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西科斯基开路之作,赛飞无人机

时间:2022-08-26 18:03:52 | 浏览:6285

▲装配有传感器悬舱的西科斯基赛飞(Cypher)无人机模型起点——DARPA的一份“小合同”1986年7月份,美国国防先进项目研究局(DARPA。Defense Advanced Projects Research Agency)找到了西科。

▲装配有传感器悬舱的西科斯基赛飞(Cypher)无人机模型

起点——DARPA的一份“小合同”

1986年7月份,美国国防先进项目研究局(DARPA;Defense Advanced Projects Research Agency)找到了西科斯基公司,一番磋商之后,双方签署了一份“小合同”,经费不多,仅仅只是小型预研项目的规模,美国航空宇航局,也就是NASA(National Aeronautics and Space Administration),作为提供经费的中间方管理这个小项目,该项目的目的也很明确:探索非常规构型的旋翼类无人机的可行性。

虽然是小合同,西科斯基公司却仍然分出了一支颇具实力和行动力的团队去推进此项预研工作。到1987年3月份,西科斯基公司也终于交出了第一份答卷:他们开发了一种涵道式共轴双旋翼复合构型的无人旋翼飞行器,这种设计一方面能够确保无人机具备高安全性,同时也能保持其在垂直起降方面的灵活作业能力。

▲西科斯基公司早期的涵道双旋翼无人机概念专利图

作为DARPA每年都会启动的一大堆小型预研项目之一,该研究局虽然对该项目有一定的兴趣,但是并没有持续投入大量的资金推进它。但是西科斯基公司却认为这种新构型的无人机潜力巨大,所以他们启动了联合飞机公司的内部经费融资来进一步推进这种新构型无人机的缩比模型测试工作,以此来降低技术迈进的风险,并在进行了足够的模型测试之后,正式启动了概念原型机的设计和制造工作。

▲赛飞无人机的多种操纵模式概念图

1988年7月13日,涵道式共轴无人机原型机正式启动试飞工作。这架原型机本身只是一架低成本的简化设计飞行器,但也足够西科斯基公司针对这种新构型无人机的旋翼/机身构型、生产制造、后勤和一些无人旋翼机的关键操作等方面的效能进行评估。

从概念原型到真家伙——赛飞无人机的诞生

赛飞的概念验证原型机被称为POC(Proof of Concept),该机的总体构型就是在一套圆环形涵道机身中央设计了一套共轴双旋翼系统。这种圆环形的涵道能够提升当时旋翼类无人机常被诟病的操作安全性问题,同时,涵道的存在也阻止了旋翼的桨尖三维流动效应,能够部分增加整体升力和降低噪音。

▲赛飞无人机内部结构线图

POC型赛飞的总的直径为1.75米,高度为55公分,重量仅20公斤。如上文所述,该机在1988年7月13日完成了首次试飞。其所采用的发动机为一台四冲程的出轴马力为2.85千瓦的发动机,其旋翼采用了两套3桨叶的施吕特尔旋翼,其直径为5英尺(1.524米)。

该型无人机的控制系统其实就是从现成的遥控模型无人机上面直接拿过来改造一番直接用的,所以其无线电遥控器也是现成的。通过无线电传输,赛飞-POC就能够接收到操作员的指令信号,无线电信号转为电信号之后就能驱动位于旋翼下方的伺服机构,然后对旋翼实现操纵。除了无线电信号之外,赛飞-POC的控制系统还会混合接收来自位于该机滚转、俯仰轴上的速度陀螺仪的数据,速度陀螺仪的存在能够改进赛飞-POC的速度稳定性。

▲赛飞-POC概念验证原型机

赛飞-POC作为 一架概念验证机,固然存在不少问题,但是西科斯基公司的设计师们发现该机在悬停状态下,能够实现任意自由度的操纵控制。不过受限于发动机的性能,该机并不能实现预期的前飞测试,于是设计师们只能采用一个折中的办法——让一辆平板卡车拖着赛飞-POC在跑道上来回跑——以此来观测该机的水平飞行数据。总的来说,尽管由于发动机的限制,该机飞行测试完成度并不高,但是赛飞-POC的概念及其优越性仍然是得到了一定的验证,并获得了西科斯基公司设计师的认可。

赛飞-POC的飞行验证取得的初步成功激励了西科斯基公司的设计师,促使他们趁热打铁推出了赛飞技术验证(Technology Demonstrator)原型机,简称赛飞-TD。该机总重250磅,总直径6.5英尺,由一台出轴功率52马力的旋缸发动机驱动。

▲悬停中的赛飞-TD验证原型机

1992年4月份,赛飞-TD完成了首次系留飞行测试;1993年初,该机完成了真正意义上的首次自由飞行测试。在90年代,西科斯基的设计师们和试飞人员对赛飞-TD进行了长时间的飞行测试和演示验证,该机的总飞行时长达到了550小时,这些珍贵的飞行测试数据最终促成了赛飞的改进版本——赛飞Ⅱ——的诞生。赛飞Ⅱ作为西科斯基公司的“真·赛飞®无人机”参与了美国海军的“垂直起降-无人机”(VT-UAV;Vertical Takeoff-Unmanned Aerial Vehicle)项目的竞赛。

▲赛飞的总体布局方案

最初,赛飞Ⅱ是作为一种无人侦察飞行器而被开发的,其研制目的是为战术指挥官在高风险、高对抗性的战场环境下提供关键目标的实时跟踪和定位信息。随着赛飞无人机机载系统的成熟,该机逐渐发展成为一个多用途的综合任务平台,能够执行各种军事和非军事任务,比如说远程哨兵、地下探测或者有限载荷运载系统。总的来说,赛飞可以在机体上方的悬臂上安装传感器及其他任务载荷,或者也可以运输重达23公斤的货物。

西科斯基公司给赛飞Ⅱ起了个相当炫酷的绰号“龙骑士”(Dragon Warrior),最后被美国海军陆战队选中来评估“无人机辅助超视距目标打击”能力。西科斯基收到了546万美元的初期经费合同,需要按照要求向美国海军陆战队交付两架原型机和四套地面工作站,该合同还有一个额外的价值376万美元的附加