段兴旺 段文良 张 敏 陈雪冰

（中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333000）

0 前言

无人机(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。 机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。 近年来随着复合材料、动力系统、传感器、尤其是飞行控制等技术的飞速发展， 无人机性能不断提高。 根据飞行平台构型的不同， 无人机可以分为固定翼无人机、无人直升机、多旋翼无人机等。 作为无人机体系中的重要分支——无人直升机，因其结构紧凑、转场灵活、空中悬停、垂直起降、低空低速性能、机动性和安全性高等特点， 已经形成了覆盖靶标、 情报侦察、战场监视、通信中继、目标指示、引导与摧毁、电子干扰与对抗、 灾害灾情调查、 气象探测、 国土资源调查、地理信息测绘、电力巡线和输油管线巡线等军、民用任务等领域的产品体系。

1 无人直升机加装研究意义

为提高直升机执行任务的能力， 在直升机的基础上加装光电吊舱系统、 无线图传设备、 机载综合控制处理设备与专用电源、 航空搜索灯、 空中广播与警告设备、索降装置等，用于执行巡逻监控、追踪搜捕、搜索救援、抢险救灾、反恐处突、交通疏导、禁毒铲毒、大型活动安保、警力运输及装备物资等任务。

直升机加装任务设备后主要工作内容：

（1）正常巡逻。 对日常区域进行巡查、记录巡查视频和数据信息等。

（2）执法取证。 对集会、聚众闹事、违法活动、违法建筑、违法施工等进行空中360°立体监控拍摄，看得远、看得见、看得清，全程记录，为后期提供有力的证据。

（3）定位搜救。 自然灾害和人员伤害时，对受灾地点精确定位和灾害情况进行评估， 并将现场情况实时传输至指挥大厅，为后期的救援工作提供信息保障。

（4）高速巡查。 对高速公路车辆监控、交通管制、抓拍违法车辆、 实时拍摄违法目标违法人、 违规车辆自动检出、实时位置推送等功能。

（5）快速营救。 利用索降设备，可以在直升机无法降落的警情处置地点对任务处置人员进行投放， 同时可以在地面交通工具无法快速到达的情况下， 实施快速营救。

（6）定点监控。 对违法车辆和个人，可以进行目标跟踪， 同时在天气情况受限的情况下可以红外观察跟踪，实现全天候的监控。

（7）反恐防暴。 对违法分子进行搜索、监视，对现场情况和事态发展进行连续拍摄， 并实时记录传输；对违法分子进行全天候的搜索、跟踪。

（8） 应急突发事件。 突发事件时， 可迅速到达现场， 并将现场情况实时传输至指挥大厅， 为后续决策提供现场信息。

2 无人直升机加装发展现状

随着航空技术的飞速发展， 越来越多的机载设备运用到实际飞行中， 而且设备也越来越复杂。 以机载电子设备为例， 二次大战期间战斗机的无线电设备只有两种；60 年代发展到十多种甚至几十种。 以美国轰炸机为例，40 年代机载无线电设备的元件只1000 多个，50 年 代 发 展 到20000 多 个，60 年 代 增 至90000 多个。 相应的为了满足各项任务要求， 直升机加装的设备也不断增多， 下面列举了国内外加装之后的无人直升机。

Ka-137 是俄罗斯卡莫夫直升机科学技术联合体研制的一种多用途无人直升机。 Ka-137 可携带最大80kg 的有效载荷,主要用于生态监测、油气管道监测、森林防火、辐射和生化侦察、自然灾害监测、公安边防巡逻、渔场保护等。 K-137 与Ka-37 一样也采用共轴双旋翼结构,但它的外形尺寸比Ka-37 小,机体形状为球形,并采用四腿起落架。 Ka-137 的机体分成上下两个独立的部分， 上半部分装载发动机、 燃油及控制系统;下半部分放置有效载荷和各种传感器。 该机装有一套自动飞行的数字控制系统, 机载惯性卫星导航系统确保它能够完成许多复杂的自动飞行任务。 Ka-137 的特点如下:可完全自主飞行;可舰船操作;机体防腐蚀;电磁屏蔽;可装载电视摄像机和红外摄像机、便携式雷达和无线电发射机;可重组多任务传感器;卫星导航:数字自动驾驶仪;自动导航在60m 的精度之内;可防高强度辐射。

YAMAHARMAX 系列民用无人直升机是日本农林作业的主力军，该机被誉为“空中机器人”植保作业效率为7 ～10hm2/h，主要用于播种、耕作、施肥、喷洒农药、病虫害防治等作业。 RMAX 无人机产于1997 年，，迄今为止已经执行了200 万个小时的飞行任务。 据2014 年的统计，该无人机在日本每年的作业面积达到240 万英亩（约合1457 万亩）

总参六十所WZ-5 型无人直升机WZ-5 型无人直升机作为一种通用无人机直升机平台， 具有三维测控、自主起降、定点悬停、在线任务规划和多机编队飞行等功能， 具有续航时间长、 飞行升限高、 巡航速度大、任务荷载能力强等优良性能，可满足通讯中继、情报侦察、测绘导航、目标指示、炮兵校射和空地对抗训练等军事任务需求，也可用于=地址勘探、森林防火、农业病虫害防治、店里架线巡线、危险空域采样、环境监测、交通管制、航拍航摄等民用领域。

U8 由中航工业直升机所自主研制主要用途是在在民用领域应用广泛，可用于反恐防暴、缉私缉毒、海事侦察、搜索救援、警务执法、交通疏导、空中指挥、农业作业、大气监测、森林防火、电力传输线路监测等领域。

3 无人直升机加装案例

无人直升机加装任务系统包括光电吊舱系统、无线图传设备、 机载综合控制处理与专用电源设备、航空搜索灯、空中广播与警告设备、索降装置等组成。

光电吊舱可提供高清可见光视频和红外视频，并将视频信息通过无线通讯和图传设备传送至地面监控终端，供地面指挥人员进行观察和现场决策。

图1 工作原理示意图

航空搜索灯是一种功率大、发光强度高、照射范围广的专业照明灯具， 它是为中、 小型直升机研制的一种舱外照明灯具， 主要用于直升机在夜间执行任务时对陆地和海面的搜救工作提供大功率照明。

空中广播警报器是应用于直升机在空中对地面人员喊话或播放告警音的音频系统。

索降装置用于直升机达到任务区上空悬停时，将人员安全、快速的降落至地面。

机载合控制处理设备与专用电源提供机载加装任务设备的数据信息交互， 实时输出载机平台导航定位与三轴姿态信息， 数据记录， 提供机载加装任务设备的供电。

4 结束语

无人直升机可从简易机场、野外场地、舰船甲板起飞降落， 携带多种任务设备直升机可针对特定地面及海域的固定和活动目标实施全天时的航拍、 侦察、监视和地面毁伤效果评估等。 直升机可完成森林防火监察、电力系统高压巡线、海岸船舶监控、海上及山地搜救等任务。 但是加装任务设备并没有那幺简单， 首先是电磁兼容问题， 然后是安全稳定性测试， 目前只是能够使用， 加装之后的无人直升机故障率直线上升，需要不断的研究方可完成上述任务。