UAV的发展趋向

pfg1group

本贴原本是在军事版贴出来的.
(原文:http://chinese.cari.com.my/myfor ... Ddigest&page=1)
奈何这一种比较技术性的在那里不受欢迎, 所以我把我自己写的部分搬过来这里. 希望希望宇航的朋友能够更热烈加入讨论.


UAV- unmanned aerial(aviation) vehicle, 无人驾驶飞行器
本版着重讨论UAV的发展和未来的走向.

早在70年代, 以色列就已经开始研究使用UAV了. 1982年的北卡山谷, BEKKA VALLEY的战役中. 以色列更把UAV的优点发挥得淋漓尽致.
(关于该场战争: http://chinese.cari.com.my/myfor ... light=%2Bpfg1group)

在战争还未开始前, 就已经用携带电视摄影机UAV, MASTIFF和电子情报装置的SCOUT UAV侦察叙利亚的防空阵地, 让他们的战斗机师更详细知道敌方的防空部署.这一场战役也加强了美国对UAV的研究和信心.

随着时代的演变, 现在的UAV更趋向多样化和多功能. 甚至能够发射反装甲地狱火导弹, 进行长时间空中滞留和观察等等.

我个人觉得, 对于现代的UAV,其设计及飞行性能不如设计一般飞机或是战机一样. 相反的, 对于发展UAV来说, 控制和资讯链是最重要的. 尤其是对于急迫性的打击目标等等.

总体来说, 发展UAV, 电子和软体控制性能比设计性能还要重要.

[ 本帖最后由 pfg1group 于 8-5-2006 10:08 PM 编辑 ]

pfg1group

这是我个人最喜欢的UAV.
以色列研制, 专门用来攻击敌人的雷达阵地, 与HARM的类似功能相同.
中国曾经向以色列购买.
去年, 中国把他们拥有的HARPY UAV送回去以色列进行升级.
结果引起美国抗议. 以色列被迫甚至把中国的UAV 没收.
由美国的态度看来, HARPY UAV的确是有料到的.
美国担心万一爆发战战争, 中国会利用以色列的武器, 美国金钱研制出来的科技来攻打回美国自己.

图片为HARPY攻击一个小型雷达连续图.

pfg1group

不过, 我开始把我现在所作的东西和兴趣渐渐合作起来.
我现在的个人想象, 是能够把UAV作为一个空中试验平台或是阵测平台.
比如说, 在UAV飞越一个空域时, 如何有效进行air sampling. 如何吸取空气中的molecules, into a small scale fluidic device, sampling, sorting, analysing and result.

当然, 是包括民用和军用. 包括在火灾灾区, 例如山林火灾上空侦侧CO2, CO浓度, 在军事当中, 用来做biological warfare 的试验和空中侦察等等.

现在一切还在构想当中. 我还欠缺很多的必须要数据. 比如要如何进行molecules binding, electroflow effect等等.
等有了这些资料, 我会和我老板交呈proposal, 申请funding.
我所知道的是, UCSB和MIT, HARVARD已经开始有关工程了.
所以总体来说, 我们还是比美国慢.

pfg1group

UAV一开始发展的时候, 就是比较倾向于情报侦察. 和当时的科技比起来, 发射卫星是相当昂贵的.而人员和电子侦察和卫星一样, 比较倾向于战略上的情报收集工具.

所以催生了UAV,可以用来做战术侦察工具.
由于一开始就不打算用来做攻击平台或是武器平台,
早期的设计就比较着重于侦测系统和optical devices.
相反的, aerodynamic 还是比较其次.

而且, 所载用的器材, 除了操作上要达到军方要求, 还要用最低的电量需求. 这是最高难度的东西.

另外一个重点, 就是把侦测结果能够在第一时间送回去情报中心, 再指挥战机或是其他攻击平台反应.
可是, 慢慢的,人们发觉, 这样的侦测方式, 对于高机动目标又显得有心无力.
这是因为, 当情报送回去中心, 再进行研判, 阶级成交和其他程序等等, 往往等到攻击平台(武装直升机, 战机)前往到达该地点的时候, 目标已经离开了, 甚至是不知所终.

时间在战争中往往是制胜要点. 所以, 慢慢也就衍生了UAV携带武器以便可以遇到目标即可执行任务.

