)生額定推力，而在高速時(shí)又可降低耗油量，高速氣流和氣動(dòng)力熱的作用，這樣才不致發(fā)生明顯變形，才可屢次重復(fù)使用。防熱構(gòu)造與材料空天飛機(jī)需要屢次出入大氣層，每次都會(huì)由于與空氣的猛烈摩擦的溫度。因此，必需有一個(gè)重量輕、性能好、能重復(fù)使用的防熱系統(tǒng)。外形，又要能長(zhǎng)期重復(fù)使用，維護(hù)便利，所以其技術(shù)難度是相當(dāng)大的。增加，而且防熱層還不能被燒壞，否則會(huì)影響重復(fù)使用。一個(gè)較簡(jiǎn)潔的解決方法是在機(jī)頭、外外表摩擦所生成的熱量。為了滿足空天飛機(jī)的防熱要求，目前正在爭(zhēng)論用快速固化粉末冶金工藝制造純度很高、用的鈦合金在室溫下的強(qiáng)度，這種合金適宜用來制造機(jī)身內(nèi)層構(gòu)造骨架。機(jī)頭與機(jī)翼等溫度最高的部位材料等。這種材料應(yīng)當(dāng)兼有碳化硅的耐高溫性能，又具有鈦合金的高強(qiáng)度特性。也會(huì)像空間站那樣實(shí)行國(guó)際合作的方式。接近空間飛行器20～100km的區(qū)域。在該空間中能完成肯定任務(wù)的飛行平臺(tái)稱接近空間飛行器。20km以下高度飛行，而衛(wèi)星等航天器則在100km以上空間的軌道上運(yùn)行。目前在20～100km接近空間的飛行器很少，主要是由于接近空間區(qū)域的大氣密度很低，這一空間的空氣密度又會(huì)產(chǎn)生很大阻力?！苍偃牖蛘卟辉偃搿?、概念的接近空間飛行器〔激光或者微波等動(dòng)力〕等。浮空器的主要概念接近空間浮空器主要依靠空氣的浮力抑制重力，依靠動(dòng)力抑制風(fēng)阻，能在20km以上的接近空間范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間地定點(diǎn)懸停或低速機(jī)動(dòng)飛行，以太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能為主要能源，再生式燃料電池/燃料電池/充電電池為關(guān)心能源，承受螺旋槳或者型電暈離子推動(dòng)器推動(dòng)的無人飛行器。精度和時(shí)間持續(xù)性都有很大的優(yōu)勢(shì)?！?0km時(shí)空氣密度是海平面空氣密度的約1/70〕，為了產(chǎn)生足夠的浮力，浮空器體積浩大，這就給材料、構(gòu)造和制造工藝等提出了很高要求。再入/不再入高速飛機(jī)的主要概念 該類接近空間飛行器需要以較高的飛行馬赫數(shù)飛行這樣才能產(chǎn)生足夠的空氣動(dòng)力該類飛行器的優(yōu)點(diǎn)是在較短的時(shí)間內(nèi)可以形成較大的掩蓋范圍一般而言該類飛行器主要用于空間的快速到達(dá)和武器投送作為信息平臺(tái)的意義還不是很大。概念的接近空間飛行器目前，在接近空間的范圍內(nèi)沒有太多的飛行平臺(tái)的緣由是1〕該空間內(nèi)對(duì)于航空器而言空氣過于淡薄，飛行器必需高速飛行才能獲得足夠的升力，但和燃料的航天發(fā)動(dòng)機(jī)要付出很大的重量代價(jià)；2〕對(duì)于軌道飛行器而言，接近空間內(nèi)的大氣太陽(yáng)能電池效率都不是很高〔國(guó)內(nèi)的剛性太陽(yáng)能電池效率能到達(dá)17%左右，國(guó)外在23%-25%左右，因此，要產(chǎn)生足夠的動(dòng)力，也要付出很大的重量代價(jià)。上。接近空間飛行器有重要的軍、民用作用和用途，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：可以有效地彌補(bǔ)接近空間區(qū)域的空白從空間高度分層和安全戰(zhàn)略來看，20km200km20～80km的接近空間區(qū)域飛行器有重要的軍事和民用價(jià)值。經(jīng)過論證分析，能在30km接近空間空域飛行的飛行器具有低、中空飛行器和太空飛行器所不具有的作用。