1、第 39 卷，增刊 红外与激光工程 2010 年 5 月 Vol.39 Supplement Infrared and Laser Engineering May .2010 收稿日期： 2010-01-29 作者简介 ：成刚（ 1970-） ，男，陕西蓝田人，高级工程师，主要从事光电系统总体设计工作。 Email:。 奥地利 S-100 无人直升机及其光电任务载荷 成 刚，钟丽萍，宁 飞，袁屹杰，张卫国，孙 勇 （西安应用光学研究所，陕西 西安 710065） 摘要 ： 无人直升机解决了着舰回收问题，因此受到各国海军的青睐。介绍了奥地利 S-100 无人直升机的系统构造、技术特点、光电任务载
2、荷及其应用推广情况。作为成熟的无人平台可验证各种任务载荷的适应性和功能。 关键词 ： 无人直升机； CAMCOPTER S-100 无人机； 复合材料； 光电载荷 中图分类号 ： TN27 文献标识码 ： A 文章编号： 1007-2276(2010)增 (光电对抗 )-0383-04 Austria S-100 UAV and photoelectricity task load CHENG Gang, ZHONG Li-ping, NING Fei, YUAN Yi-jie, ZHANG Wei-guo, SUN Yong (Xian Institute of Applied Optics
3、,Xian 710065, China) Abstract: Many countries navy favored unmanned helicopter for its solving the problem of ship-reclaim. The conformation and technology points of Austria S-100 UAV are introduced. The photoelectricity task load and its application are presented. S-100 UAV is mature, so it can ver
4、ify the adaptability and function of each task load. Key words: Unmanned helicopter; CAMCOPTER S-100 UAV; Compound material; Photoelectricity load 0 引 言 目前，无人直升机的研究和应用受到普遍重视，发展迅猛。无人直升机具有飞行距离远，隐蔽性好，起飞着陆场地小，不需滑跑或弹射，可以在甲板上直上直下，方便地在中小舰艇上起降，又可在空中作悬停飞行等显著特点。更为重要的是，舰载无人直升机彻底解决了着舰回收困难这个关键问题， 因此备受各国海军的青睐，将其列
5、为未来舰艇的重要装备。搭载有无人直升机的舰艇在部署能力、使用成本、任务范围等各方面都具有无可比拟的优势， 能够成倍扩大舰艇及舰队的观察、监视距离直至打击距离，足以使战斗舰艇的整体作战能力得到成倍提高。 无人直升机的研制涉及学科多、系统复杂、技术难度高，仅美国、德国、加拿大、日本等少数国家具备全自主飞行技术。世界上先进的无人直升机主要有：美国 “火力侦察兵 ”和 X2 型无人直升机、俄罗斯的卡一 137 无人直升机、英国的“斯普赖特”和“小精灵” 无人直升机、 加拿大的 VTOL 和 CL 一 227“哨兵”无人直升机等。近几年，奥地利 Schiebel 公司研制的 CAMCOPTER S-10
6、0 无人直升机积极参与各国海军舰载无人机的发展，得到巴基斯坦、西班牙和印度等国家的认可，并开始在这些国家的海事机构服役。 384 红外与激光工程：光电对抗技术 第 39 卷 1 CAMCOPTER S-100 无人直升机 Schiebel 公司成立于 1951 年，以生产地雷探测设备闻名于世。 1994 年开始， Schiebel 公司致力于无人操纵直升飞机的开发和生产， 2000 年在无人机市场上成功推出了 CAMCOPTER 5.1 无人直升机，该机选用常规的单旋翼带尾桨式设计，轮式起落架，整个系统采取了模块化设计，最大起飞重量 74 kg，有效载荷 34 kg， 可由轻型多用途车辆运到使
7、用地点。 2005 年 Schiebel 公司设计出全新的CAMCOPTER S-100 无人直升机， 赢得美国工业设计杰出奖。 CAMCOPTER S-100 沿用传统的主 /尾旋翼设计，飞机总长 3.09 m，全高 0.704 m，机体宽 0.502 m，旋翼直径 3.4 m， 旋翼桨盘面积 9.08 m， 尾桨直径 0.66 m，滑橇间距 1.24 m。标准空重 100 kg，最大起飞重量可达 200 kg，最大有效载荷重量包括燃料为 100 kg，最大空速 240 km/h，巡航速度 185 km/h，最大续航力速度 102 km/h，上升极限 5 486 m，最长滞空时间超过 6 h
