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盤點多介質無人機

传感器  |  2019-10-18  |  来源:十堰物联网云平台

物联中国

日期: 11:08:51来源:物联中国 点击:510次 核心提示:除了在空中领域的运用,各个公司也在探索无人机在另一个领域的发展:海洋深处当Open ROV公司团队的无人机设计发展了5年后,他们推出开源方案无人机供消费者娱乐 一、系留水下潜航无人机

这是较成熟的模式,一般水面有作业母船,水下潜航无人机由母船释放,母船与潜航无人机通过系留缆连接,系留缆输送电力和传输数据信号

Trident开源水下无人机

除了在空中领域的运用,各个公司也在探索无人机在另一个领域的发展:海洋深处当Open ROV公司团队的无人机设计发展了5年后,他们推出开源方案无人机供消费者文娱Trident水下无人机的出世可以为有这种爱好的新兴玩家提供简单方便的应用与操作

Trident水下无人机拥有最深下潜100米的能力,也就是说可承受住10个大气压的压强由于无线信号并不能在水中传播,因此Trident并不能像以往的无人飞机一样采用无线操控,而是需要借助电线的帮助来与地面进行影像和探测数据的传输,电缆预置长度为25米,若然想潜到更深的地方,便需要选购更长的电缆产品众筹价需799美元(约合5089元)

Trident的长相类似于一个长方形盒子,以防止在水下碰撞到障碍物,盒子周围包裹了一层橡胶材料,增强了其自身的抗撞击能力机身尾部装有一组螺旋桨推进器来负责水平方向上的移动,机身中部则装有1个螺旋桨推进器来负责竖直方向上的升降据悉Trident在水下最高时速可达到7.2km/h,凭借这个速度Trident可快速搜索和锁定水下目标考虑到水下昏暗光线不足,因此设计团队还分别在机头两侧内嵌了LED灯组,为水下航拍提供充足的照明

Trident内置电池的续航能力到达了 小时,这比一般的无人飞机续航能力要高不少不过惋惜的是由于水流的波动,它并不能像普通无人飞机一般在指定位置停留,而是会来回浮动,因此不能提供稳定的影象,如想拍摄更稳定的影像,则需在水底找适合地方停泊

Fathom One水下摄影无人机

FathomOne是一个低成本的水下无人机,合适想探寻水下世界又不想湿身的人们Fathom One可在150米(492英尺)深的水中工作,最大推进速度可达5km/h( .4mph)以上Fathom One可用于远程摄录,但潜水员也可以带着它下水

Fathom One采取了模块化设计,能够轻松拆装,便于旅行携带或往后升级

前置双高强度LED照明灯

2、两栖无人机

光在空中飞不行,必要的时候钻到水下或水面才能完成任务

波音公司专利两栖无人机可变潜艇

飞机制造商波音公司拟研制一款两栖无人机,有关设计已获美国当局批出专利这款无人机的独特之处,在于能潜入水中,可协助运送物质到潜艇,犹如 变形金刚 波音公司于201 年向美国专利商标局申请专利,两栖无人机可用于水底侦测或运送物资到潜艇

依照描述,无人机可从航母起飞,飞近目标后便可潜入水中,尾翼、稳定器及其中一组螺旋桨能脱离机身,方便于水底潜行专利显示,无人机将设有爆炸螺栓或使用可溶于盐水的胶水,令这些组件易于从机身分离

无人机在水底依托一个浮箱控制潜水深度,另一组螺旋桨则使无人机可像其他机械潜艇般航行当无人机浮出水面后,还可向控制中心传输数据专利文件并无详述无人机使用哪类型引擎或燃料,也没有消息显示波音正进行测试,估计仍处于构思阶段

Flimmer反潜无人机

美国海军认为鸭子是用于追捕潜艇的优秀模式,该物种能飞能游乃至能够进行潜水,通过统一专业的培训能够用于追捕潜艇而问题是,鸭子无法到达潜艇所到的深度,为此美国海军研发了代号为WANDA的无人机,除了能够在空中飞行以外还能潜入水中来追踪潜艇