在戰(zhàn)斗中，目前以衛(wèi)星、高空無人機(jī)和預(yù)警飛機(jī)、地面和海面信息系統(tǒng)為主組成的空、天、地、海信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有很多缺陷,而接近空間飛行器可以彌補(bǔ)這些缺陷。是，由于衛(wèi)星本身的布置時(shí)間長(zhǎng)〔含放射和入軌，放射場(chǎng)固定，造成衛(wèi)星的本錢很高，所息獵取的主要手段是可見光/紅外照相，美國(guó)最先進(jìn)的偵察衛(wèi)星是KS-12，其照相設(shè)備要求0.110億美元。即使防范系統(tǒng)。計(jì)算分析說明，對(duì)一個(gè)戰(zhàn)區(qū)每15分鐘探測(cè)一次，需放射24顆衛(wèi)星，每8分鐘探36顆衛(wèi)星，同時(shí)還要幾顆同步軌道衛(wèi)星協(xié)作。該系統(tǒng)還需建設(shè)浩大的地面更大，其放射本錢將更高。并且一旦放射后將只能掩蓋預(yù)定的區(qū)域，無法再次轉(zhuǎn)變，因此更適合作為信息中繼平臺(tái)。接近空間浮空器可以在某一固定空間長(zhǎng)期定點(diǎn)停留執(zhí)行探測(cè)任務(wù)明顯。另外，與衛(wèi)星相比，接近空間飛行器的本錢低、放射便利且快速，因此，在實(shí)戰(zhàn)中很簡(jiǎn)潔得到補(bǔ)充。現(xiàn)今的很多武器系統(tǒng)使用GPS、北斗導(dǎo)航星系統(tǒng)供給的導(dǎo)航和定位數(shù)據(jù)，但由于導(dǎo)航衛(wèi)星高度很高〔我國(guó)北斗導(dǎo)航星軌道在30000km以上飛艇的106倍，因此抗干擾力量明顯差很多。據(jù)報(bào)到，美伊戰(zhàn)斗中美國(guó)靠GPS制導(dǎo)的巡航在攻擊目標(biāo)時(shí)，由于受到GPS干擾器的干擾，有多枚竟然落到伊朗和敘利亞境內(nèi)，可的抗干擾力量，從而發(fā)揮我方武器系統(tǒng)的威力。高空無人機(jī)和預(yù)警飛機(jī)在信息網(wǎng)中有突出的作用和地位而毀傷，高空無人機(jī)和預(yù)警飛機(jī)的本錢都較高。高得多，因此其掩蓋范圍更大，直徑可以到達(dá)1200km以上。接近空間飛行器能充分發(fā)揮太陽(yáng)能優(yōu)勢(shì)，可以長(zhǎng)時(shí)間〔3個(gè)月以上〕留空，并晝夜不連續(xù)地完成信息獵取、信息中繼、信理，接近空間飛行器留空時(shí)間很長(zhǎng)，可以彌補(bǔ)它們作為信息獵取和中繼平臺(tái)。可控飛行的接近空間飛行器由于其隱身性能好擊范圍之外，能對(duì)該高度目標(biāo)進(jìn)展攻擊的特種接近空間的本錢遠(yuǎn)高于接近空間飛行器，因此，其作戰(zhàn)生存力比高高空無人機(jī)和預(yù)警飛機(jī)高。揮供給更為準(zhǔn)確、完整的情報(bào)保障。將來的大載重接近空間平臺(tái)還可以搭載攻擊武器衛(wèi)星，也可以對(duì)低空或者地面目標(biāo)實(shí)施打擊。部區(qū)域無線通訊相對(duì)困難，有可能處于通訊衛(wèi)星的盲區(qū)，也不行能建筑大量地面蜂窩基站，信號(hào)路徑損耗小很多，因此其在局部區(qū)域可以彌補(bǔ)通訊衛(wèi)星的缺乏，實(shí)現(xiàn)“無盲區(qū)”通訊。災(zāi)方面可以進(jìn)展災(zāi)情監(jiān)測(cè)、應(yīng)急監(jiān)測(cè)、災(zāi)后重建和事故搜救等；在區(qū)域規(guī)劃方面可以進(jìn)展城市規(guī)劃、區(qū)域測(cè)繪、交通治理和大型工程監(jiān)測(cè)等；在公共安全方面可以進(jìn)展要地防護(hù)、反恐、防暴、犯罪追蹤和突發(fā)大事處理等。