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  作为一个自认为不是普通,但又不文艺的喵,对于“高空长航时无人机”这个名词首先出现的是X-37B飞机,▓其各项指标都满足字面上的意思

  比如,其轨道高度虽然是高度保密的,但是有分析人士认为其轨道高度为410千米,飞得够高的吧。2010年的首秀就飞出了224天的纪录,随后的试验不断的刷新在轨飞行纪录,最近的一次纪录是在轨飞行718天,▓航时很长了吧。它还真是一架无人航天飞机。由于没有载人,不需要配置人员的给养,如果不进行频繁的变轨,只进行轨道维持的话,以目前的技术水平无人化的航天飞机飞个十来年是没有问题的

  通常意义上的高空长航时无人机主要指的是在大气层内飞行的飞机,其飞行高度在18千米以上,持续飞行时长24小时以上

  虽然现在无人机的种类和型号非常多,但是真正达到这个指标的无人机还是屈指可数的,说明研制这样一款飞机的难度是非常的高,也就意味着它的研发、▓制造、使用、维护的成本就非常的高。比如,我们非常熟悉的“全球鹰”,根据公开文献《“全球鹰”无人机系统项目费用和效能分析研究》,其研发成本在36亿美元,▓单机采购价格在1.2亿美元,每小时费用在4000美元。既然飞机这么贵,有么有可以替代的产品,▓比如飘个气球,放个飞艇,或者是干脆扔个卫星上去

  无论是气球还是飞艇,都是浮空器,要做到搭载与飞机差不多量级的有效载荷重量,那么就意味着其排开空气的质量减去自身的重量要大于或等于有效载荷的质量。随着海拔高度的增大,▓大气密度将减小,▓比如18千米的大气密度相当于海平面大气密度的1/10,相当于海拔高度5千米的1/6,在有效载荷不变的情况下就需要气球或者飞艇本身的体积变大,由此带来的结构重量的增加,载荷系数的减小,然后不得不再次放大。于是就进入了面多加水,▓水多加面的循环,▓最后算下来,其研发、制造、使用、维护成本一点都不会比相同飞行高度、相同有效载荷重量的飞机少。再加上其天生的慢速性能,并不能完全取代高空长航时无人机。以美国为例,美军投资了70亿美元用于资助15个飞艇项目,其中高空飞艇项目才4个,经费仅仅5.2亿美元,其中3个失败,1个保留(来源:《美军临近空间飞艇项目建设情况及启示》)说明高空飞艇的技术还不是很成熟,还不能应用于作战环境,以至于向来财大气粗的美军也不敢在上面胡乱的花钱

  至于卫星,当前热火朝天的民用航天在微纳卫星制造技术、低成本发射技术上不断进步,之前对地观测卫星高成本的问题有望得到改善。同时,随着卫星星座的部署,▓将来可以实现对同一地点的快速重访。此时就不是扔一颗卫星上天,而是扔一群卫星上天

  根据长光卫星技术公司的估计,在2030年实现138颗卫星的部署,能够实现对同一地区10分钟的重访。但是,也不便宜。按照一颗卫星平均100千克计算,低轨发射成本为1千克5000美元,不计算卫星本身的成本,▓单纯是发射成本就达到了6.9亿美元。由于是低轨卫星,▓在大气阻力的影响下,需要不断的消耗自身携带的燃料进行轨道保持,在重量受限的情况下,其使用寿命在1-2年左右

  换句线年的时间里进行星座补充,这个对于动辄使用20-30年,飞行寿命5000-10000小时的飞机来说,是不可想象的

  综上所述,好像我每次写类似的文章首先都在考虑钱的事情。好吧,毕竟,前人说的好,大炮一响,黄金万两,在当前这样的高科技战争时代,▓打仗就是砸钱的游戏

  当然了,我们也不能老是掉钱眼里,盯着钱看,高空长航时无人机还有其重要的特点

  1、首先无人机不需要飞行员坐在飞机上,于是飞机上也不需要为飞行员提供保障装备,可以把宝贵的重量用于作战任务需要。比如,多加点油,飞得久一些;多载些设备,看得清一些