这种新类型的无人机称之为Flimmer,拥有同无人机类似的翼展,但同时机翼上的鱼鳍状造型能够在水下运动在空中,这款Flimmer飞行速度能够到达57mph,而在水下能够达到11mpg,美国海军核潜艇在水下的巡航能力最高可以达到 0mph

Quan H2o

HexH2o,它能够拍摄水上运动的录相,专为跟拍水上摩托和快艇量身定做HexH2o的主体由覆盖防水层的环氧基树脂构成,比起它的上一代产品改进了很多拥有5台马达加螺旋桨的强大配置,即使有一边支架失灵,依然能够保持无人机的顺利飞行,内置的散热风扇和外置的散热片让机身温度保持在正常水平

QuanH2o出品的这款HexH2o便能够和GoPro完美适配,让摄像机如虎添翼,不管是水下画面或是空中俯拍都能轻松操控

HexH2o的配置也很高端:它使用了国内无人机厂商DJI大疆公司公司出品的ZenmuseH - D,和他们家的电机和机架,由NazaV2飞行系统控制,两块6500毫安锂电池就能够续航25分钟

Splash Drone

plashDrone采用完全防水设计,可停留在水面上除了专业跟拍功能以外,还提供了紧急救援呼唤功能

SplashDrone无人机提供了两种不同的版本,首先是支持手动控制的版本,而另外一个版本则可以通过内置的系统和传感器实现自动追踪拍摄用户除了可以通过App提前设定SplashDrone的飞行路线以外,还可以启动 跟随 模式,这样它就会自动跟在使用者的身后拍摄划水画面另外,SplashDrone无人机可以自动返回出发点,就算距离太远也可以直接落在水面上,完全防水的设计根本不用担心出现意外

Splash Drone的众筹价格为295美元(约合人民币1845元)

Naviator

Naviator 无人机的开发者是罗格斯大学机械与航空工程系教授贾维尔 迪兹(JavierDiez),他在多位研究生和本科生的帮助下,历时多年提出了这一概念

2015年早些时候,迪兹向美国海军研究机构官员演示了 Naviator 无人机设计,随后便取得了他们的资助虽然这一概念使人不由想起那些能上天入地的动物的技能,这种无人机同时精通飞行和潜水两种任务,简直疏忽大自然的规律

迪兹说, 水禽的飞行能力依然强于游泳能力,而飞鱼的游泳能力依然强于飞行能力我们的设备则同时擅长这两种技能从某种意义上讲,我们是在挑战自然规律,而不是遵从原有的自然法则 这种无人机在许多情况下可以助海军以一臂之力它既可以在水下和水面展开搜索,还可以帮助寻找失踪的游泳者和水手

Naviator 可以被用于检查失事船只现场,以及桥梁、码头、船体、钻井平台等水下结构这款无人机最重要的用途可能是探测水雷水雷可能是海军面临的最大问题,海军必须绘制出水雷所在位置的地图,如今在这个方面存在着大量毛病判断无人机也许是快速调查这些潜在威逼的更好技术

三、无人机水中潜伏体系

未来的水下作战不应当是以平台为中心(platform-centric),而应当以领域为中心(domain-centric)最终目的是在水下作战环境中拥有强大的感知能力、指挥和控制以及决策能力为了实现这一目标,水下作战不应只依赖潜艇,而是通过各式各样的无人系统来获得感知能力

水下隐藏豆荚系统

无人机能够在海底蛰伏数月,在起飞参与战斗前都停留在特殊的 豆荚 内

美国国防部官员发布了建造能供水下无人机一次性停留数年的 豆荚 的计划若威胁近在咫尺,这些 豆荚 能被远程启动,浮上水面并释放出无人机当出现电子通讯拥挤时,可以充当通讯工具;有需要时能浮上水面,或在海中发射监察无人机

豆荚 计划目的在于通过提早部署设备,在需要时能够及时调度分布式无人操控系统,并希望未来能在我们选择的时间手动触发该计划被称为 浮沉载荷计划 (UFP),由于这些 豆荚 能够浮上水面并释放负载,或许将能够替代一些目前由潜水艇所承担的任务,通常这些任务由潜水艇来执行都花费不菲这些深海节点在需要时能远程启动,并至召回水面,换句话说,它们能沉浮DARPA认为地球上约50%的海洋都不止4000米深,使得这些无人机有大量的空间以供隐匿与存储

