中国掌握无人直升机核心技术 1吨级军机赶超美军

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中国掌握无人直升机核心技术 1吨级军机赶超美军

U8无人直升机飞行在夕阳下

中航工业直升机所无人机技术总监方永红不久前在接受采访时表示,直升机所的无人直升机研制能力达到了国内领先水平,直升机所已经完全具备了无人直升机的自主研制能力。

无人直升机具有垂直起降、起飞着陆场地小、适应性强、空中悬停、机动灵活、任务能力广泛、造价低等功能特点和应用优势,既可执行战术侦察、电子侦察、生化侦察、通讯中继、精确目标定位与指示、搜潜与反潜、精确打击等作战任务,还可以广泛应用于抢险救灾、公安执法、边境巡逻、电视拍摄转播、科学考察、农林播种与灭虫、输电输气线路巡查等民用领域,因此无人直升机受到了世界各国的垂青。

直升机所研制无人直升机的历史已近10年。在这10年里,欧美发达国家对有人直升机、无人直升机市场同时展开了竞技角逐。无人直升机发展迅猛,势头直逼早已成熟的固定翼无人飞机。美国、以色列、欧洲更是先声夺人,技高一筹。相比之下,我国的无人直升机研制起步较晚。经过直升机所科研人员的努力,目前,我国无人直升机已曙光初现,展现出美好前景。

从零开始,将核心技术掌握在手中

2004年,直升机所领导班子决策,组建无人直升机研究室,自筹经费研制U8无人直升机。现任直升机所无人机部副部长刘芳国是最初参与无人直升机研制的专家之一,回顾当时的情景,他多有感慨地说,研制无人机的决策极富前瞻性,催生了一个新的产业。

然而,从零开始让刘芳国和同事们备尝艰辛,一路走来,从方案、设计、试制到试飞,他们一次次陷入技术瓶颈,一次次不得不面对故障频发的窘困。曾任直升机所总师的老专家蒋新桐认为,研制无人直升机,主要存在三方面的困难:一是对象特性和飞行控制规律的分析和研究,二是特殊要求传感器的开发和研制,三是试验和试飞。的确,许多参加过无人直升机研制的科研人员对此都刻骨铭心。刘芳国介绍,发动机的控制、飞行时的振动、传动和旋翼系统,这些都是技术难点,尤其是传动系统的设计、加工,直升机所过去没有这方面的专业和设计经验,解决这些问题在技术上是一个突破。飞控系统是无人机的核心,科研人员通过反复地集智攻关,最终掌握了设计原理,加上自主开发的集成软件,使无人机的自动化水平得到了极大提升。

山穷水尽复柳暗花明,无人直升机研发团队一步步突破了发动机控制、悬停控制、中速飞行、自动起降等一系列关键技术。

在无人机的攻关历程中,飞控设计组经受了不小的考验。他们主要负责无人直升机飞行控制与管理系统的总体方案论证、方案设计和工程设计、控制律设计与仿真等工作,并承担无人直升机试验试飞指挥和飞控系统保障以及先进无人直升机飞控技术预研等任务。曾国贵和赖水清都是直升机所的资深专家,飞控设计组在他们的带领下,完成了一系列技术攻关和设计工作,突破了系统总体设计、飞行控制和飞行试验等多项技术关键。

技术上的进步,使U8无人机具备了每秒8~10米的悬停抗风能力,有效提高了无人机的控制精度和飞行安全。U8无人直升机可自主飞行、自主起降,它的最大起飞重量为230公斤,任务载荷可达到40公斤,最大平飞速度每小时150千米,续航时间3小时,使用升限3000米,控制半径100千米。2006年10月,首架U8无人直升机顺利完成总装交付,2011年6月,U8无人直升机圆满完成海拔高度1000米、2000米和3000米高原试飞,同年12月通过技术鉴定。专家评价,U8性能优良、技术先进、使用方便、实用性强。U8由此走向军民用市场,这标志着直升机所无人直升机产业发展进入新的阶段。

