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同温层“卫星”——氢燃料无人机向我们走来
 

   “全球观察者”(Global ObserverGO)是美国航空环境公司研制的一款新型高空超长航时无人侦察机,设计目标是:任务载荷180千克,飞行高度16.78千米~19.81千米,续航时间达一个星期。其飞行高度超出大多数防空导弹的有效射程,生存能力强;续航时间是现有长航时无人机的5~6倍,可在任意纬度提供稳定、可靠、持久的通信和监视能力,被称为“五角大楼永远睁着的眼睛”。与侦察卫星相比,“全球观察者”不仅造价低廉,且对特定区域目标可实施长时间不间断侦察、监视作业;采用滑跑起降方式,飞机可重复使用,运行成本低;根据任务需要可换装不同任务载荷,使用灵活。虽然“全球观察者”目前仍处于验证机飞行试验阶段,但因其独特的动力能源、优异的飞行性能已引起了全世界极大的关注。

   “全球观察者”采用大展弦比上单翼正常式布局,翼展达到53.34米,与波音747客机基本相当,是目前世界上翼展最大的无人侦察机。全机采用轻质复合材料,机翼分为内翼、外翼两段,内翼为平直矩形翼,外翼为上反梯形翼。

   “全球观察者”以液氢燃料为动力能源,采用内燃机发电为推进电机提供动力,4台推进电机沿机翼展向分布式布置,每台电机驱动两叶螺旋桨。液氢热值高于汽油、煤油等碳氢化合物燃料,燃烧更加迅速,其比能量更是常规燃料的3倍,不仅可大副提高飞行性能,且零排放无污染、红外辐射与噪音低。但液氢燃料动力无人机的瓶颈性技术问题在于液氢存储,需要保证超低温绝热存储条件,这导致存储箱体积和重量通常较大。为此,航空环境公司攻克了氢燃料控制技术,采用多个并联存储箱大幅降低了容器重量,并采取特殊氢压缩技术保证了在氧气含量稀薄环境中氢燃料持续不断的稳定燃烧。

   航空环境公司采取了由小型到大型、由低空到高空循序渐进的飞行验证技术途径。201085日,“全球观察者” 验证机在加州爱德华兹空军基地进行了首次飞行试验,验证机翼展达15米,用一根钢线连接机身与机翼,以承受更大的机翼弯曲载荷。本次飞行试验仅依靠电力飞行了4小时,高度达到12.19千米,完成了包括爬升和转弯在内的一系列机动飞行,较充分地验证了飞机操控性能。20111月,验证机进行了氢动力飞行试验,持续飞行了4小时,高度达到15.24千米,完成了世界航空史上第一次氢燃料动力无人机高空飞行。验证机于201141日在第9次拓展包线任务的飞行试验过程中坠毁,即便如此,"全球观察者”的出现在无人机发展史上依然具有里程碑式意义,标志着无人机发展的一次技术性“革命”,不仅颠覆了传统无人机及动力的设计理念,而且衍生出了高空“超长”航时概念,代表着未来高端无人机的重要发展方向。(系统总体部 李兢尧 陶于金)

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