高空长航时快速反应无人预警机
一.设计目的
现代战争越发体现出预警机的重要作用。无人驾驶预警机是未来预警机发展的一个方向。受燃料的限制，大气层内无人机的航程和航时都不十分理想。美军在阿富汗和伊拉克战场投入使用的“全球鹰”无人侦察机，在一定程度上解决了航程航时问题，但其飞行速度较低，不能快速到达指定位置。未来战场需要一种既能快速接近侦察空域，又能长时间滞空的高空无人预警机。
二.设计思想
本作品名称为“高空长航时快速反应无人预警机(High Altitude Long Endurance Quick Arrived Unmanned Early-warning Air Vehicle )”，简称HLQ—UEAV。它即能利用类似弹道导弹的飞行方式快速抵达目标区域，又能像具有大展弦比机翼的飞机那样长时间滞空。其任务剖面如下：首先利用火箭将无人机快速助推至4万米左右的高空，然后助推器分离，无人机在稀薄大气层中依靠惯性以较平滑的弹道快速接近目标区域；在接近目标的过程
图 1 HLQ—UEAV 任务剖面
中，机翼逐渐展开，开始做长远距离滑翔，先进的能量管理模式会使其在抵达目标区域时保持在3—4万米左右的高度；然后无人机抛出翼型伞，进入盘旋阶段，执行任务；此时，HLQ—UEAV首先利用翼型伞优异的滑翔性能，从3万米高空滑翔至15000米左右的高空，期间可耗费相当长的时间；然后启动自身发动机，间断性地为无人机补充动力，使其保持15000米左右的高度。若任务结束或受到威胁，HLQ—UEAV将迅速抛掉翼型伞，像普通飞机一样快速返回基地(如图1所示)。
HLQ—UEAV是成熟的导弹技术，翼型伞技术和普通无人机技术的结合，具有一定的可行性和前瞻性。采用火箭助推的弹道飞行方式，可以令其快速接近目标区域。由于高空大气稀薄，阻力低，可大大节省接近目标所需的时间；在接近目标过程中，HLQ—UEAV逐渐展开机翼，进入滑翔阶段，到达目标区域后抛出翼型伞，因此HLQ—UEAV在接近目标区域过程中，几乎无需消耗自身所带燃料。到达目标区域后，HLQ—UEAV借助翼型伞，可以在消耗少量燃料的情况下，长时间在目标区域上空盘旋。
三.HLQ—UEAV构造
HLQ—UEAV由助推器，无人机和翼型伞组成。
助推器由五个并联的固体火箭发动机组成，装在一个保形的壳体内，并且具有回收装置，助推器分离后，可用降落伞回收助推器(如图2所示)。
图 2 HLQ—UEAV助推器示意图
HLQ—UEAV配备先进的预警雷达和其它侦察及通信设备，载油量大，使用两台低速运转性能较好的发动机(涡扇或活塞式)，在巡航飞行时可为翼型伞提供持续或间断的动力。
无人机机翼在助推阶段处于折叠状态，与助推器分离后，机翼逐渐展开。抛掉翼型伞后，无人机借助机翼，增加发动机推力，像普通飞机一样返航。若不执行快速部署任务，该无人机也可像普通飞机一样从地面滑行起飞，执行普通侦察任务(如图3、图4所示)。
图 3 HLQ—UEAV机翼展开状态示意图
图 4 HLQ—UEAV发动机示意图
翼型伞在发射阶段和滑行阶段包缚在无人机背部伞舱内；进入巡航状态时，翼型伞展开；结束侦察任务后，无人机抛掉翼型伞，返回基地(如图5所示)。
图 5 HLQ—UEAV翼型伞示意图
本作品创新点：
本作品创新点主要有三个：
第一，采用弹道飞行方式快速部署无人机。
第二，使用翼型伞替代大展弦比机翼。
第三，利用无动力滑翔(从3万米高空滑翔至15000米高空，需要相当长的时间) 和发动机辅助盘旋(15000米高空)相结合的方式达到长时间滞空的目的。
四.疑问解答
(1)HLQ—UEAV的用途。
HLQ—UEAV的主要承担空中预警和通信中继等任务，可以长时间滞空。
(2)采用火箭助推的原因。
采用火箭助推是为了将无人机在1分钟内助推至4～5万米左右的高空，由于高空大气稀薄，阻力小，HLQ—UEAV可充分利用惯性并在自身控制系统的作用下以较平滑的弹道快速接近目标。
(3)采用翼型伞的优势。
翼型伞主要用来替代大展弦比机翼。翼型伞质量小，在HLQ—UEAV发射时可以折叠在伞舱内，在盘旋时打开，任务结束后抛弃。大展弦比机翼在无人机上折叠放置则非常困难。而且翼型伞低速飞行性能好、滑翔性能好，可以在较小的速度下获得很大的升力。虽然翼型伞阻力大，但是HLQ—UEAV的主要飞行任务是滞空，不需要做长远距离机动，也不需要很高的飞行速度，因此可以充分利用翼型伞的低速性能和滑翔性能，在消耗较少燃料的情况下长时间滞空。
(4)HLQ—UEAV折叠翼的作用。
折叠翼首先在HLQ—UEAV利用惯性高速滑翔过程中提供较大的升力，使无人机获得较远的滑翔距离；其次，无人机抛弃翼型伞返航时充当普通机翼的作用。
(5)HLQ—UEAV采用什么样的发动机。
由于HLQ—UEAV要做长时间的低速盘旋飞行，因此其采用的发动机要有优异的低速运转性能。
相关专题：第三届飞行器设计大赛