國(guó)外進(jìn)呈現(xiàn)狀與趨勢(shì)接近空間機(jī)動(dòng)飛行器是空天一體作戰(zhàn)系統(tǒng)的重要組成·抗中獵取優(yōu)勢(shì)主導(dǎo)地位，其中美國(guó)和日本的研發(fā)工作走在最前列。20230米的接近空間飛艇爭(zhēng)論202310與洛克希德馬丁公司簽署了價(jià)值4000HighAltitude研制合同〔圖1.7.長(zhǎng)152m50m150000m32t，10kw65000英尺〔20公里〕高空飛行一月。打算2023年6月完成設(shè)計(jì)與風(fēng)險(xiǎn)分析2023年7月～2023年820239月～20238月完成試飛與用戶評(píng)審。洛克希德·馬丁公司的高空飛艇平臺(tái)主要控〔圖1.7.。1.7.11.7.1洛馬公司的高空飛艇圖1.7.2洛馬公司的高空飛艇軍事應(yīng)用19984月通過了接近空間信息平臺(tái)爭(zhēng)論開發(fā)的國(guó)家立項(xiàng)，成立了由眾多爭(zhēng)論20個(gè)以太陽(yáng)能/燃料電池為動(dòng)力的接近空間飛艇平臺(tái)，駐空高度為20km〔圖1.7.，掩蓋整個(gè)日本群島。目前已對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、構(gòu)造樣式、飛艇使用材料、燃料電池與太陽(yáng)能電池、飛艇的放射和回收、飛艇的跟蹤個(gè)主要的接近空間信息平臺(tái)應(yīng)用以及平臺(tái)有效載荷系統(tǒng)進(jìn)展了爭(zhēng)論和概念設(shè)計(jì)。1.7.3日本打算進(jìn)展的接近空間飛艇平臺(tái)30000米及以上高度的高空飛艇爭(zhēng)論打算也在開展JPAEROSPACE公形接近空間機(jī)動(dòng)飛行器〔圖1.7.，實(shí)際上是一種高空飛艇，長(zhǎng)53，寬30，飛艇內(nèi)部充填氦氣，承受螺旋槳推動(dòng)系統(tǒng)，能在30-50km的高空長(zhǎng)時(shí)間飛行為50萬美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于任何一種有人駕駛偵察機(jī)的價(jià)格，還不到“全球鷹”高空長(zhǎng)航時(shí)無人偵察機(jī)造價(jià)的40%，但卻擁有較高的升空力量、貨物運(yùn)輸力量、長(zhǎng)時(shí)間飛行力量，集衛(wèi)星的聯(lián)系，而且沒有衛(wèi)星和偵察機(jī)的缺點(diǎn)，根本上不受地面和空中任何武器系統(tǒng)的攻擊，是美202330.5km5天的軍事任務(wù)。1.7.4“攀登者”接近空間飛行器圖JP航空宇宙公司正在進(jìn)展的另外兩個(gè)工程是高空飛艇漂移平臺(tái)和高空軌道飛艇的研制。公司打算為空軍建筑一個(gè)名為“黑暗空間站DarkSkyStation〕的高空漂移平臺(tái)〔圖1.7.30.5公里的高空中，它將由很多飛艇構(gòu)成，長(zhǎng)約2英里，主要由一英里長(zhǎng)的氦電池供給動(dòng)力，同時(shí)利用燃料船從地面到軌道間的高空中轉(zhuǎn)站31年半中，打算先建設(shè)一個(gè)3023的規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大，停留時(shí)間也將隨之增加。1.7.6“黑暗空間站”圖接近空間飛行器的關(guān)鍵技術(shù)統(tǒng)和特種輕質(zhì)氣密材料與構(gòu)造成為制約該種飛行器進(jìn)展的關(guān)鍵技術(shù)。長(zhǎng)時(shí)定點(diǎn)懸停技術(shù)長(zhǎng)時(shí)定點(diǎn)懸停是飛艇與其它飛行器比較的優(yōu)勢(shì)所在替代的。因此長(zhǎng)時(shí)定點(diǎn)懸停技術(shù)是飛艇完成軍事任務(wù)和發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的必要保證。