¿Cuáles son las tecnologías clave para los drones?
¿Cuáles son las tecnologías clave para los UAV?
Los UAV son bastante diferentes de los aviones tripulados en términos de requisitos de diseño aerodinámico y conceptos de diseño. El diseño aerodinámico de los aviones tripulados suele tomar el alcance y la velocidad como objetivos de optimización prioritarios, mientras que los UAV suelen tener el tiempo de vuelo como objetivo de optimización prioritario. Entonces, a continuación compartiré con ustedes los conocimientos técnicos clave sobre los drones. Le invitamos a leer y navegar.
1 Energía y tecnología de potencia
Los UAV utilizan más formas de sistemas de propulsión que los aviones tripulados y utilizan diferentes tipos de energía y potencia, incluidos: pequeños motores turbofan tradicionales, pequeños motores turborreactores, pequeños motores turbohélice, motores de pistón, motores rotativos y paquetes de baterías, células solares, pilas de combustible, scramjets, energía dirigida e isótopos nucleares, etc.
Los UAV con diferentes usos tienen diferentes requisitos para las unidades de potencia, pero todos esperan que la unidad de potencia tenga buena economía de combustible, peso ligero, tamaño pequeño, alta confiabilidad, bajo costo y fácil uso y mantenimiento. Teniendo en cuenta los factores económicos, la confiabilidad y otros aspectos, en esta etapa los drones utilizan motores de pistón, turbofan, turborreactor y turbohélice técnicamente maduros o realizan mejoras adaptativas basadas en estos motores. Los motores de pistón son adecuados para UAV de baja altitud, baja velocidad, tamaño pequeño y mediano y de larga duración; los motores turbofan y turbohélice son adecuados para UAV de gran altitud y larga duración y aviones de combate no tripulados. el consumo de combustible y el tamaño, peso y empuje del motor pueden lograr una mejor combinación con los UAV; el motor turborreactor es adecuado para drones objetivo de bajo costo, corta duración y alta movilidad o UAV de ataque suicida.
Desde una perspectiva de desarrollo a largo plazo, la simple modificación de los motores existentes no puede cumplir completamente con los requisitos de los UAV en cuanto a velocidad de vuelo, alta velocidad, rendimiento de resistencia y otros indicadores. El desarrollo de motores adecuados para los UAV es muy necesario. Especialmente para motores turbofan con empuje pequeño y mediano, gran relación de derivación y aviones de núcleo de tamaño pequeño. Este tipo de motor será el foco del desarrollo de dispositivos de potencia de UAV en el futuro. Además, realizar investigaciones sobre la aplicación de nuevas fuentes de energía, como la energía solar, las pilas de combustible y los sistemas de combustible de hidrógeno líquido, puede proporcionar fuentes de energía más eficientes para los drones.
2 Tecnología de plataforma UAV
(1) Tecnología aerodinámica de alta eficiencia.
Los UAV son bastante diferentes de los aviones tripulados en términos de requisitos de diseño aerodinámico y conceptos de diseño. El diseño aerodinámico de los aviones tripulados suele tomar el alcance y la velocidad como objetivos de optimización prioritarios, mientras que los UAV suelen tener el tiempo de vuelo como objetivo de optimización prioritario. Los UAV son de tamaño pequeño y baja velocidad, y tienen requisitos de diseño de alta sustentación, alta relación de sustentación y resistencia y alto factor de resistencia en condiciones de bajo número de Reynolds. La tecnología aerodinámica eficiente es una forma técnica importante de mejorar el rendimiento de los drones.
(2)Tecnología sigilosa.
La clave para mejorar la capacidad de supervivencia de un dron es reducir su detectabilidad. Con el desarrollo continuo de materiales, electromagnética, termodinámica, aerodinámica y otras disciplinas, se aplicarán cada vez más tecnologías nuevas al diseño sigiloso de drones, incluidos los siguientes aspectos.
Tecnología de sigilo de formas. El uso de tecnologías de diseño como un diseño de ala voladora sin cola que está altamente integrada con el cuerpo del ala, entradas de aire integradas y boquillas bidimensionales puede reducir efectivamente el área de reflexión del radar y las características infrarrojas y mejorar las capacidades de sigilo del dron.
Tecnología de sigilo de plasma. La investigación teórica y experimental muestra que la tecnología de plasma es una de las nuevas direcciones para el desarrollo de la tecnología sigilosa. El plasma generado por el generador de plasma instalado en la aeronave puede bloquear partes clave de la aeronave y absorber la radiación del radar, logrando así un vuelo sigiloso. En la actualidad, esta tecnología ha expuesto muchos problemas en la investigación y aún debe resolverse.
Tecnología sigilosa activa. La tecnología sigilosa activa utiliza un transmisor de radiofrecuencia activo en el aire para emitir activamente ondas electromagnéticas con la fase opuesta y la misma amplitud que el eco disperso en función de la frecuencia y la dirección incidente de la onda electromagnética irradiada sobre la aeronave para lograr la cancelación del eco disperso.
