小型無(wú)人機(jī)在1990年代中期開(kāi)始研制，1990年代末期，出現(xiàn)了第一個(gè)飛行樣機(jī)。美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局在1996年授予了航境公司一項(xiàng)研制合同，進(jìn)行制造小型無(wú)人機(jī)的可行性研究，小型無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境主要在峽谷和城市建筑物之間，這表明了小型無(wú)人機(jī)的使用往往是非直視的。在短短二十幾年時(shí)間里，小型飛無(wú)人機(jī)已經(jīng)從無(wú)人駕駛飛機(jī)中一個(gè)不起眼的配角迅速成長(zhǎng)為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中不可缺少的重要角色。

　　無(wú)人機(jī)發(fā)射系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)有：

　　(1)無(wú)人機(jī)發(fā)射系統(tǒng)不需要大面積的飛機(jī)跑道，其體積小，功能強(qiáng)大，發(fā)射過(guò)程時(shí)間短，無(wú)人機(jī)即可高速起飛。

　　(2)無(wú)人機(jī)發(fā)射系統(tǒng)具有良好的機(jī)動(dòng)性能，生存能力高整個(gè)無(wú)人機(jī)可安裝在運(yùn)輸載體(汽車(chē)、軍艦、機(jī)車(chē)等)上。

　　(3)生產(chǎn)加工要求容易，無(wú)人機(jī)發(fā)射系統(tǒng)的制造成本低，在戰(zhàn)時(shí)具有良好的可持續(xù)供應(yīng)能力。

　　無(wú)人機(jī)系統(tǒng)具有在任何氣候條件下、在起伏的丘陵山溝、沼澤都可起飛的特點(diǎn)，所以說(shuō)無(wú)人機(jī)發(fā)射系統(tǒng)適應(yīng)性極強(qiáng)。

　　于無(wú)人機(jī)發(fā)射系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代高尖端戰(zhàn)爭(zhēng)和高科技生活中發(fā)揮著及其重要的作用，所以小型無(wú)人機(jī)的發(fā)射裝置迄今依然是值得我們研究的課題。但是，科學(xué)研究往往是需要理論與實(shí)踐相結(jié)合的。研制并發(fā)射輕巧的小型無(wú)人機(jī)面臨著工程和技術(shù)上的難題，其中最為關(guān)鍵的就是解決無(wú)人機(jī)的動(dòng)力問(wèn)題。我們需要小型無(wú)人機(jī)的發(fā)射系統(tǒng)能夠在無(wú)人機(jī)內(nèi)極小的體積內(nèi)產(chǎn)生足夠的能量，然后使之轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，與此同時(shí)又不增加過(guò)多的重量。因此，提高小型無(wú)人機(jī)總體性能的關(guān)鍵在于提高無(wú)人機(jī)發(fā)射系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性和適用性。

　　１發(fā)射系統(tǒng)的分析

　　發(fā)射系統(tǒng)是無(wú)人機(jī)的一個(gè)重要功能系統(tǒng)，是滿(mǎn)足無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)靈活、重復(fù)使用以及高生存能力等多種需求的必要技術(shù)保障。現(xiàn)今，無(wú)人機(jī)的發(fā)射系統(tǒng)的種類(lèi)有很多，例如火箭助推起飛、彈射起飛、地面滑行起飛等方式。因此，無(wú)人機(jī)的發(fā)射的過(guò)程在物理學(xué)角度可以看做是發(fā)射系統(tǒng)對(duì)無(wú)人機(jī)做功的過(guò)程，即為無(wú)人機(jī)的起飛提供能量。目前，國(guó)內(nèi)外的小型無(wú)人機(jī)的發(fā)射系統(tǒng)多采用彈射式彈射起飛的方式，其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)動(dòng)靈活、安全性和隱蔽性好，也最適用于小型無(wú)人機(jī)?，F(xiàn)有彈射的主要原理是將彈性勢(shì)能、氣壓能、液壓能等不同形式的能量轉(zhuǎn)換為起飛所需的機(jī)械動(dòng)能，目的是使無(wú)人機(jī)在給定長(zhǎng)度的滑軌上能夠加速達(dá)到安全順利起飛的速度。

