张瑶萱傅前哨谈国际无人飞行器创新大奖赛（五）-旭说军事

作者: admin 　发布: 2019-04-04　分类:全部文章　阅读: 183次

张瑶萱傅前哨谈国际无人飞行器创新大奖赛（五）-旭说军事

张瑶萱
由共青团中央、中国科协、宋庆龄基金会共同指导，中国航空工业集团、中国航空学会等单位共同主办的“航空工业杯”“第五届国际无人飞行器创新大奖赛暨2017安吉航空嘉年华”（UAVGP）于2017年11月10日至13日在绿水青山的浙江安吉举行。此次创新大奖赛共有来自世界各地的78支队伍、500余名选手参与竞技和创意两大门类的角逐，整个比赛分工严密，组织有序，空中较量比拼激烈、扣人心弦，表演时段高潮迭起、精彩纷呈，吸引了大批观众和航空爱好者。
本次比赛中，著名航空军事专家傅前哨作为裁判员参加了创意赛的答辩评审和现场飞行展示的评分工作。傅前哨老师从事科研、科普工作30多年，先后发表论文和科普文章数百篇，是中央电视台和中央人民广播电台多个频道和栏目特邀军事专家，被总政“全军对外宣传工作领导小组”聘为“全军常备外宣专家”。比赛后，傅前哨老师受旭说军事邀请，撰文介绍了比赛的亮点及自身感受。由于全文过长，为方便读者阅读，旭说军事将分六篇连载傅前哨老师关于此次比赛的文章，今天刊登的是第五篇，主要介绍了傅老师对此次比赛的观察与感想。

“第五届国际无人飞行器创新大奖赛”既是一个遍布硝烟的“战场”，又是一个充满机遇的舞台，竞技赛的“运动员”顽强拼搏，机智竞逐，奋勇夺冠；创意赛的“演出者”各显神通，争奇斗艳，全力折桂。从成果、成绩和成功率看，裁判和媒体记者普遍认为，竞技赛的总体技术水平比上届提高了一个档次，取得了可喜可贺的进步。创意赛的作品实用特点突出，创新特色鲜明，且大多能按要求完成飞行演示，将一个个概念、设想变为了现实。

前面介绍的几支优胜的队伍和参赛无人机，的确身手不凡，能力彰显，但名列前茅的空中机器人并非一枝独秀，胜者与负者的差距往往也就是毫厘之间。我们不能只盯着状元、榜眼、探花，其实在许多成绩比较靠前的“考生”（甚至名落孙山者）中，照样有出类拔萃的高手和“人才”（机器人）。
由于种种原因，部分颇具创意的无人空中载具没有参加后续的飞行展示，或表演时动作不够完美，未取得好名次，但我们不能因此而埋没或忽视了那些很有潜力的新技术、新发明。笔者认为，参加本届大奖赛的某些作品虽然排名较靠后，但水平并不低，其技术方案的创新精髓依然值得关注。事实上，个别没能在赛场上公开亮相的无人机，也的确因其独特的造型、新颖的设计、神秘的功能，而引起了人们的好奇和兴趣。

成都飞机工业（集团）公司技术中心“刺客队”推出的变形隐身无人机在设计上很有创造性，科技含量颇高。“刺客”的尾翼是能够顺纵轴转动的，竖起时可当垂尾使用，放平后就与主翼融合在一起，变身为干净简洁、升力大、阻力低、雷达反射截面积小的飞翼式布局。不同的外形，气动特性是不一样的，控制律亦相差很大。这款隐身无人机主要通过调整各活动翼的控制策略和权限，来适应几种变形状态下的飞行控制和管理。
“刺客”最终没在飞行赛场公开亮相，悄然隐于幕后，但仍有几张照片被发烧友传到了网上，引起了航空爱好者的广泛关注和热议。一些网友猜测，这也许是成飞公司计划研制的一款无人战机，亦或是未来先进隐身飞机的缩比概念机？在经过答辩环节之后，该机未参加第二阶段的飞行表演，这反而给它增添了许多神秘的色彩。

