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科普动态

2023年度科普行动专项计划（第六期）丨多种多样的无人机发射方式（上）：自力发射

发布时间：2023-08-18作者：上海能动中心

   科技立则民族立，科技强则国家强。科普是智慧之源、力量之源、创新之源。把握大势，实现高水平科技自立自强，需要重视蓄积科普的力量。

   2023年5月13日-5月14日，“中国科学院第十九届公众科学日暨全国科技工作者日”正式拉开帷幕，为响应“遇见科学，预见未来”主题活动，上海浦东先进能源动力研究中心正式启动2023年度科普行动专项计划，本次主题是“点燃全民科普明灯，筑梦科技自立自强”。
   
   科普行动专项计划第六期分享主题是多种多样的无人机发射方式（上）：自力发射。
   
   央视曾推出一档航拍纪录片《航拍中国》，该片以空中全景俯瞰的视角，将祖国的秀丽河山和建设成就尽收眼底，堪称“地理教科书”。该纪录片不仅展现了自然风貌与现代化建设的变迁与发展，更是从侧面体现了无人机技术的发展与进步。其最新一季的拍摄就动用了近118架无人机与18架直升机组合，飞行总航程超过25万公里。

  

航拍中国-上海（图片来源：百度百科）

   无独有偶，在其他军民用及商业领域，无人机也得到了广泛应用，具有广阔的市场应用前景。由于起飞是无人机应用环节中最困难以及最关键的阶段之一，因此寻求合适的起飞发射方式对改善无人机性能具有重要意义，从而发展出了多种多样的发射方式。

   如果将无人机发射方式按照其起飞爬升阶段所需动能是否由外部设备提供进行分类，可主要分为自力起飞和他力发射两大类。

   本篇就从无人机自力起飞发射方式的基本原理、优缺点以及适用机型等方面展开介绍~

   无人机自力起飞方式主要有火箭助推、滑跑/跃起飞、垂直起飞以及短距起飞等[1]。

   无人机火箭助推发射是借助固体火箭的发动机推力带动无人机加速。可根据无人机发射质量及起飞速度进行助推火箭数量布置，具有技术成熟、机动性好、场地要求低以及零长短时发射等优点。但其发射受力情况复杂、助推器不可重复使用，并且由于其自身的热发射特性易暴露视野，主要适用于发射大中型无人机，如我国的ASN-209、俄罗斯La-17靶机、美国“石鸡”无人机等[2,3]。

无人机火箭助推实拍（图片来源：中新网）

   无人机的滑跑起飞主要是指无人机在自身发动机推动下，通过一段跑道完成缓慢加速。重型高速无人机的发展使得对滑跑距离的需求增加，因此为了在较短距离内完成离舰起飞，又衍生出了另一种起飞方式，滑跃起飞。即在原跑道的设定基础上，于舰艏增设倾角12°～14°的斜角甲板，为无人机提供起飞迎角及垂直方向上的分速度。

   滑跑/跃起飞加速过程相对缓慢，可减小无人机过载，提高无人机使用寿命。但是对场地有一定要求，机动性差，其中滑跃起飞依赖无人机本身的推重比，对无人机机型有所限制。并且对于航母而言，采用该起飞方式会限制舰载机停放数量，降低航母作战能力。但对于大型或超大型无人机系统，适合采用此类发射方式。如美国的“捕食者”、以色列的“苍鹭”等无人机均采用滑跑起飞[4]。

无人机滑跑起飞（图片来源：央视网）

   垂直起飞一般对应着垂直降落，因此将适用于此类起飞方式的无人机称为垂直起降无人机，可简称为VTOL无人机。VTOL无人机综合了直升机和普通飞机的优势，能够在不需要跑道的情况下实现零初速起飞和降落，飞行效率更高，飞行时间更长。但在飞行的最关键阶段(起飞、降落及悬停)，无人机对风力条件非常敏感，即使是轻微的侧风和阵风也能显著改变无人机的姿态和位置，增加故障风险[5]。主要适用于中小型无人机的发射，如美国的754型无人机、俄罗斯的无风-3隐身无人机。

无人机垂直起飞（图片来源：我爱无人机网）

   此外，还有一种介于滑跑与垂直起飞之间的发射方式，为短距起降（STOL）方式。该方式不需要典型的铺砌跑道及基础设施配置，可以在较小的场地快速着陆或起飞，适用于大中型无人机，如美国通用原子航空公司在2021年底推出的Mojave无人机，就采用此类发射方式。但其推进手段的实施仍是一个难点[6]。

Mojave无人机（图片来源：美国通用原子航空公司官网）

   下篇我们将针对4种他力发射方式的基本原理、优劣势以及适用机型进行简单介绍。你们对此有哪些观点呢？欢迎在后台留言栏中分享交流~

 

参考文献

[1]叶帅辰,姚晓先.无人机自力起飞方式研究[J].火力与指挥控制,2019,44(04):6-11.

[2]郑浩.无人机零长发射影响因素分析及控制律设计[J/OL].飞行力学, 2023:1-7.[3]D. Rohini, C. Sasikumar, P. Samiyappan, et al.

[3]Design & analysis of solid rocket using open rocket software[J]. Materials Today: Proceedings, 2022, 64(01): 425-430.

[4]王永庆.固定翼舰载战斗机关键技术与未来发展[J]. 航空学报, 2021,42(08):21-34.

[5]D. Aláez, X. Olaz, M. Prieto, et al. VTOL UAV digital twin for take-off, hovering and landing in different wind conditions[J]. Simulation Modelling Practice and Theory, 2023, 123.

[6]Yuqi Zhang, Jinglei Xu, Ruifeng Pan, et al. Numerical investigation of short takeoff and landing exhaust system using bypass dual throat nozzle[J]. Aerospace Science and Technology, 2023.

 

供稿｜刘夏

责编｜郑雯洁

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