微型直升機，也叫迷你直升機（helicopteMini Helicopter；Miniature r），納米直升機，是挪威Prox Dynamics公司2009年05月06日前研製出的、一款迄今世界上最微小的、被命名為“PD-100黑黃蜂”的直升機。
基本介紹
- 中文名：微型直升機;迷你直升機；納米直升機
- 外文名：Mini Helicopter；Miniature Miniaturer
- 研製公司：挪威Prox Dynamics公司
- 研製時間：2009-5-6
- 最初型號：PD-100黑黃蜂
套用,研製難點,發展前景,型號舉例,
套用
微型直升機體積只有一個香菸盒大小，可以裝進口袋中，可持續飛行時間約25分鐘，只需要短短數秒鐘就可以起飛，並且很快就能在遙控裝置的控制下抵達設定的位置。它可以可用於未來的間諜活動或者戰場偵察，很方便地接近敵對位置，或者，進入遭受污染的建築物內進行探測。
偵察和監視
微型直升機攜帶能全天候工作的圖像感測器後，非常適宜在50m高的空中執行偵察任務。它可以貼近目標實時偵察，尤其是對偵察衛星和軍用偵察機監視不到的死角或人員無法達到的地勢險要地區進行偵察，還可以部署到適當位置，充當固定的，不被注意的地面感測器，並能實時準確地把偵察到的信息傳送回來。
突襲
微型直升機雖然尺寸小、有效載荷量有限，但如果裝上一些高效能彈藥或者一些非致命性武器，就能趁敵不備實施各種突襲和打擊任務。
通信中繼
微型直升機裝上攝像機和傳送機後，能拍攝有用鏡頭或畫面，並能實時傳輸給作戰指揮中心或前線士兵手中的微型計算機。它不必擔心人員傷亡，若被擊落，則可及時再傳送新機繼續執行任務。
電子干擾任務
微型直升機可充分發揮隱身性能好的長處，攜帶微型電子干擾機，飛抵距敵雷達、通信設施工作區足夠近的地方，實施有效的干擾。如果幹擾效果不理想，可增加飛行器的數量，實行“集群干擾”的戰術。
生化探測
在遭敵核、生物、化學武器襲擊後，攜帶特殊設備的微型直升機可以飛入污染區的上空，進行仔細周密的探測，而不必考慮人員傷亡問題。
此外，微型直升機還可以執行目標指示，為被擊落的飛行員提供信息或給搜尋救援人員發射求救信號等多種任務。
在民用方面，微型直升機可用於生物和化學物質檢測，交通監視和城市情報蒐集，大氣探測和行星探測。微型直升機在行星探測方面具有很大的優勢，因為把每一克重量送上行星的費用都很高，而它的重量卻很輕。
研製難點
微型無人飛行器與有人駕駛飛機一樣有各種構型,有固定翼的、也有直升機型的,內部結構仍然複雜,同時,研製過程中又遇到一些研製大型飛機所沒有遇到的難題。
低雷諾數空氣動力學
在空氣動力學裡,有個很重要的參數叫作雷諾數,它表示的是物體的慣性力與粘性力的比例。同時它與物體尺寸也有很大關係,尺寸大了雷諾數也就大了。現在研製的飛行器,雷諾數都較大,一般為幾百萬到幾千萬,相應的升阻比可達到15~20。而尺度很小的微型無人飛行器,雷諾數只有幾千到幾萬,升阻比約在3~5左右,這樣許多流動現象都發生了變化。雷諾數小時,空氣流動情況是較有規律的層流,而雷諾數大時,就變成湍流,它的速度等方面都變得非常凌亂,阻力也相應的變大了。所以要研究這種低雷諾數的飛行器,不能照搬大飛機的技術。
