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“扫描鹰”无人机的替代者,美国Flexrotor垂直起降侦察无人机

作者:兵工科技

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我们知道各国以往出现过的无人机,为了具备垂直起降性能,可供选择的成熟方案有两种,一个是采用无人直升机模式,另外就是采用倾转翼无人机模式,而美国Aerovel公司最新推出的这款新型的Flexrotor侦察无人机,从外观上看有着固定翼飞机的常规外形,但却能实现垂直起降,那么它究竟是怎么来实现垂直起降的呢?

“扫描鹰”无人机的替代者,美国Flexrotor垂直起降侦察无人机

美国Flexrotor侦察无人机,采用了常规固定翼气动布局

垂直起降方式类似于直升机

Flexrotor侦察无人机翼展3米 ,机长1.6米 ,飞机空重19千克 ,最大载重1千克 ,最大平飞速度145千米/小时 ,续航时间40小时。该无人机采用常规气动布局,机身前部安装有一部活塞式螺旋桨发动机,机身中部为圆柱体,机身尾部逐渐收缩呈锥形,狭长的平直式中单翼位于机身两侧,尾翼为V字形。Flexrotor侦察无人机采用常规气动布局,似乎是中规中矩的设计,但实际上这款无人机有两点局部设计非常特别:

其一,该无人机头部位置上的活塞式螺旋桨发动机,螺旋桨叶的直径很大,足有1.8米,远大于常规布局里螺旋桨的比例(毕竟,该机的长度仅有1.6米而已)。

其二,该无人机的机翼两端,分别安装有一部电动小螺旋桨发动机,成为该机外观上最特别的一处设计。实际上,Flexrotor侦察无人机之所以在具有常规固定翼气动布局的情况下,却能实现垂直起降,其原因就在于以上两点特别之处。起飞时,首先把Flexrotor无人机垂直立起来,机翼放置于一对简单的发射支架上,或者直接把无人机平稳地举在空中,保持一定的尾翼离地距离。启动发动机后,位于机身前部的两片狭长的螺旋桨叶,其作用此时就相当于直升机的主旋翼一样,高速旋转产生向上升力。

“扫描鹰”无人机的替代者,美国Flexrotor垂直起降侦察无人机

Flexrotor侦察无人机垂直起降状态示意图

我们知道,直升机既需要主旋翼,也需要尾桨平衡扭矩,否则直升机起飞过程中就会不停转圈,同理,Flexrotor无人机的机头螺旋桨在起降过程中高速旋转的时候,也会产生扭矩,使机身受到反向旋转的扭矩作用,不加以制止,将使无人机像没有尾桨的直升机一样无法起飞,甚至因自转而损毁。为此,Flexrotor无人机采用的办法就是,在两侧机翼的翼尖设计一对小型电动螺旋桨。这对小型电动螺旋桨,一正一反,分别位于机翼的上侧和下侧,工作时,其旋转平面垂直干主螺旋桨的旋转翼面,其作用恰似于通常直升机的尾桨,在同时旋转时,产生的力会驱动无人机自转,刚好可以平衡主螺旋桨产生的反方向旋转力矩,从而保持无人机起降过程中保持自身的相对静止状态。

在垂直升空并到达预定高度后,Flexrotor无人机利用尾翼操纵机身转入平飞状态。转入正常平飞之后,两翼端部的小螺旋桨将会自动把桨叶收拢,以减小平飞期间的阻力。

Flexrotor无人机降落时的程序与起飞过程相反,无人机首先由平飞状态,在尾翼操控作用下转入垂直状态,然后启动翼尖小螺旋桨,逐渐减小油门,即可缓缓降落在发射支架上。

“扫描鹰”无人机的替代者,美国Flexrotor垂直起降侦察无人机

Flexrotor侦察无人机垂直起降原来和直升机相同

专门设置的机头设备舱

作为一款侦察无人机,在侦察设备的搭载设计上,Flexrotor无人机也有独特的设计。

我们知道,在各国现有的采用机头螺旋桨推进的传统无人机中,由于螺旋桨推进器占据了机头位置,设备舱只能安放于机身中部,为了改善摄像设备的视野,就必须凸出一个光学转塔,导致阻力增加,不仅影响操纵性,还降低了续航能力。为了避免这种弊端,Flexrotor垂直起降无人机采用了将螺旋桨后移并采用齿轮传动的设计,从而保证了机头设备舱的空间,该设备舱不仅具有良好的视野,而且不会增加额外的空气阻力,由于该设备舱与螺旋桨没有机械联结,所以也不存在影响设备工作的自转问题。

“扫描鹰”无人机的替代者,美国Flexrotor垂直起降侦察无人机

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结语

美国目前最新装备的战场小型侦察机是“扫描鹰”,该机需要专门的发射装置放飞,需要在地面张开阻拦网来回收,使用方便程度不高,而Flexrotor侦察无人机在机型大小以及性能水平方面均与“扫描鹰”相若,但却可以垂直起飞和降落,无需专用的复杂发射以及回收装置,保证了狭小场地中使用无人机的要求,适用范围比“扫描鹰”无人机有了较大的扩展,未来无疑将成为“扫描鹰”无人机的竞争对手。此外,Flexrotor侦察无人机也可以用于商用领域,进行天气和环境监测以及地质勘查等作业。

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