U8是直升机所无人机产业的闯关、开拓,倾注了广大科研人员的心血。研制历经7年,科研人员完成了全部设计、试制、试验和试飞工作,U8具有人工、程序和自主飞行控制功能,可实施自动起降、大机动、大速度、预设航线、超视距等飞行,具备了发动机安控、测控失效、传感器融合等故障应急处置能力。

通过研制U8,直升机所培养了一支无人直升机技术骨干力量,积累了研制无人直升机的丰富经验。2005年,U8研制工作全面启动,2009年,直升机所决定对已有的无人机平台进行全面改进,把U8打造成高性能的成熟平台,为开发后续各种平台打下扎实的基础。

2009年,无人机发展进入转折点,方永红接担当了无人直升机的第二任总师。在他看来,无人直升机与常规直升机一样,研制者首先必须拥有直升机旋翼、传动系统与发动机三大部件的核心技术;其次再看飞行控制和测控技术水平,即控制系统能不能像人一样掌控直升机的飞行。以这两个标准衡量,直升机所是目前国内屈指可数的已经具备无人直升机核心制造能力的单位。

内行人知道,无人直升机绝非是把飞机平台与控制系统组装起来这么简单,只有真正吃透技术原理,才能保证无人机具有较高的控制水平,否则稳定性、安全性堪忧。直升机所依托数十年研制常规直升机的技术储备、研发经验,在无人直升机研制方面拥有得天独厚的优势,因而能够在当前我国无人机市场上一马当先。

试飞精神,无人机高翔蓝天的力量之源

比起常规直升机,无人直升机的试飞任务更为繁重。刘芳国介绍,无人机增加了一个控制系统与飞机匹配的环节,虽然是在地面遥控,但比飞行员直接驾驶要更为复杂。参加无人机研制的科研人员必须奔赴天南地北开展试飞。

几经辗转,2009年,直升机所在万里之遥的鄱阳县建立了无人直升机试飞基地。在漫长的试飞过程中,虽然平台、系统和设备一次次以故障和风险考验参试者,自然环境也时时用酷暑、风雨阻击他们,但参试人员的工作热情从未减弱。在试飞现场,大家密切协同、超常拼搏,逐渐突破了中速飞行、自由起飞起落、大速度飞行等关键技术,填补了多项国内空白。

南方的盛夏,试飞机场的地表温度经常在40℃以上,参试人员为了争抢时间,凌晨就开始进场做飞行准备,直到晚上8时才结束一天的工作。飞行的间隙,他们分析试验数据和出现的各种问题,研究部署下一步的工作方案。

每次试飞都意味着风险,沉甸甸的责任压在每个人的心头。现任无人机研究室副主任的孙传亮在谈到参加试飞时说,作为无人机飞行操作手,每次都顶着巨大的心理压力,心提到了嗓子眼儿,只有当飞机平稳着陆,才感到稍许轻松。在试飞现场,几位机务同志负责飞机的铆钉、螺钉装配以及飞机的保养等任务,他们每天对照《飞行检查手册》进行检查,不放过每一个螺钉、每一根线。

试验试飞过程中,参试人员经历过挫折,但他们从不气馁。方永红常说的一句话就是:“有困难克服困难,没条件创造条件,思想有多远,我们就能飞多远,一定要坚定地走下去。”

2013年5月,直升机所试飞人员远赴内蒙古阿拉善试飞基地,开展相关科目试飞。阿拉善地区常年干旱少雨,风大沙多,日照时间长,紫外线强烈,这对常年在江南生活的参试人员是一种考验。虽然工作艰苦,但每当无人直升机按照预设航迹自动起飞、返航、着陆,大家就会将所有的困苦抛在脑后。无人机研制和试飞工作始终受到所党政领导的高度关注,所长邱光荣多次到试飞现场,为试飞工作提供支持;党委书记赵伟华在现场高度肯定了试飞人员表现出的拼搏、奉献和挑战精神。

