GE公司开发激光导航无人机自主空中加油技术

钱　辊

自主空中加油(AAR)技术是目前无人机自主化和智能化研究领域的一个热点，该技术不但可用于提升无人机的作战半径和作战效能，而且还可用于提升有人驾驶飞机进行空中加油的安全性和可操作性。尤其是在恶劣天气条件下，AAR技术可大幅降低飞行员进行空中加油时的技术难度和工作负担。正是因为AAR技术无论是在无人机还是有人驾驶飞机领域都拥有十分广阔的应用前景，所以，近年来美国军方、官方研究机构和多家防务公司正致力于AAR技术的实用化研究。比较有代表性的包括NASA德莱顿飞行研究中心(DFRC)，赛拉内华达公司(SNC)研究团队、美国空军研究实验室(AFRL)／波音公司“鬼怪”工程队研究团队、诺斯罗普格鲁曼公司和科巴姆公司等。最近，GE公司航空分部也加入了AAR技术的研究行列，并计划研制先进的激光导航AAR系统(AAR LNS)准备参与竞争美国空军和海军即将启动的AAR技术招标项目。

新颖的激光导航AAR系统

GE航空分部研制的激光导航AAR系统(AAR LNS)具有精度高、稳定性好、抗电磁干扰能力强的技术特点，它主要由四部分组成：光电网格生成和识别系统(EOGRS)、受油机定位系统(RPS)，双向数据链系统(BDL)和加油锥套增稳系统(DSS)。GE公司的激光导航AAR系统的独特之处在于：一个光电网格生成和识别系统(EoGRS)被装在加油机拖出的锥套上，并在加油机后部空域与锥套轴线垂直的平面内生成一个基于直角正交坐标系的二维激光网格(对人眼无害)。EOGRS系统生成的二维激光网格大约位于加油机后方100英尺空域，其网格刻度精确到英寸。而无人受油机上装载的定位系统可以识别和解码该激光网格所显示的空间坐标数据，并依据该坐标数据引导受油机探头与加油机锥套完成接近和对接。值得注意的是RPS系统被安装到无人机的可伸缩受油探头上只有在进行空中加油时才伸出机身外部，平时则收入无人机的蒙皮下，可以保证无人机的隐身性能不受影响。激光导航AAR系统还拥有一个双向数据链系统(BDL)，可将加油机锥套的空间坐标数据实时传输给受油机，以增加对接的精确性。

2009年6月下旬，GE公司已经使用欧米伽空中加油服务公司的K-707加油机对激光导航AAR系统进行了早期飞行试验，K-707加油机在其机身后部拖出一个美国／北约MA-3标准的软式加油锥套，其上装有光电网格生成和识别系统。此次试飞的主要目的是调校EOGRS系统激光发射机生成的空间导航坐标数据的精确度。在试飞过程中，试飞工程师收集EOGRS系统生产的加油机锥套空间坐标数据，并和通过光学设备、惯性测量设备和GPS定位系统等多种测试手段实际测量得到的锥套空间位置数据进行对比，以进一步调校EOGRS系统生成的空间坐标数据的精确度。

相对于竞争对手开发的AAR系统，GE公司的激光导航AAR系统并不依赖于GPS系统，仅依靠激光定位技术和数据链系统就解决了无人机自主空中加油的精确对接问题，因此，其抗电磁干扰性能要明显强于其竞争对手。

美国海军的加油锥套增稳系统(ASDRS)验证计划

美国海军明确要求其未来的舰载无人机必须具备自主空中加油技术(AAIR)，因此，诺-格公司的N—UCAV验证项目必须包括x一47B舰载无人机的AAR试飞科目，美国海军计划于2013年使用x一47B进行AAR技术飞行试验。届时，一架F／A一18E/F战斗机将安装完整的AAR系统充当加油机，和X-47B受油机进行伙伴空中加油试验。