8、，续航距离 600 km。 Schiebel 公司在设计 S-100 无人机的过程中开发、 试验和配置了先进材料， 始终致力减轻部件重量。S-100 无人机的机身采用航空复合材料：玻璃纤维环氧的外蒙皮，刚性泡沫塑料壳式夹芯，内蒙皮也由玻璃纤维环氧制成。因此，整个机体几乎是一种能承受所有气动力和惯性载荷的碳纤维硬壳式结构， 机身表面呈现流线型，一是能提供较高的硬度，二是能更好地适应具有低气动阻力的特殊形状。 机身的一个亮点是获得专利的中部机身， 采用了带整体油箱的硬壳式碳复合材料机体。该复合材料采用英国 Amber复合材料公司研发的新型预浸料。这种预浸料使用一种阻燃的中粘度氰酸酯树脂，固化温度为
9、 135 ，用它预浸碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维等高性能纤维。 图 1 CAMCOPTER S-100 无人直升机 Fig.1 CAMCOPTER S-100 UAV S-100 无人直升机主旋翼是一个二叶片系统，桨叶采用碳纤维复合材料，减轻了重量。尾旋翼头采用一种铰链设计， 能自动校正后尾的移动以防止尾吊杆左右摆动。尾旋翼由泡沫填充玻璃纤维材料模压而成。 主旋翼和尾旋翼轮毂都由锻造的钛合金毛坯机械加工而成。 前起落装置由一个复合材料的带空气动力学外壳的起落架组成，并安装在机身的中部。在起落架的底端有一个小翅，以改善飞机在地面上的重量分配，特别是在松软的地面。 尾部稳定器的底端是起落装置的第三个
10、点， 它利用了传统的撑杆减振器并带有空气动力学密封外壳。 发动机是一台 Sachs 公司的旋转活塞发动机，作了大量修改， 装有该公司自己制造的燃油喷射系统和两台发电机。发动机使用转子发动机，采用双点火、双馈油、双燃油泵结构，具有有人驾驶直升机一样有良好的性能。转子发动机运转很平稳，噪音低，不会影响无人机上安装的传感器的性能。 控制系统采用了余度计算机、全球定位系统、惯性测量部件、空速系统和磁性航向指示器，既可人工操纵控制 (遥控 )，又可完全自主飞行。在人工操纵模式，操作员通过任务控制单元指挥和观察飞行；在自动飞行模式，飞行控制根据飞行任务规划自动完成。该系统允许操作员中断预编程序飞行， 执行
11、人工操纵模式，然后还可回到自动飞行状态。该机以惯性 /卫星导航为基础的自动控制系统， 即使在恶劣的天气条件下也可保证飞行的稳定性。 2 S-100 无人机载荷空间 CAMCOPTER S-100 无人机为了满足不同客户的需求，提供四个载荷空间，包括机身内两个和一个备用的电子设备舱。另外，机身外侧也提供有效载荷固定点。载荷接口具有通用性，允许使用选定的有效载荷或辅助性设备， 通过标准的串行接口供用户对有效载荷进行控制。 客户可根据需要对相应载荷即插即用， Schiebel 公司对有效载荷的集成提供支持。 2.1 主有效载荷舱 主有效载荷舱位于机身腹部，主旋翼轴的下方。载荷舱的尺寸为 310 25
12、0 173 m3，最大有效载荷重量 50 kg。当载荷舱不用时，用一个碳纤维板盖在上面，可以保持空气动力学的完整性。 增刊 成 刚等： 奥地利 S-100 无人直升机及其光电任务载荷 385 2.2 第二有效载荷舱 第二有效载荷舱位于飞机的中心线上鼻锥部。 载荷舱的尺寸为 310 200 150 m3，最大有效载荷重量 10 kg。该载荷舱装有驾驶员摄像头，用于在手动控制飞行期间确定方位，供地面操控人员使用；也可安装一部 Schiebel 公司的 ESOP 稳定光电吊舱。 2.3 备用电子设备舱 备用电子设备舱位于机身中部后侧的电子舱的正上方，承载重量 10 kg。可作为辅助设备如惯性测量装置
13、、雷达高度表、异频雷达收发机、音频无线电接收装置或空中交通警戒与防撞系统安装处。 2.4 侧面有效载荷固定点 在机身的两侧有结构固定点，位于重心的两侧，用于挂载辅助油箱或外部有效载荷。 最大有效载荷重量每侧 20 kg。 3 S-100 无人机光电任务载荷 CAMCOPTER S-100 无人直升机机腹主有效载荷舱内安装有 IAI 公司（以色列飞机工业有限公司）Taman 分部研制的嵌入式光电载荷（ POP 200 或 POP 300） 。嵌入式光电载荷是基于模块化概念，载荷是基于一个单一的直插式更换结构的稳定平台里， 该稳定平台包括所有的用来操作传感器稳定平台的电路， 还包括了与飞机相连接的