但是这样也往往拥有其他弱点.
比如如果妥善率不好,所携带的导弹, 或是高科技如果掉入敌境, 就等于高科技产品双手奉上给敌人.
这也是这些国家的顾虑.
其中一个类似的例子就是 在南斯拉夫的内战中.

据传闻, 在当时美国误击中国大使馆的时候,
所用的精确导引导弹, 就有一枚没有爆炸.
而中国就把这枚导弹运回中国了, 美国向他们讨回也不给.
当然, 这个是个传闻, 是真是假, 我们不知道.

pfg1group

所有资料是从HOW STUFF WORKS转贴过来的.

PREDATOR UAV是目前最先进的UAV,

不止拥有SAR雷达和FLIR配备.
能够连结卫星联系系统, 进行全天候执行任务.
最重要的是, PREDATOR还能够携带地狱火-C反坦克导弹.
并成功在内华达州一次试射中命中目标.
PREDATOR曾经在多个战场上上阵过. 包括Kosovo, Bosnia, Iraq等等.

看一看PREDATOR的其他特殊结构, 我们就会明白, 其实UAV的飞行还涉及很多的研究的. 例如: TITANIUM的机翼上其实还有很多肉眼看不到的洞.
高空飞行时ethylene glycol会从这些洞释放出来把冰融化.

另外, 飞机上的电源是3kW和一个后备电池.


在后备支援,一个完整的PREDATOR UAV部队包括4架 PREDATOR UAV,一个地上控制中心,有机师和探测器工程师, 还有另外一个卫星联系系统. 这整个部队只需要82人, 就可以执行24小时, 以控制中心为中心的400海里半径范围.
在一般情况下, 人员和UAV之间的联系是通过C-BAND无线电. 但是如果超过这个频率后, 就会动用KU-BAND,以太空中的卫星为转播点来进行控制.

blackbird

大马政府打算向本地公司买UAV，可是政府附属的CTRM公司的UAV劣于理大（伙伴：System Consultancy Services Sdn Bhd及Dian Kreatif Sdn Bhd）的Mosquito-UAV，并希望我校和CTRM一起合作但是以CTRM名以下。。。

我不是很满意咯。。。

迟下在放相关的资料上来。

pfg1group

原帖由 blackbird 于 10-5-2006 02:15 PM 发表
大马政府打算向本地公司买UAV，可是政府附属的CTRM公司的UAV劣于理大（伙伴：System Consultancy Services Sdn Bhd及Dian Kreatif Sdn Bhd）的Mosquito-UAV，并希望我校和CTRM一起合作但是以CTRM名以下。。。

...

我看到flight global也有报道

http://www.flightglobal.com/Arti ... V+for+Malaysia.html

New UAV for Malaysia
A newly established joint venture company plans to demonstrate a new mini unmanned air vehicle to the Malaysian army in July. Three Malaysian companies – Composite Technology Research Malaysia (CTRM), Ikramatic and Systems Consultancy Services (SCS) – are jointly developing an improved version of CTRM’s Eagle SR2 UAV. A full-scale prototype will be ready to fly in July and will initially be demonstrated to meet an army UAV requirement for battlefield intelligence and assessment, they say.

The new joint venture also plans to market the yet-to-be-named UAV to the Malaysian navy for target identification missions and to potential civilian operators for missions including border and maritime surveillance and fire detection.

A group of about 30 UAV experts from CTRM, Ikramatic and SCS have been working on the project since agreeing late last year to merge their UAV activities to jointly pursue the army’s indigenous requirement. But CTRM chief executive Rosdi Mahmud says the firms are still going through the final processes of formally establishing the joint venture company, currently operating under the unofficial name Malaysian Unmanned Systems. “There will be only one UAV company in Malaysia,” says Rosdi. The new concern will be majority owned by government-controlled CTRM.

Building on the design of CTRM’s Eagle SR2 demonstrator, the new UAV will weigh 100kg (220lb) and be capable of carrying a 25kg payload for up to 2h. Privately owned simulator manufacturer Ikramatic helped the company develop the SR2’s control systems and will perform the same work on the new UAV. SCS will help with payload sensors and flight testing.

