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各種類型的無人機(jī)性能各異、功能紛呈，具體的關(guān)鍵技術(shù)也千差萬別，這正是無人機(jī)作為一種新型裝備蓬勃發(fā)展的重要特色所在。無人機(jī)研制周期相對較短，研制經(jīng)費(fèi)較省，使用風(fēng)險(xiǎn)較低，各種新技術(shù)、新材料可大量應(yīng)用于新型無人機(jī)的發(fā)展，各種關(guān)鍵技術(shù)也得到高度重視。在信息化、網(wǎng)絡(luò)化、體系化背景下，無人機(jī)的發(fā)展將更加突飛猛進(jìn)。

X-47B 無人機(jī)

目前在全世界范圍內(nèi)已掀起了無人機(jī)的研制熱潮，全球共有57個(gè)國家研制和發(fā)展無人機(jī)，種類達(dá)1000 多種，其中已成為無人機(jī)產(chǎn)品的有400 多種。

研制無人機(jī)的公司主要是諾斯羅普·格魯曼公司、通用原子航空系統(tǒng)公司、航空環(huán)境公司以及美國飛機(jī)軍械有限公司，典型產(chǎn)品包括“掃描鷹”、“影子”、“捕食者”、“死神”、“全球鷹”、“RQ-170”等。

捕食者無人機(jī)

全球鷹無人機(jī)

RQ-180 無人機(jī)

縱覽國外無人機(jī)，其發(fā)展呈現(xiàn)出以下主要特點(diǎn)：

（1）大/ 中/ 小/ 微型、遠(yuǎn)/ 中/近程、高/ 中/ 低空各種類型無人機(jī)全譜系全面發(fā)展。

（2）無人機(jī)型號系列化發(fā)展。為滿足不同客戶需求或?yàn)楸M快顯著提高戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，多采用系列化改進(jìn)改型。

（3）采取以任務(wù)為牽引、平臺為核心的發(fā)展模式。

（4）無人機(jī)自主化水平有待提高。

國外無人機(jī)發(fā)展趨勢

（1）中小型無人機(jī)仍將占有重要的位置。

（2）無人作戰(zhàn)飛機(jī)發(fā)展迅猛。

（3）用于偵察監(jiān)視的高空長航時(shí)無人機(jī)需求旺盛。

（4）“飛翼布局”無人機(jī)是高端無人機(jī)發(fā)展的重要方向。

（5）臨近空間超高速無人機(jī)將作為重要突防裝備進(jìn)行大力發(fā)展。

（6）近中程多用途無人直升機(jī)成為新的熱點(diǎn)，將成為無人機(jī)大家族中不可或缺的重要組成部分。

（7）無人機(jī)系統(tǒng)技術(shù)全面協(xié)調(diào)發(fā)展。

無人機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展預(yù)測

1 能源與動力技術(shù)

無人機(jī)采用的推進(jìn)系統(tǒng)形式要比有人飛機(jī)多，采用的能源與動力類型各異，包括：傳統(tǒng)的小型渦扇發(fā)動機(jī)、小型渦噴發(fā)動機(jī)、小型渦槳發(fā)動機(jī)、活塞發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)以及電池組、太陽能電池、燃料電池、超燃沖壓發(fā)動機(jī)、定向能及核同位素等。

不同用途的無人機(jī)對動力裝置的要求不同，但都希望動力裝置燃油經(jīng)濟(jì)性好、重量輕、體積小、可靠性高、成本低、使用維修方便。從經(jīng)濟(jì)因素、可靠性等方面考慮，現(xiàn)階段無人機(jī)均采用技術(shù)成熟的活塞、渦扇、渦噴、渦槳發(fā)動機(jī)或在這些發(fā)動機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)。

