美国“猎户座”无离心机型号人机拥有超长续航能力

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

“猎户座”无人机可以在空中建立起情报和通信网络。

美国“猎户座”无离心机型号人机拥有超长续航能力

7月15日，国际航空联合会宣布，美国“猎户座”（Orion）无人机以80小时2分52秒的续航时间，创造了最长持续飞行时间的新纪录。早在2001年，诺格公司的RQ-4A“全球鹰”创造了30小时24分的持续飞行官方纪录，时隔14年后，“猎户座”无人机将这一时间延长了近50小时，充分表明了美国空军在中空长航时无人机的关键技术方面又迈出了重要一步。

提交设计方案

2007年，美国空军研究实验室（AFRL）发起了一项“超长续航”（Ultra Long Endurance）研究计划，旨在评估用固定翼无人机替代监视飞艇的可行性，然后开始推动发展相关技术，以突破“捕食者”和“全球鹰”的续航时间限制。

针对中空极限续航力的挑战，极光飞行科学公司（以下简称极光公司）从技术方针对常规机体和推进系统的长航时飞行进行了风险权衡，决定放弃此前考虑用昂贵的液态氢换取极限续航力的尝试，转而采用标准的军用航空燃油，从而在日渐缩小的有人和无人机市场空隙中争得了一席之地。

2008年，极光公司向AFRL提交了一种“猎户座”中空长航时无人机的设计方案，最显著变化是采用高性能活塞式发动机。这项计划的目标是验证“猎户座”在携带454千克情报、监视与侦察（ISR）载荷的情况下，可以在6100米高度持续飞行5天（120小时），或者在携带226千克有效载荷的情况下，可以在4572米高度持续飞行155小时。

2010年9月，AFRL在比较了几个设计方案后，最终选择了“猎户座”验证机作为其“中空全球ISR与通信”（Magic）联合能力技术验证（JCTD）计划第一阶段的验证平台，开始为期3年的设计、制造和测试过程。同年11月22日，极光公司在密西西比州首次展示了“猎户座”无人驾驶验证机。但是，由于资金未能及时到位，这项计划的研制进度有所推迟。

公开总体构型

从外观看，“猎户座”无人机采用了盒状主机身，全部由复合材料制造，全长17.37米，高度为6.40米。机身内部除了设计有多个燃料箱外，还从前至后设计有前载荷舱、前起落架舱、航空电子设备舱、后载荷舱，其中包括一个整体油箱。

该机采用了大展弦比的单片式机翼，翼展达到40.23米。机翼的翼梁和蒙皮均由复合材料制造，具有结构重量轻和气动阻力小的特点，可以在中空飞行时有效地延长续航时间，同时还降低了生产成本。机身后部采用了尾撑，在末端保留了此前高空长航时方案的水平尾翼和垂直尾翼，并分别设计有升降舵和方向舵。

“猎户座”无人机的一个重要特点是采用了高燃油效率的动力装置。该机选用了两台Austro发动机公司生产的AE 300涡轮增压发动机，以航空煤油为燃料，具有较低的燃油消耗率和较好的中高空性能。这是一种液冷直列式4缸发动机，单台功率为123.5千瓦，通过传动比1.69的单级减速器，驱动直径4.8米的3叶螺旋桨。

AE 300发动机的缸体基于奔驰公司在奔驰A级车上使用的车用柴油发动机，采用了顶置双凸轮轴（DOHC），具有更好的性能，可以在高空和较低大气压力下稳定工作，因此“猎户座”的设计升限可达9144米。

“猎户座”无人机采用了三余度飞行控制系统，空重不到2350千克，最大起飞重量可达5070千克，在携带454千克任务载荷时，还可以携带2270千克燃料。它的最大速度为222千米/时，巡航速度为157千米/时，最大航程为24140千米。在空中保持24小时任务状态下，作战半径为6440千米。

打破飞行纪录

2013年8月24日，“猎户座”验证机进行了首次飞行，在空中持续飞行了3小时31分钟。无人机在飞行中以111千米/时的速度达到了约2500米的海拔高度。按照固定价格验证合同，极光公司需要在2014年12月19日之前满足了一项验证试飞要求，即能够执行80小时的飞行。

为此，该公司根据预算安排了3次试飞，在第一次尝试中，“猎户座”无人机在空中飞行了3小时后不得不返回，以便重置它的飞行终止系统。12月5日，这架无人机在美国海军空战中心位于加利福尼亚州莫哈韦沙漠中的武器分部试验场实施了第二次飞行，成功地打破了无人机续航时间纪录，并将飞行时间累积到158小时，最大高度达到5486米。此次也是“猎户座”无人机的第18次飞行。