接近空間存在隨緯度和季節(jié)變換的長(zhǎng)時(shí)風(fēng)場(chǎng)能源系統(tǒng)為推動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)供給足夠的能量。量耗盡而被高空大氣風(fēng)吹出其預(yù)定的定點(diǎn)范圍。由此可見，定點(diǎn)懸停技術(shù)成為制約接近空間飛艇進(jìn)展的核心關(guān)鍵技術(shù)，必需依據(jù)大系統(tǒng)漂移范圍不超出完成任務(wù)所規(guī)定的定點(diǎn)范圍。要解決接近空間飛行器的長(zhǎng)時(shí)定點(diǎn)懸停問題特性等。能源與特種推動(dòng)系統(tǒng)為了保證飛艇有很長(zhǎng)的留空時(shí)間并迎風(fēng)飛行保持定點(diǎn)進(jìn)一步增加很多。承受太陽(yáng)能電池＋可充電電池作為能源系統(tǒng)，系統(tǒng)只要可堅(jiān)持一個(gè)晝夜，那么在理論上就可保證長(zhǎng)時(shí)間的供電需求。系統(tǒng)。另外30000飛艇是柔性構(gòu)造，還需要爭(zhēng)論柔性薄膜太陽(yáng)能電池以及與囊體構(gòu)造的復(fù)合技術(shù)。統(tǒng)的根底爭(zhēng)論也是很有必要的。解決該關(guān)鍵問題需要爭(zhēng)論超高空環(huán)境下能源的采集與存貯技術(shù)接近空間環(huán)境下特種螺旋槳與概念推動(dòng)技術(shù)計(jì)，電暈離子推動(dòng)器技術(shù)和推動(dòng)系統(tǒng)與平臺(tái)的一體化設(shè)計(jì)等。特種輕質(zhì)氣密材料與構(gòu)造30000米的高空，空氣密度低，只有海平面的約1/70，浮升單位體積產(chǎn)生浮力很小，每立方米只有0.015g浮力，因此，要求飛艇自身構(gòu)造重量應(yīng)盡可能的低，否則產(chǎn)生的浮力都無法抑制自身的構(gòu)造重量，需要承受輕質(zhì)高強(qiáng)度囊體與龍骨材料。為了滿足有效載荷的要求，飛艇的體積很大〔百米級(jí)〕，這樣使得大跨度構(gòu)造設(shè)計(jì)與工藝成犯難題。飛艇長(zhǎng)期駐空，氦氣分子的原子直徑很小，極易透過阻氦氣構(gòu)造而溢出，造成飛艇的浮力缺乏以抑制重量，飛艇的駐空高度會(huì)下降，不能滿足性能指標(biāo)要求。因此，除了要爭(zhēng)論降低材料的透氦率和重量外，還要爭(zhēng)論囊體的構(gòu)造形式、權(quán)衡囊體的重量和數(shù)量、優(yōu)化布局、削減毀傷性漏氣的概率。另外接近空間環(huán)境下的凹凸溫、光照、輻射和臭氧等惡劣環(huán)境會(huì)削減飛艇構(gòu)造壽命，因此必需要爭(zhēng)論惡劣環(huán)境下構(gòu)造防護(hù)與延長(zhǎng)壽命技術(shù)。微型飛行器微型飛行器〔MicroAirVehicleMAV〕是技術(shù)進(jìn)展的必定產(chǎn)物，是目前國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)論的一個(gè)前沿和熱點(diǎn)問題。微型飛行器的概念源于20世紀(jì)90年月。依據(jù)美國(guó)國(guó)防預(yù)研局〔DefenseAdvancedResearchProjectsAgency，簡(jiǎn)稱DARPA〕提出的要求，微型飛行器的根本技術(shù)指標(biāo)是：飛行15厘米，續(xù)航時(shí)間20-60分鐘，航程到達(dá)10公里以上，飛行22-45公里/小時(shí)，可以攜帶有效載荷，完成肯定的任務(wù)。在軍事方面，MAV可以裝備到排一級(jí)士兵，進(jìn)展低空軍事偵察、監(jiān)視、戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估等；當(dāng)作反輻射和微型攻擊武器，摧毀敵方雷達(dá)等電子設(shè)施以及攜帶微型戰(zhàn)斗部進(jìn)展攻擊；用于目標(biāo)搜尋和通信中繼；進(jìn)展生化探測(cè)，并標(biāo)定危急區(qū)域等。