DARPA官员StevenWalker表示,出其不意的接近目标,无延时调度分布式系统,这些都是UFP系统的关键功能目前该计划署正计划重新研发新型军事系统,使其更经济、更灵敏DARPA目前使用的一些系统已是世界上最先进的系统,但它们过于复杂,且花费昂贵水下无人机计划依然还面临许多技术性困难,包括如何触发发射系统,如何使其浮上水面,和在深海如何保证超过一年的能量供应

美海军大力打造 海底星座

两栖无人机既可以上天,又可以入水,能够发现并攻击敌方潜艇,能够藏在大洋底部的 胶囊 中进行长期休眠,可在必要时从海底发射升空的无人机

美海军水下作战中心主任理查德指出,攻击型潜艇是美国海军最大的非对称作战优势目前美海军正在推进多项武器计划,以增加攻击型潜艇的打击范围美海军如今将使用 非动能效果 作为一项重要任务为了使美国海军的作战指挥官能够更好地在 介于和平和全面战争式的冲突之间的灰色地带 环境中指挥部队,美军的潜艇将不但投送武器,还将携带各种无人潜航器和无人机,来扩大自己的海上控制范围为此,美海军正在提出新的水下作战概念按照设想,美海军未来将配备更多的无人设备这些设备不只是通过潜艇投放,也可以通过水面战舰、码头等发射它们既包括无人潜航器,也包括无人机等各种样式将构成一个由大量节点构成的庞大 海底星座

鸬鹚潜射无人机

在海洋上空,有一种与盘踞在险石峭壁上的秃鹰相类似的 杀手 ,它就是潜射无人机近期,美国海军加速了潜射无人机的实验计划未来潜射无人机将可以从核潜艇的鱼雷发射管中直接发射升空,实时侦察水上和空中情报信息并完成一定作战任务作为未来空海两栖作战的 秃鹰 ,潜射无人机是潜艇掌握制空权打赢空海一体战的利器,不仅可以作为潜艇的 天眼 ,而且势必会对未来海军作战模式产生巨大影响

由于潜射无人机可以用于情报侦察、电磁干扰、目标打击等作战任务,极大提升了潜艇的水下作战性能,因此具有重要的应用前景任务完成后,潜射无人机还可以由潜艇或地面人员进行回收或自毁,是未来海战中掌握空海两栖控制权的 增能器 ,因而近10年来得到了飞速发展

美国海军自上个世纪90年代开始潜射无人机的研制工作,主要目标是研制可以进行侦察预警、空中打击、辅助潜艇作战的无人机装备早在1996年,美军就成功实现了 芝加哥 号攻击型核潜艇对 捕食者 无人机的远程控制功能,并成功得到了 捕食者 回传的图像信息虽然 捕食者 不是由潜艇通过水下发射,但这次实验为潜艇控制无人机并与无人机配合作战铺平了道路

进入21世纪以来,潜射无人机的发展走上快车道200 年,美国国防部先进研究项目局开展 潜射与回收多功能无人机(MPUAV) 计划,并由洛克希德 马丁公司成功研制出 鸬鹚 潜射无人机这类无人机重达4吨,续航能力可以到达 个小时,航程900海里 鸬鹚 潜射无人机可由 俄亥俄 级巡航导弹核潜艇通过导弹发射筒贮存、发射和回收2006年,美军成功完成 鸬鹚 潜射无人机的溅落与回收全过程验证试验在实际作战行动中,1艘潜艇可以携带多架 鸬鹚 无人机系统,发射升空后可以采取编组作战方式 鸬鹚 潜射无人机有效载荷到达452千克,有效作战半径741 927公里,可以为潜艇构建庞大的空中侦察与火力打击圈,从而对未来空海两栖作战产生重大影响

除了 鸬鹚 潜射无人机之外,目前美国海军比较成熟的潜射无人机系统还包括 海上哨兵 潜射无人机、 弹簧刀 潜射无人机系统等随着美国潜射无人机的日渐成熟,其他国家也纷纷看好潜射无人机未来前景,相继开展了一系列理论和试验工作