　　根據(jù)為發(fā)射動(dòng)力提供能源的能量形式，可將發(fā)射系統(tǒng)分為：氣液壓彈射系統(tǒng)、電磁彈射系統(tǒng)和橡筋彈射系統(tǒng)等。目前使用比較廣泛的發(fā)射系統(tǒng)即為電磁彈射系統(tǒng)和橡筋彈射系統(tǒng)這三種。通常情況下，起飛速度小于25m/s，起飛重量小于100kg，采用橡筋彈射方式；起飛速度介于25~45m/s，起飛重量小于400kg，采用氣液壓彈射方式。如美國(guó)的銀狐無(wú)人機(jī)，英國(guó)的“不死鳥(niǎo)”無(wú)人機(jī)。下面我們將針對(duì)三種不同的彈射方式進(jìn)行分析。

　?。?１氣液壓彈射系統(tǒng)

　　液壓彈射是目前比較先進(jìn)的無(wú)人機(jī)發(fā)射方式。該系統(tǒng)主要由氣液壓能源系統(tǒng)、彈射桁架系統(tǒng)、鎖閉機(jī)構(gòu)、釋放機(jī)構(gòu)、滑行系統(tǒng)、增速系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)的動(dòng)力源來(lái)自于氣液壓，氣囊式蓄能、單作用式液壓缸、液壓管路、卸荷閥、截止閥等組成了這種能源系統(tǒng)。系統(tǒng)的工作原理為：在無(wú)人機(jī)的彈射前先向氣囊式蓄能器沖入高壓油和氮?dú)猓?dāng)無(wú)人機(jī)彈射時(shí)，蓄能氣囊膨脹，隨后排出大流量的高壓油，在高壓驅(qū)動(dòng)下使液壓缸做活塞運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氣液壓能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，最終實(shí)現(xiàn)為無(wú)人機(jī)的發(fā)射提供動(dòng)力。這種彈射方式安全隱蔽，而且經(jīng)濟(jì)性好適應(yīng)面也比較廣，不會(huì)產(chǎn)生光、聲、熱、煙霧等信號(hào)，也便于移動(dòng)。此外，該發(fā)射系統(tǒng)針于不同質(zhì)量的無(wú)人機(jī)的適用可通過(guò)調(diào)節(jié)沖油壓力和蓄能器充氣壓力實(shí)現(xiàn)。

　?。?２電磁彈射系統(tǒng)

　　電磁彈射系統(tǒng)是近幾年來(lái)國(guó)際上一種新興的無(wú)人機(jī)發(fā)射方式，它是使物體在短距離內(nèi)加速到一定速度后發(fā)射出去而利用電磁力推動(dòng)物體的裝置。該系統(tǒng)主要由電源和直線(xiàn)直流電機(jī)等設(shè)備組成。工作原理為：電源的能量貯存系統(tǒng)將貯存的能量轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l脈沖,控制能量輸出以驅(qū)動(dòng)直線(xiàn)直流電機(jī)，直線(xiàn)直流電機(jī)就是彈射電動(dòng)機(jī),為無(wú)人機(jī)提供彈射力。電磁發(fā)射裝置能夠突破常規(guī)發(fā)射出口速度制約，實(shí)現(xiàn)更高速度的發(fā)射。與常規(guī)無(wú)人機(jī)彈射系統(tǒng)相比，它具有維護(hù)方便、適應(yīng)性好、通用性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)靈活、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

　?。?３橡筋彈射系統(tǒng)