在民用方面，MAV可以用于交通監(jiān)控、邊疆巡邏、森林及野生動(dòng)植物勘測(cè)、航空攝影、輸電線路檢查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣象得到了世界很多國(guó)家的極大關(guān)注，很快成為國(guó)際上的爭(zhēng)論熱點(diǎn)。微型飛行器的爭(zhēng)論現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外各大科研機(jī)構(gòu)廣泛開展了對(duì)微型飛行器本體及其子系統(tǒng)的爭(zhēng)論和開發(fā)旋翼飛行器、微型撲翼飛行器等三種類型。微型固定翼飛行器微型固定翼飛行器的典型代表是美國(guó)航空環(huán)境公司〔AeroVironment〕BlackWidow和洛克希德桑德斯公司〔LockheedSanders〕研制的MicroStar。BlackWidow微型固定翼飛行器〔1.7.7〕1556克，使用鋰電池、攜帶攝像頭以40公里/22分鐘，數(shù)據(jù)鏈范圍15公里。包括氣壓放射架、地面掌握系統(tǒng)和自動(dòng)追蹤天線在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)可裝在一個(gè)手提公文箱內(nèi)，總重只有6.8公斤。MicroStar微型固定翼飛行器〔1.7.8〕1585克，其中動(dòng)力源44.5克，有效載荷18克，發(fā)動(dòng)機(jī)重13.5克，巡航速度48公里/小時(shí)，續(xù)航時(shí)間20分鐘，飛5.6公里。具有自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和電視攝像機(jī)，承受手持式放射器或直接手?jǐn)S放射。圖1.7.7 BlackWidow微型飛行器 1.7.8 MicroStar微型飛行器微型旋翼飛行器微型旋翼飛行器與微型固定翼飛行器相比其最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠垂直是洛克尼克公司〔Lutronix〕研制的Kolibri和斯坦福大學(xué)研制的Mesicopter。Kolibri微型旋翼飛行器〔1.7.9〕1031637克的132克。該飛行器上部裝旋翼，下部裝照相機(jī)，承受GPS自動(dòng)駕駛，可以垂直起降和旋停，留空時(shí)間至少30100克的設(shè)備。Ｍesicopter微型旋翼飛行器是一個(gè)厘米級(jí)大小的飛行器〔圖1.7.1，其機(jī)身為1×16毫米的方形框架，有四個(gè)螺旋槳，螺旋槳直徑為15毫米，厚度僅為0.08毫米。每個(gè)螺旋槳3325成具體任務(wù)。1.7.9Kolibri微型旋翼飛行器圖1.7.10Mesicopter微型旋翼飛行器微型撲翼飛行器微型撲翼飛行器是一種仿照鳥類或昆蟲飛行的型飛行器動(dòng)性和敏捷性。因此，更適于執(zhí)行偵察任務(wù)。近年來，在DARPA的資助下，微型撲翼飛行器的爭(zhēng)論取得了肯定的成果。較典型的微型撲翼飛行器是加州技術(shù)學(xué)院研制的MicroBat和斯坦福爭(zhēng)論中心〔SRI〕研制的Mentor。MicroBat微型撲翼飛行器是最早的電動(dòng)撲翼飛行器。其機(jī)翼是承受微型機(jī)電系統(tǒng)MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)技術(shù)加工制作而成的。通過重量輕、摩擦低的傳動(dòng)飛行性能最好的是第四代樣機(jī)〔圖1.7.11〕，該機(jī)承受鋰離子電池為動(dòng)力，總重11.5克，最20.32厘米，飛行方式為無線電遙控飛行，最大續(xù)航時(shí)間為617秒。