En la actualidad, la tecnología sigilosa activa todavía se encuentra en la etapa de investigación teórica y experimental, pero con el desarrollo de la tecnología sigilosa, especialmente el desarrollo de la tecnología de características de dispersión de campo cercano de aeronaves, ESM (medidas de apoyo electrónico) y otras tecnologías, sigilo de cancelación activa activa. La tecnología seguramente se convertirá en el foco del desarrollo futuro.
(3) Tecnología aeroelástica. Para lograr un rendimiento de larga duración, los UAV generalmente adoptan un diseño de relación de aspecto grande para aumentar la relación de elevación y resistencia tanto como sea posible (por ejemplo, la relación de aspecto de algunos UAV alcanza más de 30) y utilizan un cuerpo liviano. Estructuras para reducir el peso del vuelo. Sin embargo, el diseño de gran relación de aspecto, la estructura liviana y los requisitos de resistencia y rigidez de la carrocería producirán contradicciones sobresalientes.
(4) Tecnología de diseño de carga aerodinámica. Los UAV aerotransportados generalmente vuelan a bajas velocidades, tienen cargas alar pequeñas y una gran sustentación. Para ráfagas de la misma intensidad, la carga de ráfagas de los UAV es mucho mayor que la de los aviones tripulados. La resistencia estructural de los UAV generalmente requiere la carga de ráfagas como condición principal de diseño, y el tamaño de la carga de ráfagas determina la resistencia del diseño estructural de los UAV. Si el diseño de carga del UAV se lleva a cabo en función de los estándares de diseño de resistencia de los aviones ligeros y aviones en general existentes, la estructura del UAV pagará un alto precio. Con el objetivo de lograr una estructura liviana, el desarrollo de tecnología de diseño de carga aerodinámica de los UAV basada en las características aerodinámicas de los UAV, los métodos de control de vuelo de los UAV, la vida útil del diseño de los UAV y otros factores es una forma técnica importante de mejorar el rendimiento general de los UAV.
(5) Tecnología de estructura de material compuesto. Los UAV se componen principalmente de materiales compuestos. Los diferentes tipos de UAV tienen diferentes requisitos para estructuras compuestas. Por ejemplo, los UAV grandes tienen principalmente requisitos más altos para estructuras totalmente compuestas de gran tamaño, mientras que los UAV pequeños tienen requisitos más altos para estructuras compuestas. Los principales objetivos de las estructuras compuestas son el bajo costo, el procesamiento y la fabricación rápidos y la reparación rápida.
3. Tecnología de control autónomo
Según la definición y connotación de control autónomo de drones, las tecnologías clave para el control autónomo de drones deben incluir tecnología de conocimiento de la situación, tecnología de planificación y colaboración, y toma de decisiones autónomas Hay 4 aspectos de la tecnología y la tecnología de ejecución de tareas.
(1) Tecnología de conciencia de la situación.
Para lograr el control autónomo de los UAV, debemos desarrollar continuamente tecnología de conciencia situacional y modelar de forma independiente el entorno de la tarea a través de varios dispositivos de adquisición de información, incluida la extracción de características ambientales tridimensionales, la identificación de objetivos y la evaluación de la situación. .
(2) Tecnología de planificación y colaboración.
La tecnología de planificación y colaboración implica dos aspectos de la tecnología: planificación de rutas y control colaborativo. Estos dos aspectos dependen y están relacionados entre sí.
Las capacidades de planificación y replanificación de rutas de UAV son imprescindibles para los sistemas de control autónomo de UAV, es decir, el sistema puede planificar y modificar la ruta de la misión del sistema en tiempo real o casi en tiempo real según lo detectado. cambios de situación. Generar automáticamente trayectorias de vuelo factibles para completar la misión. Un problema de planificación típico para los drones autónomos es cómo evitar amenazas, prevenir colisiones y completar los objetivos de la misión de manera efectiva y económica.
El modo de trabajo de los futuros UAV incluye la colaboración de formación de múltiples aviones y de acción única de UAV. La tecnología de control colaborativo incluye principalmente: optimización de la ruta de la misión de la formación, planificación y seguimiento de trayectorias y diferentes UAV en la formación. La coordinación mutua entre máquinas permite el control de la reconstrucción y la gestión de fallos, etc., teniendo en cuenta la incertidumbre ambiental y sus propios fallos y daños.
(3)Tecnología de toma de decisiones autónoma.
Los UAV que trabajan en entornos complejos deben tener fuertes capacidades de toma de decisiones independientes para adaptarse a las necesidades futuras. Los principales problemas que debe resolver la tecnología de toma de decisiones autónoma incluyen: establecimiento de misiones, coordinación de diferentes drones en la formación, descomposición de la misión de la flota, etc.