无人机试飞精神也已融入中航工业直升机所的企业文化,成为激励广大干部职工开拓进取的力量之源。

系列开发,新兴产业即将孵化出壳

目前,中航工业直升机所开发的无人直升机平台基本实现了多元化,已经开发的型号平台有75公斤级、200公斤级、300公斤级、500公斤级和1吨级,形成了军用、警用、民用等系列化产品,这些产品即将在今年9月举办的第二届中国天津直升机博览会上一展风采。

直升机所研制的500公斤级无人直升机的最大任务载重为100公斤,最大平飞速度每小时180千米,续航时间6小时,使用升限3500米,控制半径150千米;1吨级无人直升机最大任务载荷150公斤,最大平飞速度每小时220千米,续航时间5小时,使用升限4000米,控制半径200千米,装载必要的设备后,可满足各种任务需求。

方永红介绍,未来数年内,直升机所将依托中航工业的丰厚资源,跟踪国家相关政策,配合相关规划,到2020年实现中、轻、超轻型的全系列发展目标。他表示,航空的无人化、小型化和智能化是发展趋势,因此无人直升机的前景非常广阔。

邱光荣是无人直升机产业化发展的积极推手,近年来,在他的直接推动下,直升机所无人机产业发展目标日渐清晰,无人机研制力量一再充实。2005年,刘芳国只有3名同事,到了2012年,直升机所成立了无人机部,同时拟建无人机实业公司,无人机部下属两个专业研究室、一个总装厂,无人机已经与军用直升机、民用直升机形成三足鼎立之势。根据规划,2014年,直升机所将开始无人直升机的公司化运作,无人机产业化发展将进一步加速。

无人直升机市场方兴未艾,无人直升机大有作为。以农林作业为例,由于我国特殊的地貌条件使许多地方的种植面积小而分散,同样是喷洒,固定翼飞机因为无法低速飞行、垂直起降,在这些区域只能让位于无人直升机。有专家预言,20年后部分军事强国主战飞机中,将有30%以上是无人机。根据美国蒂尔集团的一份报告显示,今后10年全球范围内无人机开支将翻一番。方永红表示,随着国内低空空域逐步开放,未来无人直升机可能与常规直升机平分秋色。

近年来,直升机所迎来了一批批无人直升机客户。2013年4月,国家电网公司试点工作组来到直升机所调研,与直升机所领导和相关人员深入探讨了无人机在电网公司中的应用前景。邱光荣表示,国家电网系统对无人机产品的需求将有较大的增长。他认为,直升机所的无人机发展已进入稳步提升的阶段,能够适应军民用旺盛的市场需求。

近年来,直升机所为开拓市场,很多无人机产品参加了众多大型展览。2010年6月,U8无人直升机高调亮相第三届中国无人机展览会。2012年6月,在第四届中国无人机大会暨展览会上,直升机所展示了3款自主研发的无人直升机。展会期间,中央电视台、中国航空报社等多家媒体专门采访了方永红,对3款无人机产品作了报道。

邱光荣说,要坚定不移地发展无人直升机产业。他要求参研人员面向用户、面向市场开展工作,不断提高产品实用性、可靠性,降低研制成本,提高产品竞争力。

今年,直升机所将交付防化型、海事型无人机各1套,后续的订货量更大。在无人机产业发展中,直升机所将自行承担总装和市场工作,面对新的挑战,方永红说,只要核心技术掌握在我们自己手中,对未来的发展就可以充满信心。

2013年初,直升机所与地方政府共建无人机产业基地,双方投资15亿元。今年,直升机所有望实现中型级别的无人机产品立项,对外合作将形成一定规模,技术攻关将取得新的成果。发展态势预示,直升机所的无人机产业东方破晓,即将振翅高飞。


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