在DARPA資助下，美國(guó)斯坦福爭(zhēng)論中心〔SRI〕研制的Mentor微型撲翼飛行器〔圖1.7.12〕50克，有四片機(jī)翼，以電致伸縮聚合體人造肌肉EPAM〔ElectrostrictivePolymerActuatedMuscle〕為動(dòng)力。目前正在進(jìn)展該飛行器的氣動(dòng)力特性試驗(yàn)。圖1.7.11 MicroBat微型撲翼飛行器 圖1.7.12 Mentor微型撲翼飛行器微型飛行器的關(guān)鍵技術(shù)從微型飛行器的爭(zhēng)論現(xiàn)狀來看，雖然已經(jīng)取得了相當(dāng)?shù)募夹g(shù)成果，積存了肯定的閱歷，諸多技術(shù)領(lǐng)域的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。低雷諾數(shù)下的空氣動(dòng)力學(xué)問題微型飛行器與常規(guī)飛行器的空氣動(dòng)力學(xué)特性有很大不同。常規(guī)飛行器的雷諾數(shù)約為106-108左右，空氣的粘性效應(yīng)可以無視。而微型飛行器的雷諾數(shù)大約在104左右，空氣的粘性阻力相對(duì)較大，其影響無法無視。目前，微型飛行器在低雷諾設(shè)計(jì)中所承受的很多成熟技術(shù)，如氣動(dòng)計(jì)算方法與軟件系統(tǒng)，風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)不能使用，而必需進(jìn)展的理論和試驗(yàn)技術(shù)。微型動(dòng)力裝置和動(dòng)力源問題任何飛行器的飛行首先要解決的問題是動(dòng)力問題，沒有動(dòng)力飛行無從談起。目前，微型飛行器可用的動(dòng)力源有：內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料電池、微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)以及太陽(yáng)能等。5%左右，目前尚未研制出真正可用的微型內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，而且內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)還存在噪音大及牢靠性差等方面的問題，要解決這個(gè)瓶頸還需要作大量的相關(guān)工作。美國(guó)麻省理工學(xué)院在DARPA機(jī)承受MEMS技術(shù)加工制作，工作原理與常規(guī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)相像，使用氫作燃料，直徑為132.4×10610.05-0.1牛頓，輸出10-30瓦。此外，往復(fù)化學(xué)肌肉、電致伸縮人造肌肉、彈性動(dòng)力、熱電動(dòng)力和太陽(yáng)能等技術(shù)目前也在爭(zhēng)論中。飛行掌握及導(dǎo)航技術(shù)面效率低等緣由，從而使常規(guī)的飛行掌握方式遇到困難，一個(gè)解決途徑是進(jìn)展基于MEMS構(gòu)，通過微流淌掌握實(shí)現(xiàn)對(duì)微型飛行器的飛行掌握[6]。微型飛行器必需具備自主導(dǎo)航力量，可以使用地形匹配或全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)〔GPS〕進(jìn)展導(dǎo)航。但是目前一套小型GPS0.5瓦的功率，重達(dá)20-40g的天線，而且GPS系統(tǒng)的工作需要相當(dāng)大的數(shù)據(jù)處理力量。因此研制體積小、重量輕、功耗低的GPS系統(tǒng)和地形匹配系統(tǒng)等對(duì)微型飛行器來說格外有必要?；谖C(jī)電〔MEMS〕技術(shù)的系統(tǒng)集成技術(shù)由于微型飛行器的體積小，其機(jī)體容量和承載重量均受到很大的限制微型飛行器的設(shè)