SCS engineer Rahimah Khalilur Rahman says the new UAV will incorporate several improvements over the SR2, including a heavier payload and longer endurance, and will “be something closer to army specifications”. She says the army will also be reviewing in July SCS’s 35kg Nyamok UAV – which first flew in 2004 – to determine if there are any features from this vehicle to potentially incorporate in the new design.

pfg1group

chan, 如果你没有看到的话，
上次在军事版的uav我们抱过来这里谈。
不过我会尽量不谈有关军用的了。。
我们可以谈关于technical的多一点。

你如果不介意，cut and paste 你的郭来这里。

我的實驗室是研究 UAV 的. 當然, 我們是跑 low cost 路線, 民用的空照用途, 與軍事無關. 基本上我們是驗證一些控制理論, UAV 的 performance, 我們都不太管的. 但是要讓 UAV 自主飛行就已經是一門大學問了. 其中, 自主飛行控制理論, 資料上下傳, 地面站監控, 空照攝影機地面目標追蹤... 都是我們研究的方向. 所以, UAV 设计及飞行性能不如设计一般飞机或是战机一样, 是有對的地方.

但, 我個人看, 其實這是因情況而定的, 要看 UAV 的 mission. 很多任務是只有 UAV 才能做得到的, 也有些任務是 UAV 沒辦法做到的. 比如說 UAV 沒辦法 dogfight, dogfight 是需要及時判斷的, 我們現在的 artificial intelligence (AI) 比蟑螂還遜, 所以 UAV dogfight, 十年內都不可能見到. 就這樣來說, 現在的 UAV maneuverability 一點都不重要. 而只有 UAV 才做得到的任務呢? 比如說長時間高空飛行. 看看 AeroVironment 做的 Helios, 可以飛到 30公里高, 這是個世界紀錄, 普通飛機不可能飛那麼高. 另外, 太陽能的 UAV 比一般飛機都難設計, 因為它們必須很輕, 而且 L/D 要很高. 不過, UAV 的設計是真的比較省事的, 因為沒有載人, 不需要做一堆認證.

除了很炫, 很出名, 攻打伊拉克的時候出盡風頭的 Predator 和 Global Hawk, 我們還有很可愛的, 科學及民用用途的 Helios, Pathfinder 和 Aerosonde.

一下是我的實驗室網址, 請指教:
http://rpv.iaa.ncku.edu.tw/RMRL.htm

UAV 的 aerodynamic analysis 是著重於 L/D, 在最低的阻力下提供最大的升力. 這樣可以節省燃料, 達到 long endurance 的目標. 而對一般小型而不注重 endurance 的 UAV, 就像一般 RC plane 一樣, aerodynamic 是一點都不重要的. 就連美國正在進行的 UCAV (Unmanned Combat Aerial Vehicle) 計畫, 也不會注重 aerodynamics, 而是注重 stealth (aerodynamic performance 和 stealth 是很難共存的) 和 flight formation, 也就是多台 UAV 如何互相協調, 完成任務. 最根本的原因就是 UAV 沒辦法做很複雜 (highly non-linear) 的飛行動作. 這是收限於現今控制理論的限制. 等到有一天 AI 成熟了(這一天要等很久很久), 那時候就是 UAV 大革命的時候了.

電力的確是一般 UAV 的 concern. 這一點我是絕對同意的, 像我實驗室的 UAV, 每一次去飛, 都帶一堆電池 (dry cell). Wet cell 太重了. 所以有很多航太的教授都跑去做 fuel cell 的研究. Fuel cell 在 UAV 上的運用, Aerovironment 是領先全世界的. 他們甚至用 fuel cell 提供引擎動力.

另一個受注目的問題就是 navigation. 這一方面, Stanford U. 的 GPS Lab. 是領先全世界的. 如何利用 DGPS 達到精準的導航, 甚至估測飛機及直昇機姿態, 這些概念都是他們想出來的. 而利用 image processing 和 optic flow 來做 navigation 也是現在很多人在做的. Navigation 在於我們如何規劃飛行路徑, 避開障礙, 是扮演著很重要的角色的.