技术复杂成为大规模运用限制因素:

目前限制潜射无人机发展的主要问题在于其整体系统运作复杂潜艇在水下发射无人机涉及到电子技术、流体力学、空气动力学等多门学科,是一项复杂的系统工程无人机从水下发射,要经过海水和空气两种不同介质,环境差异极大,对无人机的材料和结构性能提出了较高要求由于海洋环境的不稳定性,发射进程中潜艇的深度、航速都会对无人机产生巨大影响,要求全部系统有较强的控制能力和状态感知能力

无人机的发射装置主要包括干式发射和湿式发射两种类型,干式发射依托运载器将无人机从潜艇运至水面后再发射,湿式发射是指无人机的发射进程也在水下进行例如 鸬鹚 潜射无人机采用的就是湿式发射方式,无人机从三叉戟弹道导弹发射筒弹出后,在接近水面时启动助推器,完成无人机的发射工作而要想把潜射无人机放入潜艇中,就必须缩小无人机的体积目前常用的是将机翼或尾翼进行折叠,便于箱式存贮和发射

潜射无人机面临的另一个难题是如何实现潜艇水下回收目前的潜射无人机系统都需要配备回收伞装置和控制机构,并要加装漂浮在水面上的漂浮系统 鸬鹚 潜射无人机降落时,需要由潜艇设备的遥控潜航器利用声呐进行查找无人机目标找到后,还需要遥控潜航器将缆绳系到装置上,再像回收风筝一样将潜射无人机回收到艇内目前这些复杂的技术问题成为无人潜航器大规模应用发展的最大制约因素

带来海上作战模式新变革:

潜射无人机平台体积小、隐身性能好,并且具有较远的航程,可以有效提高潜艇的海上侦察能力和与反潜气力对抗的实力,因此具有重大运用前景,极有可能催生未来 潜艇革命

潜射无人机可以使用光学仪器和雷达进行空中侦察,提供目标参数和火力打击,配合潜艇更好地掌握水上和水下的控制权信息化战场将是包括岸、海、空、潜多维一体的统一络,潜射无人机具备远程和高精度的探测打击能力,具有更强的作战能力和更远的作战范围潜射无人机的应用可以有效提高潜艇的侦察、通信和电子对抗能力,是潜艇水下作战的重要辅助和能力拓展

目前美军研制的潜射无人机试验性还比较强,真正实现实战化仍有不小差距但随着技术发展,未来潜射无人机可以通过加装卫星导航定位系统,升级换代数据链系统,提高传感探测的精度和火力打击的有效载荷,从而大幅度提高作战性能可以预见,一种以潜艇控制水下,潜射无人机控制水面和空中的空海两栖作战气力即将形成

鲣鸟无人机

该机在原理上与美军鸬鹚海空两栖无人机类似,这款飞行器能够跨介质航行,飞机能在天上飞,又能像潜艇一样在水底游,其设计理念是自相矛盾的,这样的飞行器在国外也仅仅处于探索阶段,比如飞行潜艇或潜水飞机,团队终究从鲣鸟捕鱼的进程中获得灵感,其姿态不仅优美,付诸实践后其性能确切使人叹为观止,因为同传统的空海转换设计理念不同, 鲣鸟 无人机是可以直接从空中扎到海里去的,而且我们 鲣鸟 还可以直接从水中垂直起飞至空中,这样的设计理念在国际上也属首创

鲣鸟遍及于世界各个海域,其捕食方式非常特别,它们在空中飞翔时能一下子收缩翅膀,迅速且笔直地冲进水里捕鱼梁建宏指导下的 巡天 队里有仿生力学方面的人才,也有机器人控制、飞行器设计和材料学各专业的学生,他们的专业知识最终将鲣鸟的捕食特性成功复制到了飞机的身上在设计上非常困难,这样的航空器在某些环节上是 满拧 的,比如撞击水面需要一定强度的材料,而飞行又要求结构很轻;再比如机翼密封才能飞行,但密封结构又无法沉水,因此就必须在设计上找平衡、想办法