同为中航工业集团公司重要成员的贵州飞机公司，此次派出了几支竞赛队伍。其中，贵飞三队向观众和裁判展示了一种独特的设计——“漫巡号”大双轮飞行器。一般的固定翼飞机和无人机都有三个起落架和至少三个机轮，“漫巡号”却只有两个，而且它的机轮超乎寻常的大，其直径比内翼段的翼弦还略长一点。乍看上去，就好像把一对双环套在左右机翼上似的。那么，发明者为何要在飞行器上装这么个东西？参赛选手在答辩时告诉裁判组，其目的主要是为了便于在条件简陋的地方使用无人机。
执行野外任务时，许多固定翼无人机往往需要在松软的、杂草丛生的场地上滑跑起降。由于起落架的机轮太小（尤其是前轮），无人机在凹凸不平的地面上滑行，颠簸得很厉害，对机翼、机身、起落架损害严重，而且滑跑时加速困难，运动方向也不易控制。大双轮的设想就是针对上述情况而提出的一个解决方案。从理论上讲，取消无人机的前起落架和机轮，并加大主轮的直径，在田野上的滑跑情况会改善很多。

不过，还有一个问题需要面对：这个大双轮怎么转动？若像普通机轮那样设计，势必要把机翼一分为二，外翼段的结构、强度怎么保证？贵飞三队采取的对策是，将大双轮分为轮框、轮圈两部分，轮圈在固定的轮框上滚动。轮框的上半部分是空的，而下半部分是实的，且与机翼相连，构成一个半圆形的端板。该端板内可装电池、设备等物品，其目的有二：（1）将飞行器的重心调整至大双轮的位置；（2）压低全机重心，以提高滑跑稳定性。
一般的固定翼飞机，起飞时都有一个抬前轮或后轮的操纵过程，而“漫巡号”无人机没有第三个轮子，因此，它在起飞时的控制方式与众不同。启动前，其机身基本处于水平状态，加速滑跑到“抬前轮”速度时，通过水平尾翼的偏转（拉杆），使无人飞行器的机头上仰，便可离地升空了。经过在比赛现场的两次演示试飞，“漫巡号”得到了较高的分数，最终获创意赛（专业组）三等奖。

空军工程大学的“空天雄鹰队”研发的“雨燕”无人机也很有特色。该机采用结构较为简单的矩形飞翼布局和小车式四轮起落，其动力装置为两个安装在翼面内的可调整倾斜角的对转旋翼。“雨燕”无人机看似普通，但功能多样。该机不仅可以在空中飞，地上跑，最奇特之处是它还能爬墙，贴着垂直的墙面缓缓上行。飞行器的爬墙能力在无人机领域相当罕见，令人耳目一新。这一功能也给人以许多启迪：在未来的特种作战行动，空中机器人爬墙的能力或许可发展为出奇不意，达成目的的一种新手段。
空军工程大学的“雨燕”无人机能够爬墙
在评价参赛作品时，除了技术上的创新性以外，还有两条重要的指标：可用性和可实现性。创意再好，但难以实现，或无法实现，那也是没有太大价值的。在本届创意赛上，出现了几款相当成熟的无人机平台，稍加改进便能成为适合某些行业需要的产品、精品。比如。南京理工大学“FANBALL灵燕队”的“旋翼车”、西北工业大学“天龙队”的“天龙1号”、桂林航天工业学院“海空救援队”的“水上漂”等等。
西北工业大学“天龙队”提交的“天龙1号”消防无人机，是本次大赛中块头最大的飞行器之一。它的动力强劲，飞行稳定，能够轻易地挂载多枚专用灭火弹，升到高层建筑发生火灾的楼层窗户外，瞄准起火的房间，向屋内发射能够击碎钢化玻璃的灭火弹。这种消防无人机具有飞得高、反应快、射得准、效果好等诸多优点，实用性也相当不错。可惜的是，该机过于“实用”，它的起飞重量超过了大奖赛规定的标准，无缘参加后续的评比排名。不过，失之东隅，收之桑榆，该机也因其专业的能力、良好的表现而受到了消防部门的关注。经过改进后有可能成为一种全新的灭火装备。

