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南京学子造出“航母”专用无人机“海星五号”

2011年10月03日07:33扬子晚报[微博]张可我要评论(0)
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南京学子造出“航母”专用无人机“海星五号”

“海星五号”外形很像美国军用无人侦察机“影子200”。张可 摄

在空中盘旋了两圈后,“海星五号”无人机对准甲板,渐渐降低高度。起落架触地后,被第三道阻拦索钩住,成功地在“航空母舰”上降落。不过这只是一场比赛。在刚刚结束的首届“中航工业杯——国际无人飞行器创新大奖赛”上,来自南京理工大学的无人机航模“海星五号”顺利地完成了飞行动作,并在模型航母上成功降落,攻克了舰载无人机定点着陆的技术难题,在全国150支参赛队伍中获得了二等奖,在江苏参赛高校中排名第一。昨天,在南理工记者见到了“海星五号”。

定点降落:时速70公里还要钩住绳索

“海星五号”机身长2.65米,翼展为3.01米,高度达0.864米,全重16.8千克。这架无人机航模机身采用海军灰色,机翼后部镂空,螺旋桨置于机身后部,同时在螺旋桨的下方伸出一根挂钩,用于钩住甲板上的阻拦索以完成着陆。在外形上,“海星五号”仿制了美国军用无人侦察机“影子200”。研发团队指导老师余劲天告诉记者,在大奖赛中,各队主要比拼的就是无人机能否在模型航母上依靠阻拦索定点降落。

比赛中,“海星五号”按照竞赛要求,在50米的滑跑距离内平稳起飞,时速保持在80公里左右,同时,以良好的姿态绕过了两道限宽门,并在观众面前亮相“通场”。完成了各种规定动作后,“海星五号”开始进入降落程序。“整个过程最难的就是在模型航母上降落。”余劲天说。用于无人机降落的是一座模型航母。这艘“航母”高3米,宽8米,甲板高0.8米,长78.64米,其中降落区域长30米。在降落区域中,每隔4米设置一道阻拦索。

参赛无人机所要做的就是在降落区内钩住阻拦索,完成降落。据介绍,无人机钩住不同阻拦索会得到不同的加分。钩住第二道索得分最高,第三道、第四道、第一道的分数依次降低。

降落时,“海星五号”距地面5米高,时速高达70公里,它不断调整飞行方向和俯冲角度,使得起落架能够落在甲板上。滑行中,“海星五号”尾钩钩住了第三道阻拦索,飞机成功地停在了甲板上。“出于保险的目的,我们选择了第三根阻拦索,而没有冒险尝试第二根。”余劲天说。比赛结束后,“海星五号”参加了飞行表演。

机身下方有双“黑眼睛”精确判断位置

本次比赛一共有150支队伍参加,但最后飞机能够顺利着陆获得成绩的仅有15支队伍。据余劲天老师介绍,“海星五号”之所以能够准确地在甲板上定点着陆,主要依靠团队所采用的四大导航设备:飞机自动驾驶仪;分差全球定位系统、红外热成像系统以及超声波距离传感器。

飞机自动驾驶仪是自动稳定和控制飞机姿态运动的装置,在航空模型爱好者口中,它被称为“飞控”。在“海星五号”上,“飞控”位于机身的中部,与其它导航设备配合完成规定的飞行任务。对于无人飞行器,“飞控”就像是电脑上的中央处理器,是整个无人飞行器的大脑。在“飞控”中,还有一双小装置叫“惯性导航系统”,有了它,“海星五号”就能应付复杂多变的气流,在空中保持平稳的姿态。分差全球定位系统,是“海星五号”上重要的导航设备,它能够提供精确坐标,保证无人机能够朝着正确的方向飞行。在“海星五号”机身的下方,还有一双黑色的小眼睛,它是精确度达到厘米级的超声波距离传感器。在关键的降落环节,飞机与地面的距离不足5米,超声波距离传感器开始发挥作用,精确地控制飞机的高度,是“海星五号”准确地抓住第三道阻拦索的关键。

红外热成像仪是由电光专业的博士生徐复元、李超研发并事先安装在“航母”的甲板末端,在这个装置中有一个成像仪,只有无人机处在画面中央时,它的飞行路线才算准确。

以索代网,改变现在的“囧”着陆

舰载机飞行员是世界上最危险的职业之一,因此拥有航空母舰的国家都在致力于研发舰载无人机。余劲天告诉记者,目前国外无人机起降采用的是弹射起飞,撞网回收的方式。与有人驾驶舰载机钩索降落不同,无人机降落的方式特别“窝囊”:地勤人员事先在甲板尾端拉起一面大网,无人机着地后,就会一头扑进网中,依靠网的阻力来降落。停止滑行后,无人机机身就会被阻拦网紧紧缠住,地勤人员往往要花一个多小时才能帮无人机“摆脱纠缠”。

“除了回收麻烦,这种撞网降落还有很多弊端。”余劲天告诉记者,用于帮助飞机降落的阻拦网易损耗,使用三次就要更换。同时,在为无人机减速时,很容易造成无人机上仪器、零件的损坏。日前,美军一架无人驾驶的F/A-18D“大黄蜂”战斗机依靠阻拦索,成功地在航母上降落。而我国的舰载无人机研发还在起步阶段。余劲天向记者透露,我国舰载无人机降落目前采用的也是“撞网着陆”的方法。“比赛中‘海星五号’等无人机的成功着陆将为我国舰载无人机机型的选择,及飞行控制方案提供宝贵的经验和详备的实验数据。”

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