(4) Tecnología de ejecución de tareas.
El objetivo final del desarrollo del control autónomo de drones es permitirle responder rápidamente a los cambios en el entorno y las tareas. El control autónomo de los UAV debe tener una estructura de plataforma abierta, estar orientado a tareas y al rendimiento e incluir la máxima escalabilidad. El control autónomo avanzado de los UAV debería brindar la capacidad de volar en formación y coordinar múltiples aeronaves para realizar tareas.
4 Tecnología de comunicación en red
El sistema UAV actual es un sistema relativamente independiente y solo se usa en áreas locales. El futuro campo de batalla estará lleno de varias funciones y funciones en el mismo espacio aéreo. . tipos de drones, aviones de combate y helicópteros. Debe haber una coordinación orgánica entre los UAV, entre los UAV y los aviones tripulados, y entre los UAV y los sistemas de combate terrestre, para que los UAV se conviertan en un nodo de la "Global Information Grid" y realicen la integración de los UAV con otros UAV. interoperabilidad entre hombre-máquina o sistemas de mando y control.
En vista de los requisitos de aplicación de las operaciones de enjambre de vehículos aéreos no tripulados, las operaciones colaborativas y las operaciones en red, se deben lograr avances clave en el acceso multiacceso dinámico distribuido de banda ancha inalámbrica, la transmisión robusta de banda ancha en tiempo real y la red de enlace de datos. tecnología de persistencia, construir un sistema de red adaptable para enlaces de datos de clústeres de UAV y proporcionar soporte técnico para la realización de enlaces de datos de clústeres de UAV seguros, de banda ancha y en tiempo real.
En vista de los cambios dinámicos de los relés de múltiples saltos y la capacidad limitada de los nodos en las redes de banda ancha de UAV, es necesario combinar la tecnología de codificación de red con la tecnología de enrutamiento y seleccionar la ruta con la mayor oportunidad de codificación para la transmisión. y optimización basada en la red La estrategia de acceso a nodos codificados y la estrategia de transmisión e intercambio de información entre nodos de red de múltiples saltos pueden mejorar el rendimiento de la red sin aumentar el retraso y lograr una transmisión de gran capacidad de la red.
5 Integración de carga multimisión, tecnología de integración de carga de plataforma/tarea
La carga útil es la clave para que los UAV realicen tareas de reconocimiento, vigilancia, contramedidas electrónicas, ataques y evaluación de la efectividad del combate. , las cargas útiles aplicadas a los drones incluyen sensores generales (fotoeléctricos, radar, señales, meteorológicos, bioquímicos), armas, carga (folletos, suministros), etc. La efectividad en combate de los sistemas UAV no solo tiene requisitos más altos para el desempeño de la carga de la misión en sí, sino que también debe cumplir con las limitaciones de factores de instalación como el tamaño, el peso, el consumo de energía y el sigilo del UAV, así como con los requisitos de costos. Con el avance de la electrónica, las comunicaciones, las computadoras y otras tecnologías, el desarrollo de la tecnología de sensores UAV se refleja principalmente en los siguientes aspectos.
Tecnología de detección multiespectral/hiperespectral. Esta tecnología puede detectar docenas o incluso cientos de bandas de frecuencia en las regiones visible e infrarroja. Utiliza supresión de interferencias e identificación espectral para detectar objetivos de bajo contraste para reducir la tasa de errores de juicio y mejorar en gran medida la precisión de la identificación y detección de objetivos. Se utiliza para detectar objetivos ocultos o comúnmente camuflados.
Tecnología avanzada de radar de apertura sintética. En comparación con los sistemas de detección fotoeléctricos/infrarrojos, el radar de apertura sintética puede funcionar de noche y en condiciones climáticas severas con baja visibilidad, y puede realizar reconocimientos de imágenes a gran escala con alta resolución. Sin embargo, el peso de su equipo y el consumo de energía son relativamente grandes. Solo es adecuado para carga y uso de vehículos aéreos no tripulados a gran escala. Con el avance de tecnologías como antenas livianas y dispositivos compactos de procesamiento de señales, los radares de apertura sintética tienden a miniaturizarse y pueden equiparse en vehículos aéreos no tripulados tácticos pequeños y medianos.
Tecnología lidar. Lidar tiene ventajas significativas como alta resolución, buen ocultamiento, buen rendimiento de detección a baja altitud, tamaño pequeño y peso ligero. No solo puede detectar objetivos debajo de los árboles, sino también clasificar objetivos y proporcionar a los comandantes información precisa sobre los objetivos. La combinación de la tecnología lidar con drones seguramente desempeñará un papel más importante. Sin embargo, cuando se encuentran condiciones climáticas adversas, como lluvias intensas, niebla densa y humo, la atenuación del láser aumenta drásticamente y la circulación atmosférica también puede causar distorsión y vibración del rayo láser, lo que afecta directamente la precisión de la medición del lidar. ;