但是，根据之前NASA德莱顿飞行研究中心所展开的软式锥套AAR试飞的经验来看，加油机锥套在紊流条件下的无规律摇摆幅度相当大(垂直摆动幅度达到0.15米，水平摆动幅度更是高达0.37米)，这为受油机探头和加油机锥套的精确对接制造了困难。因此美国海军正在向各大防务公司招标一种加油锥套增稳系统(ASDRS)，其主要功能是减小加油机锥套在紊流中水平和垂直摇摆的幅度，以求降低AAIR试飞的难度和风险，并计划在2010年上半年公布ASDRS系统的招标结果。美国海军计划于2012年7-8月，用F／A-18E／F模拟无人机进行ASDRS系统AAR试飞，并在2012年11月将ASDRS系统装到X-47B上进行AAR试飞。

为了满足了美国海军的要求，GE公司研制的激光导航AAR系统就特意增加了一套加油锥套增稳系统(DSS)，该系统的主要部件是固定在加油机拖出的锥套上的数个气动稳定面，其主要功能是减小锥套在紊流中的摆动幅度。GE公司航空分部已经在风洞中验证了该系统的增稳功能，试验表明DSS系统在典型的机翼翼尖涡流和发动机喷流产生的涡流环境中可显著降低锥套的不规则摆动幅度，达到了设计目标。下一步，GE公司计划在实际的飞行试验中测试加油锥套增稳系统(DSS)的抗素流扰动能力。

和GE公司的激光导航AAR系统相比，其他竞争对手研发的AAIR系统都不具备加油锥套增稳功能，因此，在满足海军的AAR技术需求方面，GE公司的激光导航AAR系统已经抢得了先机。

其他公司的AAR技术研究进展情况

早在去年，美国空军研究实验室(AFIRL)／波音公司“鬼怪”工程队研究团队就宣布要联合验证无人机对无人机的自主空中加油(UAV—UAV AAR)研究项目的第二阶段试飞技术，目标是完成“有人驾驶加油机

F-16 VISTA变稳飞机”的软管锥套式AAR试飞，试验中，将由F-16VISTA变稳飞机来充当无人机模拟平台，今年波音公司又表示在试飞项目后期，要动用其正在制造的“鬼怪鱼”无人机进行AAR技术验证试飞。“鬼怪鱼”无人机是波音公司在已经被淘汰的X-45C无人机的技术基础之上，自筹资金研制的一种新的无人作战系统验证机。从今年7月最新公布的照片中可以看出，“鬼怪鱼”的原型机机身上方保留了空中加油设备口盖，以便于波音公司验证AAR技术，为公司竞标未来美国军方更多的无人机项目打下技术基础。

而诺斯罗普·格鲁曼公司在美国国防高级研究计划局(DARPA)的支持下，也计划在2010年利用RQ-4“全球鹰”高空长航时无人机进行UAV-UAV AAR试飞。据报道，经过AAR技术升级后，“全球鹰”无人机的滞空时间将从现在的50小时延长到150小时，其航程提高3倍，单架次飞行的作战效能得到了成倍提升。“全球鹰”的AAR技术升级项目被命名为KQ-X项目，字母K代表加油机、Q代表无人机、x则代表试验探索之意，和NASA的X系列研究机的命名方式有异曲同工之妙。据报道，目前已有两架“全球鹰”无人机正在接受改装用于AAR技术研究，一架将安装软管式授油锥套扮演无人加油机的角色，另一架则安装可伸缩式加油管扮演无人受油机的角色。但是诺·格公司表示相对于同是该公司研

位于德克萨斯州的科巴姆公司(Cobham)是一家航空配套设备研发公司，尤其以研制空中加油设备见长，该公司已经向美国海，空军交付了超过1 000套各种型号的空中加油设备，包括挂载于小型飞机上的伙伴加油吊舱和大型加油机上的软，硬管空中加油设备。

科巴姆公司早在去年就宣布要在位于亚利桑那州的犹尤马试验场上空完成UAV-UAV AAR试飞，并宣称要先于美国军方和官方研究机构完成UAV—UAVAAR试飞的创举，并专门制造了两架翼展1.8米的小型无人机来进行无人机伙伴式AAR试验试飞，但是，据报道最近科巴姆公司已经放弃了在小型无人机上尝试AAR试验的努力，而将目光投向了实用价值更高的大型无人机的AAR试飞研究计划。目前，科巴姆公司正和星技术公司合作开发VisNav视频导航传感器系统，以求用于UAV-UAV AAR验证试飞项目。