活塞式發(fā)動機(jī)適合于低空低速中小型、長航時(shí)無人機(jī)；渦扇、渦槳發(fā)動機(jī)適合于高空長航時(shí)無人機(jī)以及無人作戰(zhàn)機(jī)，這類發(fā)動機(jī)油耗低，發(fā)動機(jī)尺寸、重量和推力能與無人機(jī)達(dá)到較好的匹配；渦噴發(fā)動機(jī)適合于低成本、短壽命、高機(jī)動的靶機(jī)或自殺攻擊類無人機(jī)。

從長遠(yuǎn)發(fā)展來看，單純對現(xiàn)有發(fā)動機(jī)進(jìn)行改型并不能完全滿足無人機(jī)對飛行速度、高速、續(xù)航性能等指標(biāo)的要求，開發(fā)適合于無人機(jī)使用的發(fā)動機(jī)十分必要，尤其是中小推力的大涵道比、小尺寸核心機(jī)的渦扇發(fā)動機(jī)，這類發(fā)動機(jī)將是未來無人機(jī)動力裝置發(fā)展的重點(diǎn)。此外，開展太陽能、燃料電池、液氫燃料系統(tǒng)等新型能源的應(yīng)用研究，可為無人機(jī)提供更高效的動力源。

太陽能無人機(jī)

2 無人機(jī)平臺技術(shù)

高效氣動力技術(shù)

無人機(jī)在氣動力設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)理念方面與有人機(jī)存在較大差別。有人機(jī)氣動設(shè)計(jì)通常以航程、速度作為優(yōu)先優(yōu)化目標(biāo)，然而無人機(jī)通常以航時(shí)作為優(yōu)先優(yōu)化目標(biāo)。無人機(jī)尺寸小、速度低，存在低雷諾數(shù)條件下的高升力、高升阻比、高續(xù)航因子設(shè)計(jì)要求。高效氣動力技術(shù)是提高無人機(jī)性能的重要技術(shù)途徑。

隱身技術(shù)

提高無人機(jī)的生存能力的關(guān)鍵就是降低其可探測性。隨著材料、電磁學(xué)、熱力學(xué)、空氣動力學(xué)等學(xué)科的不斷發(fā)展，越來越多的新技術(shù)也將應(yīng)用于無人機(jī)的隱身設(shè)計(jì)中，具體包括以下幾個(gè)方面。

外形隱身技術(shù)。采用翼身高度融合的無尾飛翼布局、內(nèi)埋式進(jìn)氣道、二維噴管等設(shè)計(jì)技術(shù)可有效降低雷達(dá)反射面積和紅外特征，提高無人機(jī)的隱身能力。

等離子體隱身技術(shù)。理論和試驗(yàn)研究表明，等離子體技術(shù)是隱身技術(shù)發(fā)展的新方向之一，飛行器上安裝的等離子發(fā)生器所產(chǎn)生的等離子體能對飛行器關(guān)鍵部位進(jìn)行遮擋，并對雷達(dá)照射進(jìn)行吸收，從而實(shí)現(xiàn)飛行器隱身。目前，這項(xiàng)技術(shù)在研究中暴露出了很多問題，仍有待解決。

主動隱身技術(shù)。主動隱身技術(shù)是根據(jù)照射到飛行器上的電磁波頻率、入射方向等，利用機(jī)載有源射頻發(fā)射裝置主動地發(fā)射與散射回波相位相反、幅度一致的電磁波，實(shí)現(xiàn)與散射回波的對消。目前，主動隱身技術(shù)尚處于理論與試驗(yàn)研究階段，但隨著隱身技術(shù)的發(fā)展，特別是飛行器近場散射特性技術(shù)、ESM( 電子支援措施) 等技術(shù)的發(fā)展，主動有源對消隱身技術(shù)必將成為未來發(fā)展的重點(diǎn)。

氣動彈性技術(shù)