　　橡筋彈射系統(tǒng)是一種自力傾斜彈射起飛。該系統(tǒng)主要由拉力橡筋、牽引鋼絲、鎖緊機(jī)構(gòu)、無(wú)人機(jī)基座、滑行軌道、絞盤(pán)裝置和穩(wěn)定的桁架等結(jié)構(gòu)組成。該系統(tǒng)的能量源來(lái)自于橡筋的彈性勢(shì)能。鎖緊機(jī)構(gòu)將飛機(jī)固定在基座上，絞盤(pán)裝置拉動(dòng)牽引鋼絲使橡筋受力拉伸，使橡筋達(dá)到最大彈性勢(shì)能，在開(kāi)鎖裝置打開(kāi)瞬間，無(wú)人機(jī)隨著基座在滑行軌道上加速滑行后獲得最大速度起飛。影響該系統(tǒng)的總體性能的因素主要為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、加工過(guò)程中的質(zhì)量以及所選取橡筋的性能。橡筋的性能具體包括高低溫彈性的差異、彈性形變系數(shù)、耐用程度等。根據(jù)能量守恒原理，發(fā)射無(wú)人機(jī)所需的能量來(lái)源于橡筋彈性勢(shì)能，滑行軌道長(zhǎng)度是橡筋做功的距離，所以合理長(zhǎng)度的滑行軌道能夠使無(wú)人機(jī)能夠有效的達(dá)到最大彈射速度。綜合考慮彈射機(jī)構(gòu)的使用性能往往將軌道做成兩段或者三段，連續(xù)使用，用滑輪組來(lái)增加橡筋形變的距離，增加彈性勢(shì)能。因此，使用橡筋發(fā)力彈射結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，裝配及維護(hù)要求稍高，其優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)手搖或電機(jī)帶動(dòng)鋼絲絞盤(pán)即可完成裝配。

　　綜上，無(wú)人機(jī)橡筋彈射方式原理簡(jiǎn)單、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)便，但僅限于低速、微小型無(wú)人機(jī)發(fā)射。氣壓和液壓彈射方式除工作介質(zhì)（高壓氣體或高壓油）不同外，工作原理基本相同。但氣壓彈射能量特性受環(huán)境溫度影響較大，且安全性較差。相比之下，橡筋彈射系統(tǒng)這種成本低廉、簡(jiǎn)單易行，設(shè)備便攜性很高，易于保養(yǎng)且無(wú)額外器材消耗的方式更容易得到推廣和使用。

　?。蚕鸾顝椛湎到y(tǒng)的簡(jiǎn)單分析

　　如圖為橡筋彈射沿著滑行軌道斜面上升時(shí)并加速的過(guò)程。我們以，橡筋和無(wú)人機(jī)基座為研究對(duì)象，受力如下圖所示。

　　圖中，x為小車(chē)在彈射軌道上的位移，F(xiàn)s為小車(chē)與軌道之間的摩擦力，R為涵道風(fēng)扇提供的推力，P為無(wú)人機(jī)與基座的重力，F(xiàn)w為飛機(jī)所受到的空氣阻力，θ為彈射軌道與水平面之間的夾角。根據(jù)分析力學(xué)可知，系統(tǒng)的重力勢(shì)能Vp為：

　　Vp=xsinθ

　　系統(tǒng)的彈性勢(shì)能Vs為：

　　3小結(jié)

　　目前，無(wú)人機(jī)正在成為現(xiàn)代高科技發(fā)展中無(wú)法缺少的一部分，體現(xiàn)在民用和軍事上。在民用方面，無(wú)人機(jī)可在防災(zāi)、電力、森林、氣象、地質(zhì)勘探、海洋勘探等多方面發(fā)揮重要的作用。其次，無(wú)人機(jī)的作用在軍事上體現(xiàn)得尤為明顯,越來(lái)越多的國(guó)家將其作為武器裝備到陸海空三軍,偵察、執(zhí)行攻擊的作戰(zhàn)任務(wù)和靶機(jī)訓(xùn)練的任務(wù),并取得了顯著的成效,而且應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷地?cái)U(kuò)大。尤其在美國(guó)針對(duì)伊拉克等中東和阿富汗等中亞地區(qū)采取的軍事措施中,無(wú)人機(jī)被得到了廣泛地應(yīng)用,在取得了顯著的作戰(zhàn)成果同時(shí)創(chuàng)造了許多新的作戰(zhàn)方式,也因此使得無(wú)人機(jī)成為了現(xiàn)代軍事行動(dòng)中的新寵。目前，世界各國(guó)對(duì)無(wú)人機(jī)的起飛發(fā)射作了大量研究和嘗試，雖然我國(guó)的無(wú)人機(jī)相比部分科技發(fā)達(dá)國(guó)家起步以及發(fā)展得相對(duì)較晚較晚，但通過(guò)后來(lái)的研發(fā)，也在很多尖端科技取得了不俗的成績(jī)，相信我國(guó)的無(wú)人機(jī)定在不久的將來(lái)定能在世界上占有不可撼動(dòng)的一席之地。

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