14、接口。 传感器安装在可移动部位，通过改变不同的传感器模块，插入稳定平台万向节中，以满足一个或一系列任务的需要。这些传感器单元可以在数分钟内替换， 嵌入式光电载荷能够携带的部件包括彩色 CCD 摄像机、前视红外热像仪、激光指示器和激光测距机等。 这种设计使整个系统不仅重量轻，而且易于安装、维修和保养。 3.1 POP 200 POP 200 是能昼夜工作的组件式稳定光电传感器系统，包括两个子装置：一个稳定平台，即易于安装在无人机平台的转动架， 另一个是嵌入式传感器组件模块，不仅可以作为传感器，而且可以作为内置稳定平台装入转动架，而不需要附加电线电缆连接器。这种设计允许一个人独自现场更换 POP2
15、00 传感器模块，无须将有效载荷从飞机上卸下来，整个过程只需几分钟，包括重新装载传感器模块和检测。 POP 200 重 16.5 kg，直径 26.4 cm，高 38.1 cm，探测距离 3 km。标准传感器部件有热像仪、彩色CCD、自动视频跟踪器和激光瞄准具。 3 5 m 热像仪采用 320240 锑化铟焦平面阵列。 传感器组件可以快速更换，以满足作战要求。 图 2 POP200 光电有效载荷 Fig.2 POP200 photoelectricity load 3.2 POP 300 与 POP200 相比， POP300 采用主动式双轴稳定万向架和实时自动视频跟踪器实现图像补偿， 提高了
16、平台稳定性。传感器标准配置包括：一台连续变焦长镜头的高灵敏度和大面阵 3 5 m 热像仪、 一台连续变焦电视，传感器分辨率提高了 30%到 40%。选件有一台广角 CCD 摄像机或一台激光测距机和一台激光指向器。探测距离 7.1 km，识别距离达到 3.5 km，超过了战术无人机作战对光电 /红外探测器的要求。其上的激光指向器用来标示目标， 用夜视镜和像增强摄像机可以看到目标。 另外， 还可以选装激光测距机，利用它可以提高无人机的目标定位精度。 图 3 POP300 光电有效载荷 Fig.3 POP300 photoelectricity load 4 S-100 无人直升机的推广应用 CAM
17、COPTER S-100 无人机的启动用户是阿联酋，订购了 80 架，并将其命名为“军刀” （ Al Saber） 。386 红外与激光工程：光电对抗技术 第 39 卷 其生产已于 2005 年 6 月开始， 12 月起交付。在阿布扎比的沙漠环境气温超过 35 摄氏度，风速达到 46 km/h 的验收试验中，该机飞行高度达到了 4 000 m的，速度超过 185 km/h，搭载 25 kg 载荷续航超过 6小时，试验结果满足或超过了计划指标。 同时，为适应交货要求，阿联酋的无人机研究与技术中心（ UAVRTC）参与 S-100 的研制和试验，并在阿建立了一座生产该机的先进复合材料部件和装配生产
18、厂。 近年来， S-100 无人机参加了世界各地的航空展览， Schiebel 公司积极向各国海军展示 S-100 在舰上的情报、监视、目标获取和侦察能力，配合德国等海军完成海试试验。 图 4 S-100 海试试验照片 Fig.4 photo of S-100s trial at sea 2007 年 S-100 无人机在 1 艘印度海岸巡逻舰上完成了为期两星期的海试。评估包括巡逻舰在 8-16节航速、最大风速 18 节、中级海情条件下无人机的操作。飞行超过了 2 h，试验证明了 S-100 能在 3 600米高空、距离舰船 25 海里执行侦察任务的能力。 2008 年 3 月 16 日， S
19、-100 无人机再次在巴基斯坦海军护卫舰上演示了其无以伦比的舰上起飞与回收能力。在所有飞行中， S-100 无人机成功完成了所有给定的侦察任务，包括陆上和海上目标的定位。被探测目标的精确位置和特征信息被成功地传递给了试验小组。 2008 年 11 月 S-100 无人机在位于波罗的海的德国海军 K130 级轻型护卫舰上完成 3 周的飞行试验。试验中 VTOL UAV 与轻型护卫舰相结合，并形成了一种作战概念。 此外， S-100 无人直升机曾携带 Thales UK 公司两个重 13 kg 的新轻型多用途导弹，完成挂飞和射击试验，拓展了该机的功能，使得具有攻击能力。 图 5 S-100 无人机
20、携带两枚导弹 Fig.5 S-100 UAV taking two missles 5 结束语 奥地利的 CAMCOPTER S-100 无人直升机是一种能从陆地和舰上的狭小空旷地带起降、 自主飞行的无人机，可广泛用于民用、商用以及军事用途，比如水雷探测，环境、自然灾害监测以及反恐任务，还可用于搜救和航空摄影、测绘等工作。作为成熟的垂直起降的无人平台得到包括中国在内的多个国家关注和订购， Scheibel 公司也与多家潜在的客户进行过谈判，据简氏估计其无人机的销售数量达到了 160架。 CAMCOPTER S-100 无人机整个系统采用模块化设计，便于运输。它的最大特点是有多个任务载荷舱，可挂载不同的任务载荷，增加飞机的任务能力。同时， 也可做为验证各种任务载荷包括光电载荷的适应性和功能的平台。 参考文献（略）