  在无人机大家族中,高空长航时无人机也才寥寥几个型号,难度自然很大。主要难度包括了发动机、气动设计、数据链路、能源供给等几个方面

  一说到发动机,大家就想到的大概就是推力的问题,话说牛~的推力都能带着板砖飞。但是,对于长航时飞机来说,发动机的可靠性却是非常重要的指标,不能说计算下来能飞48小时的飞机,结果发动机平均无故障时间才20个小时,这不是掉链子么。自行车掉个链子还能停下来修理一下,这个飞在天上的飞机要掉个链子……其次才是推力问题

  对于通过燃烧做功产生推力的,比如活塞式发动机、喷气式发动机,都需要空气。随着高度的增加,空气密度的减小,发动机的做功能力下降,造成了推力的损失。不过,好在比如电动机就不大受空气密度的影响,但是电机驱动做功的螺旋桨效率还是跟空气密度密切相关

  此外,无论何种发动机在做功过程中不仅产生了推力,还会产生多余的热量,空气密度的降低带来了对流换热效率的降低,于是热交换器的复杂程度和外形尺寸也随之增加。当前能够设计、生产高空长航时使用的各型发动机还是比较少,急速飞艇pk10两期计划网页♠1001ch◆com因此就造成了无人机型号不多的局面

  飞机的阻力包括了升致阻力和零升阻力,简单的说,一个是跟升力有关的阻力,一个是升力无关的阻力。产生升力需要的升力系数跟密度是成反比,升致阻力系数又跟升力系数的平方成正比,当海拔增大时,密度减小,飞机飞行需要的升力系数增大,升致阻力系数增大更加明显

  此外,对于高空长航时无人机来说,其飞行速度并不快,因此与升力无关的阻力主要还是摩擦阻力构成。摩擦阻力与雷诺数密切相关,而雷诺数又是跟密度成正比。随着高度的增加,密度的减小,摩擦阻力系数就会非线性的增大。如果不能够很好的降低飞机的阻力,即时这个飞机能够飞得够高,但是也飞得不长久。解决办法就是不断的优化机翼剖面的设计和机翼外形的设计

  世界那么大,我想去看看。洲际民航飞行也就是10几个小时,对于长达24小时以上飞行时间无人机,总不能就在家门口绕圈圈,必然会去很远的地方去看看风景,那么通讯就成了关键。不仅需要有足够的通讯距离,足够的通讯带宽,还需要足够短的时间延迟

  “全球鹰”无人机作为比较成熟的高空长航时无人机,要装油的,为了飞得远,这个油还得装得多。这个就类似你出去旅游还把几天吃喝的东西都背上,看着都累,如果能轻装上阵就好多了,比如走在路上随时补给不是很好么?大概在很久以前有这么个吃货萌发了设计太阳能无人机的想法

  太阳能无人机通过将太阳辐射转换为电能,在白天的时候,一部分电能用于驱动电机做功,一部分电能在蓄电池里存起来,用于晚上没有电的时候驱动电机做功

  太阳可以简单的想象成一个固定瓦数的灯泡,由于地球运行轨道是个椭圆形,因此,在大气层外围的太阳辐射数值随着月份的不同而不同。对于北半球的我们来说,是冬天的时候大气层外围的太阳辐射最大,这个貌似很反直觉。随着太阳光线进入大气层,大气层中的气体分子、尘埃、水蒸气等就开始不断的消耗太阳的直接辐射能量,太阳光穿过大气层的距离越长,消耗的能量越多。早晚的时候,太阳光穿过大气层的路径长,中午的时候,太阳光穿过大气层的路径短。因此,同一地点,▓中午的太阳辐射值大于早晚。▓所以,太阳能无人机飞得高不仅仅是为看得远,看得广,更多的是能够更好的吸收太阳的直接辐射能量

  太阳能无人机的技术难点很多,除了常规高空长航时无人机会遇到的问题外,还需要解决超轻结构设计,能源管理,飞行策略,大柔性体飞行控制率设计等等



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