為追求長航時(shí)性能，無人機(jī)通常采用大展弦比布局以盡可能提高升阻比（如一些無人機(jī)展弦比達(dá)到30以上），采用輕量化機(jī)體結(jié)構(gòu)降低飛行重量。但大展弦比布局、輕量化結(jié)構(gòu)與機(jī)體強(qiáng)度和剛度要求會產(chǎn)生突出矛盾。

氣動載荷設(shè)計(jì)技術(shù)

滯空型無人機(jī)一般飛行速度較低、翼載小、升力大，對于同樣強(qiáng)度的陣風(fēng)，無人機(jī)陣風(fēng)載荷比有人機(jī)大得多。無人機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度一般需要將陣風(fēng)載荷作為主要的設(shè)計(jì)工況，而陣風(fēng)載荷大小決定了無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度。如果以現(xiàn)有輕型飛機(jī)、通用飛機(jī)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行無人機(jī)載荷設(shè)計(jì)，無人機(jī)結(jié)構(gòu)將付出很大的代價(jià)。以輕量化結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，綜合無人機(jī)氣動力特性、無人機(jī)飛行控制操縱方式、無人機(jī)設(shè)計(jì)壽命等因素開展無人機(jī)氣動載荷設(shè)計(jì)技術(shù)是提高無人機(jī)綜合性能的重要技術(shù)途徑。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)

無人機(jī)以復(fù)合材料結(jié)構(gòu)為主，不同類型的無人機(jī)對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有不同的要求，如大型無人機(jī)主要對大尺寸、全復(fù)材結(jié)構(gòu)有較高要求，而小型無人機(jī)對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的要求是低成本、快速加工制造、快速修復(fù)等。

3 自主控制技術(shù)

態(tài)勢感知技術(shù)

實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主控制必須不斷發(fā)展態(tài)勢感知技術(shù)，通過各種信息獲取設(shè)備自主地對任務(wù)環(huán)境進(jìn)行建模，包括對三維環(huán)境特征的提取、目標(biāo)的識別、態(tài)勢的評估等。

規(guī)劃與協(xié)同技術(shù)

規(guī)劃與協(xié)同技術(shù)涉及兩個(gè)方面的技術(shù)：路徑規(guī)劃和協(xié)同控制。這兩個(gè)方面相互依托，互相聯(lián)系。無人機(jī)路徑規(guī)劃與重規(guī)劃能力是無人機(jī)自主控制系統(tǒng)必須具有的，即系統(tǒng)可以根據(jù)探測到的態(tài)勢變化，實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)地規(guī)劃、修改系統(tǒng)的任務(wù)路徑，自動生成完成任務(wù)的可行飛行軌跡。自主飛行無人機(jī)典型的規(guī)劃問題是如何有效、經(jīng)濟(jì)地避開威脅，防止碰撞，完成任務(wù)目標(biāo)。

自主決策技術(shù)

對于復(fù)雜環(huán)境下工作的無人機(jī)，必然要求具有較強(qiáng)的自主決策能力，以適應(yīng)未來的需要。自主決策技術(shù)需要解決的主要問題包括：任務(wù)設(shè)定、編隊(duì)中不同無人機(jī)協(xié)調(diào)工作、機(jī)群的使命分解等。

執(zhí)行任務(wù)技術(shù)

無人機(jī)自主控制發(fā)展的最終目的是使它對環(huán)境和任務(wù)的變化具有快速的反應(yīng)能力。無人機(jī)自主控制應(yīng)該具有開放的平臺結(jié)構(gòu)，并面向任務(wù)、面向效能包含最大的可拓展性。先進(jìn)的無人機(jī)自主控制應(yīng)當(dāng)提供編隊(duì)飛行、多機(jī)協(xié)同執(zhí)行任務(wù)的能力。

4 網(wǎng)絡(luò)化通信技術(shù)