我所看到的, 基本上, flight control, data link, ground control station 這一些, 都已經是非常成熟的. 甚至於 power supply, 也其實不算熱門. 現今 UAV 最必切的突破是 navigation. 只有 navigation 做得好, flight formation, obstacle avoidance, urban area surveillance 才能做得好. 不是說以現在的科技沒辦法做得好, 而是都很貴. 所以大家都在找更便宜的方法.

UAV 是有能力自主飛行的, 需要操控的部份就是任務的部分了, 比如說及時改變導航點, 投彈, 影像追蹤目標鎖定... 但是, 那些都不是問題了. 技術已經非常成熟. 利用人造衛星傳輸, Global Hawk 就可以飛半個地球而 data link 完全沒有問題.

一台 UAV, 因為不會做 high G-Load 的動作, 一般上 max G-Load 應該不會超過5, 完全不是因為不需要考慮到飛行員所能承受的 G-Load 而比較輕鬆. 而是, G-Load 低, 本來就比較輕鬆. 而且, G-Load 的問題, 很多時候是受限於 structure 而不是 aerodynamic.

UAV 的靈活性是很低的. 以現在的控制理論是沒辦法做靈活性高的 UAV 的. 我看過一部電影: Stealth. 相信大家都看過吧? 我是和實驗室的同學, 還有教授一起去戲院看的. 電影裡面有說到, UAV 不需要顧慮 G-Load. 那部電影是不錯看, 但是那也真的是電影而已. 我們離那一天還很遠很遠很遠... 沒有 AI, 就沒有及時判斷能力, 也就沒辦法做 high G-Load 動作. 我之前說過了, 我們人類設計的 AI, 到現在, 連蟑螂都不如啊... 所以, 不需要擔心, 我們離 Matrix 那個時代, 也是還很遠很遠很遠很遠....

UAV 和民航機的 maneuver performance 是沒什麼差別的. 它們一般的動作就是 take-off, climb, level flight, descent, loiter, descent, touch down, taxi. 其中只有在這一些動作之間的轉換才會關係到 maneuver performance, 其他大部分的時間都是 moment in balance, 和 maneuver performance 是無關的. 所謂無關, 就是說 turn rate, decent rate, climb rate 等都等於0. 有一些 UAV 是根本就不需要 touch down 和 taxi 的.

看看戰機. 基本上現在的戰機大部分時間所做的動作也是和民航機每什麼差別的. 在現在的 electronic warfare, dogfight 是很少發生的. 但是以防萬一, 現在的戰機還是被設計成 highly maneuverable. 何為 highly maneuverable? 就是說 turn rate, decent rate, climb rate 都很大, 一個動作到另一個動作之間的轉換會很快. 要多快才算快? 快到飛行員沒辦法承受 G-Load, 或快到 G-Load 對飛機 structure 造成傷害, 那就是快, 那也是戰機設計師要挑戰的極限.

所以, UAV 和民航機的 maneuver performance 沒差別. 戰機 maneuver performance 不一樣的地方就是 turn rate, decent rate, climb rate 比較大.

UAV 的 maneuver 不受 FAR 限制. 你喜歡怎麼飛就怎麼飛... 如果你做得到的話.

不過, 美國已經開始有類似管理 UAV 的條規在蘊釀著. 因為, 畢竟 UAV 還是會對民航造成威脅的. 如果 FAA 能夠管小鳥, 相信他們也會去管. 像去年 New Orleans 大水災, 美軍帶了一堆 UAV 過去, 但是被 FAA　禁飛.　所以只好架在高樓上， 利用 UAV 的 heat sensors 找生還者.

是怕 UAV 威脅到附近的民航機. 飛 UAV 是不需要向機場報告的. 同樣, 機場也不會定時向美軍 update 民航機班次及路線. 為免相撞, 所以 UAV 不能飛.

也因為 UAV 上的 sensor 效率好, 所以美軍才會把 UAV 架在高樓上, 用 UAV 的 sensor 找生還者. 過後好像可以飛了, 應該是附近的民航班機航線做了些調整吧.