南京理工大学的“旋翼车”可用于大桥下表面的监测
桂林航天工业学院“海空救援队”设计的“水上漂”外形奇异，功能奇特，是本届创意赛中唯一在两个场区进行演示的飞行器。该款无人机刚登场亮相的时候，貌不惊人，衣不光鲜。首先映入观众眼帘的是一个粗大黝黑的、底部近似锥状的立方体，此为何物？一时难以辨识。细观之，才发现它的顶端装有四个小旋翼，属于飞行器无疑。
这位“参赛选手”给人的感觉是体型过于庞大，而“大”又往往与“重”相联系。它能飞起来吗？陀螺状的尖底构形能在地上立得住吗？竖不起来怎么放飞和回收？再有，这个大黑箱子是干什么用的？运货？广播？消防？投弹？一时还真猜不透。总之，它给大家带来了诸多的疑问。
“海空救援队”和“水上漂”
随着裁判长发出“可以起飞”的口令，演示飞行正式开始，罩在其身上的层层轻纱被逐渐揭开：
首先，“水上漂”确实不能“独立”，启动发动机前，必须由两名队员用手将它托举起来，然后由四旋翼把它带上天（显得有点麻烦是吗？）
其次，该机不仅可以升空，飞起来还相当灵活，显然，它的尺寸虽大，但体量很轻（但为何要搞成“嘴尖皮厚腹中空”的模样？）
第三，既然取名为“水上漂”，那么这款无人机应该既可以在天上飞，又能够在水里游（没错，该机的确有此“特异功能”）。
“水上漂”异于常规之处就在于其两栖活动能力。它实际上是一个专职的“机器救生员”，所有的设计都围绕着水上救援这个目标展开：“嘴尖”便于准确、稳定地入水；“体型大”而“腹中空”则是为了产生足够的浮力；黑箱子的两侧设有绳索，能够同时救助三个人；为了能够快速找到落水者，该平台上还配有光学传感器和照明系统（用于夜间搜索）。
“水上漂”外形奇异，功能奇特
如果仅仅认为“水上漂”是一种带有旋翼的、能够通过遥控方式飞到落水者身边的移动“救生圈”的话，那可就小瞧它了。虽然这个创意已经很不错，但该机的实际能力还要更上一层楼：入水之后，它会自动从一架四旋翼飞行器，变身为一艘动力艇！
第一阶段的陆上飞行展演，“水上漂”的表现平淡无奇，与普通的四旋翼无人机差不太多，而移至第二演示区（赛场边的池塘）后，该机就像换了个人似地，突然大放异彩，大显身手，牢牢吸引住了公众的目光。

在池边放飞“水上漂”
在“海空救援队”成员的操控下，“水上漂”先从岸边升空，然后移向湖中央，选定“目标”后，缓缓下降。当立方体的前锥触及湖面时，黑箱子会因失稳而向一侧倾覆，四旋翼飞行器的螺旋桨在入水的瞬间，发出一声脆响，便停止了转动。失去动力的“水上漂”平躺在水面上，静静地漂浮着。但很快，它又奇迹般地恢复了活力，如鱼得水似地游动起来。
这是怎么回事？螺旋桨不是停转了吗？其推进的力量来自哪里？
“水上漂”最绝妙、最关键的设计就在此处：该机用于驱动螺旋桨的电机具有密封、防水的特性，在空中和水下均能正常运转，而电机带动的螺旋桨则是可以变换的。其动力系统采用一轴双桨的方案，空气桨在下，水桨在上，前者桨径大，后者桨盘面小。空气螺旋桨可带着“水上漂”在空中飞，船用螺旋桨则能推着它在水里游。被救助的人员只要抓住箱体两侧的绳索，便可慢慢地被拖向岸边。
“水上漂”缓缓向湖面下降
不过，螺旋桨的转动是要耗电的，没有电了怎么办？这一点，设计者也想到了。他们在箱体的表面敷设了太阳能电池板，保证“水上漂”至少能够停停走走。除此之外，该装置还配有卫星导航定位系统和信标机，可将落水者的具体位置传回船上、岸上。“水上漂”的精彩表演博得了观众、裁判和媒体记者的一致好评。
如此实用的产品，当然也引起了有关人员的极大兴趣，一些专业人士在研讨之余也指出了它的一个小小瑕疵：作为水上救援器材，浮箱不该涂成黑色，而应改为醒目的橘黄色。“水上漂”的设计者们，愉快地接受了这一建议。
笔者见过许多两栖、三栖飞行器的概念设计、方案设想，但多为纸面上的东西。真正把这些构思、草图变为现实的产品，却不多见。“水上漂”的成功值得肯定。根据答辩和飞行演示的积分，桂林航天工业学院“海空救援队”最终收获了创意赛（专业组）二等奖。

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