目前的無人機(jī)系統(tǒng)作為相對獨(dú)立的系統(tǒng)只在局域使用，未來的戰(zhàn)場在同一空域?qū)⒊涑庵鞣N功能、各種類型的無人機(jī)與戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī)。無人機(jī)之間、無人機(jī)與有人機(jī)之間、無人機(jī)與地面作戰(zhàn)系統(tǒng)必須進(jìn)行有機(jī)協(xié)調(diào)，使無人機(jī)都成為“全球信息柵格”的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)與其他無人機(jī)或指揮控制系統(tǒng)之間的互聯(lián)、互通、互操作。

針對無人機(jī)集群作戰(zhàn)、協(xié)同作戰(zhàn)以及網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)的應(yīng)用需求，應(yīng)突破無線寬帶分布式動態(tài)多址接入、實(shí)時(shí)魯棒的寬帶傳輸、數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)頑存等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建無人機(jī)集群數(shù)據(jù)鏈自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)體系，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、寬帶、安全的無人機(jī)集群數(shù)據(jù)鏈提供技術(shù)支撐。

5 多任務(wù)載荷一體化、平臺/ 任務(wù)載荷一體化技術(shù)

有效載荷是無人機(jī)執(zhí)行偵察、監(jiān)視、電子對抗、打擊、戰(zhàn)效評估任務(wù)的關(guān)鍵因素，應(yīng)用于無人機(jī)的有效載荷包括通用傳感器( 光電、雷達(dá)、信號、氣象、生化)、武器、貨物( 傳單、補(bǔ)給品) 等。

隨著電子、通信、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的進(jìn)步，無人機(jī)的傳感器技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：多光譜/ 超光譜探測技術(shù)、先進(jìn)的合成孔徑雷達(dá)技術(shù)、激光雷達(dá)技術(shù)。

我國無人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

我國無人機(jī)研究起步于20 世紀(jì)50 年代，在90 年代取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。經(jīng)過不懈努力，無人機(jī)技術(shù)取得長足進(jìn)步，性能不斷提高，已形成較為完善的無人機(jī)體系，各種類型、各種功能無人機(jī)已投入使用。但從整體水平來看，我國無人機(jī)技術(shù)與美國和以色列等無人機(jī)強(qiáng)國相比差距明顯，存在以下幾個(gè)突出問題。

行業(yè)規(guī)劃與規(guī)范問題

雖然我國在無人機(jī)技術(shù)發(fā)展方面取得長足發(fā)展，產(chǎn)品種類繁多，但存在重復(fù)投資、低水平重復(fù)、高端無人機(jī)發(fā)展依然較落后的突出問題。

發(fā)動機(jī)瓶頸問題

我國無人機(jī)的發(fā)展很大程度上受制于發(fā)動機(jī)，一方面我國發(fā)動機(jī)研制基礎(chǔ)本身較為薄弱；另一方面在無人機(jī)特定的高空低雷諾、大過載等飛行條件下，對發(fā)動機(jī)也提出了特殊的要求。目前，我國無人機(jī)動力主要以活塞和燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)為主，活塞發(fā)動機(jī)技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛。但作為未來主流，無人機(jī)動力所采用的渦扇發(fā)動機(jī)與國外差距明顯，不能完全滿足無人機(jī)對飛行速度、航時(shí)等指標(biāo)的要求。

網(wǎng)絡(luò)化通信問題

我國在無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)方面取得了長足進(jìn)步，但需要進(jìn)一步提高不同類別無人機(jī)之間，無人機(jī)與有人機(jī)之間，不同使用單位之間大范圍、大規(guī)模使用無人機(jī)的互操作能力；規(guī)范完善數(shù)據(jù)鏈與任務(wù)載荷、數(shù)據(jù)鏈與航電系統(tǒng)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)體系；提高網(wǎng)絡(luò)化水平；進(jìn)一步提高測控與信息傳輸速率，以滿足高分辨率、多光譜/ 超光譜、多載荷的傳輸速率需求。

來源：《航空制造技術(shù)》 作者 陶于金 等