重點的都 Paste 過來了. 歡迎大家討論.

blackbird

原帖由 Raptor2468 于 14-10-2006 08:52 PM 发表


哦，这个是我国自己研制的UAV对吗？

blackbird

原帖由 Raptor2468 于 14-10-2006 08:52 PM 发表


哦，这个是我国自己研制的UAV对吗？

原帖由 blackbird 于 14-10-2006 09:27 PM 发表



其实，Eager 不是UAV因为它是有机师而unmanned是无人驾驶.
CTRM本身是有研发TUAV。

但是steven268h友似乎有本身的看法。就等他的评论吧。

关于我国的UAV，我有意写份专栏但是没时间。迟下看看如何。 ...

blackbird

原帖由 steven168h  发表

“鹰”型ARV系统(Eagle ARV)

2001年10月初，我国在前首相马哈蒂医生正式推介下，向全世界和国人宣布了本身国产的可载人/无人侦察机---“鹰”型ARV侦察系统(Eagle ARV)。该侦查机是由我国的CTRM有限公司（Composites Technology Research Malaysia Sdn Bhd）进行制造，在英国BAe系统公司（British Aerospace System ）和EXCELNET有限公司的协助下提供了技术来支持该侦察机的制造计划，以联合制造方式下完成了该产品。在这个推介礼下，我们见识到了我国的军事制造业有跨前了一步，以便可以达到“国产自主化”的目标和响应“国产自主化”的口号。但是如今已经是2006年了，经过了4年的洗礼，我国的ARV是否真的可以达到市场效益，还有为我国的国防带来利益呢？还是这个计划原本就是烧钱的“白象计划”呢？我们就要来看看我国的ARV是否真的适合如今的大环境下生存了。

目标归目标，口号归口号，在我们检讨我们这国产的第一号侦察机前，作者在这位大家简介的介绍UAV的分类：

基本上UAV的分类五花八门，而作者在这基本上将UAV分类为两种
1、按功能可将无人机分为以下几种：
战术无人侦察机（TUAV）：
主要功能为侦察、搜索、目标截获、部队战役管理与战场目标和战斗损失的评估等
战略无人侦察机（SUAV）：
主要承担对敌方部队动向的长期跟踪、工业情报及武器系统试验监视等
无人战斗机（UCAV）：
它不仅作为地面战争中的攻击平台，而且更是空中格斗的载机和直接攻击武器

以上的分类是以任务类型来进行分类的，分类也比较笼统，所以敬请各位军事迷原谅。

话说回来，我们来看看我国的“鹰”型ARV系统 Eagle ARV具备了什么样性能，该说是我国的制造商CTRM赋予了这架国产第一号侦察机有怎么样的形式功能呢？

“鹰”型ARV侦察机是由CTRM机下制造的Eagle 150B机体改造来的，而Eagle 150B该机体是两人座轻型载人飞机，经过了BAe系统公司和EXELNET联合改造下，保留了原本的外形，增加了一对机翼，侦查系统，控制系统以及资料链等。配合了地面流动控制站，可在无人驾驶下，进行侦察边境，巡逻，搜索和海面拯救等任务。就“鹰”型ARV系统在以上的任务分类来说，可说是UAV家族内的异型了。

而要达到一个“鹰”型侦查系统的必须要有：
1.        3架ARV侦察机  (Airborne Reconnaissance Vehicle)
2.        一个地面控制系统GSC (Ground Station Control)

相对于一个UAV的性价比来说，要用3架ARV侦察机来配合以达到一个传统的战机侦查的效果，是否真的算是有效呢？就性格而言，一架小型两人座飞机和一架TUAV的造价来看，前者或许相对的较高，可是对比“全球鹰”这一类的TUAV来说，相对的价格就便宜得多。

blackbird

原帖由 Raptor2468 于 15-10-2006 10:45 AM 发表


Steven,全球鹰不算是SUAV吗？

原帖由 steven268h 于 15-10-2006 11:51 AM 发表


他算是TUAV~因为Global Hawk不能长时间呆在空中进行任务侦查~



Global Hawk~ 美国制造的UAV 曾经完成了全球不停飞行纪录~

原帖由 blackbird 于 15-10-2006 12:23 PM 发表
现在，无人驾驶飞机研究已转去无人驾驶直身机了。

Global Hawk 是UAV 但是如何归类为Tactical？它的任务是surveillance，reconnaissance那tactical 是指什么呢？
看来我要找回课本看看先。。。哈哈

我觉得 ...

Raptor2468

Global Hawk能在高空连续飞行28小时，为什么还不能算是SUAV呢?