黑翼(Black wing)潜射微型无人机

美国海军将在潜艇上部署一款名为 黑翼 的微型无人机该机未来既可执行侦察任务,也可以携带武器对敌实行打击,是一款专门被设计用于应对反进入/区域拒止作战的利器

美军潜艇将配 黑翼

据美国《国防》杂志、 海军学会 等站报道,美国海军目前正在推进一项计划,从潜艇和水下无人潜航器发射小型无人机,从而进一步发展美军的自动化武器系统报道称,美国海军和美军特种作战司令部最少在十年前便已开始测试潜射无人机201 年12月5日,美海军首次实现从潜艇上发射小型无人机此次实验的成功预示着美军潜艇部队和特种作战部队将具有一种革命性的新型ISR能力

在此次实验中,美国海军在 洛杉矶 级攻击核潜艇普罗维登斯号上的 战斧 巡航导弹发射筒内部安装名为 海洋罗宾 的无人机发射系统,成功从潜艇上发射了 试验性燃料电池无人空中系统 (XFCUAS)无人机在发射进程中,全部 海洋罗宾 的无人机发射系统通过发射筒被发射至水面,在接到潜艇的指令后,再发射无人机

不过,在对多款无人机进行实验后,美国海军终究选择了由总部位于加利福尼亚州的航宇环境公司(AeroVironment)生产的 黑翼 (Blackwing)潜射微型无人机该公司于5月16日宣布,美海军将开始在潜艇和水下无人潜航器上部署该无人机

航宇环境公司是美国著名的无人机制造商,多年来为美军步兵部队提供了多款明星设备,包括 大乌鸦 、 大黄蜂 、 美洲豹 、 弹簧刀 等小型或微型无人机据该公司官方介绍, 黑翼 无人机可以从攻击型潜艇、导弹潜艇、水下无人潜航器等全潜式水下平台发射该无人机除配备潜艇等水下平台外,也可以配备各种水面舰船和地面移动车辆,或由这些平台发射,为美军部队提供快速反应侦察能力

黑翼 无人机为美军地面部队生产的 弹簧刀 微型无人机的衍生品2006年,航宇环境公司以 弹簧刀 无人机的设计技术为基础,开始研发 黑翼 无人机 弹簧刀 微型无人机是一款颇受美军欢迎的明星设备该机依托电池提供动力,配备监视摄像头和小型弹头在找到目标后,该机可以折叠起机翼,像导弹一样撞向目标,在撞击时引爆自身携带的弹头

201 年, 黑翼 无人机进入技术验证阶段,取得美国海军和美军特种作战司令部资助项目被命名为 潜艇无人系统增益型应对移动目标先进武器 ,于2015年9月完成

针对反进入/区域拒止作战

美国海军已在2017财年预算中提出资金申请,计划购买150架 黑翼 无人机,但美海军官方还没有披露在潜艇上部署 黑翼 无人机的具体时间据美海军介绍, 黑翼 无人机配备潜艇后,将能够与潜艇和作战控制系统进行通信,完全实现艇机一体化该机升空后,可以同潜艇进行通讯,并通过Link16数据链向飞机提供目标信息

另外, 黑翼 无人机还可以配备武器,为在靠近敌方海岸的潜艇提供额外的保护由于该项目是由美海军和美军特种作战司令部共同出资,因此该机也可以为美军特种部队提供情报、监视和侦察(ISR)服务依照假想,基本款的 黑翼 无人机主要履行的是ISR任务,但如有需要,也可以提供通讯中继服务,并在超视距打击中用于第三方目标指示

《国防》杂志指出, 黑翼 无人机虽小,但却拥有先进的电子设备,包括光电和红外传感器、选效干扰反欺模组GPS、加密数字化数据链通常情况下,这些设备是配备在远远大很多的导弹上的

当前,美军认为,美国的对手正在加大力度发展反进入/区域拒止武器,以限制美军的行动自由和打击远距离目标的能力,并阻挠其取得空中、太空和海上优势尤其是中国的反进入/区域拒止武器,更是遭到了五角大楼的特别关注

像 黑翼 无人机这样的自动化武器系统,既可以为舰队提供耳目,也可以被用作杀伤性武器,被视为美军在防卫周密的水域和沿海环境中实行作战的战略的核心

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