由於雷諾數大都在幾千到幾萬之間,空氣動力學主要研究的是粘性問題,而對這方面的分析和設計工具極少,經典翼型和機翼的有限元分析和設計方法在很大程度上能否在低雷諾數氣流區適用還不清楚;流場的高粘性特性、附面層厚度大大增加了產生大範圍分流層的可能性,可能導致微型無人飛行器的性能和以較高雷諾數試驗為基礎所預測的性能有很大差異;此外,人們對這個尺寸範圍內的一些空氣動力特點了解得很少,對提高性能的方法也一直未進行研究;由於氣流是粘性的,因此原來用於設計螺旋槳和旋翼的一些簡單工具已不適用,基本的設計原則也不適用了,為此針對研製微型無人飛行器的需要,應當建立低雷諾數空氣動力學。
微型製造技術
為了達到所要求的升限比,必須製造光滑的三維面機翼、螺旋槳。傳統的微型製造技術能製造出所要求的尺寸部件,但是其產品的光滑度不夠。為了得到所要求的光滑三維面,就必須重新考慮所用的一般工藝流程,而且傳統的機械加工方法一般不適用於製造50m厚度的部件。
自從納米技術得到較大發展以來,人們在製造這些微型元件的能力方面又上了一個台階,但是納米技術畢竟還是一門新生的高新技術,有很多東西還停留在理論研究和實驗室階段,還需要進一步加強研究和推進科技成果產業化進程。
動力和控制系統
雖然可以使用的高能量電池越來越多,但要找到適合微型無人飛行器使用的高能量、大電流、大功率的超小電池仍是不容易;同時對微小部件的控制問題也很突出,因為元件、飛行器的尺寸小,持續穩定工作的時間很短,電機與飛行控制感測器的質量和尺寸以及製造工藝受到限制。
發展前景
參與研製工作的科學家們構想，這種微型直升機可以配備給在前線作戰的士兵，這樣他們就可以對整個戰場環境隨時進行偵察和了解，提前獲知周邊存在危險。微型直升機攜帶有微型相機，它們可以適時傳回各種圖像。美國軍方也正在培育體內植有電腦晶片的“半機械昆蟲”，它們背上安放有偵察裝置，可被遙控按照人的想法四處飛行。報導說，美國政府和私營實體的一些人承認，他們正在研製這種偵察器。“半機械昆蟲”可以跟蹤嫌疑人、引導飛彈命中目標或在倒塌建築的各個角落搜尋倖存者。
型號舉例
黑寡婦無人機
黑寡婦(BlackWidow)是航空環境公司為美國國防高級研究計畫局的原創微型無人飛行器技術計畫研製的第一種微型無人飛行器。航空環境公司介紹:黑寡婦微型無人飛行器達到或超過該研究計畫規定的所有目標,其中最大尺寸15cm、飛行距離1.5km、續航時間30min、飛行高度244m。它可由下行鏈路傳輸彩色視頻信息,並可從質量不超過1kg(包括飛行器)的手持盒中自主發射。黑寡婦最終型的螺旋槳效率達到82%,最大速度約64km/h。具有的特點包括保持高度、空速和航向的自動駕駛儀,並帶有偏航阻尼。黑寡婦能夠裝載質量不超過2g的彩色攝像機,連續攝像。它還能容納質量不超過2g的視頻下行鏈路發射機,加上質量5g的全比例無線電遙控系統和0.5g的制動器。
微星無人機
微星(MicroSTAR)是桑德斯公司根據美國國防高級研究計畫局1998年4月與該公司所簽訂契約正在研製的微型無人飛行器。微星無人機的發射質量是85g,總的電能功耗是15W。它的機身質量為7g,處理/存儲電子元件質量為6g(比預先估計的2.5g有所增加),照相機/透鏡總質量為4g,電動機及其螺旋槳的質量為20g,功耗為9W,而原先分配值分別為13g和7W,最大的一個質量配額是它的鋰電池。
該微型無人飛行器執行飛行任務的時間在20min至60min,飛行距離大約為5km(或者在視距控制下增加一倍)。它的巡航速度一般為56km/h,高度為15m至90m。視景(vision)W5404感應裝置可以提供足以識別一般人大小的目標圖像,它將通過哈里斯公司的PRISM無線電通信鏈路把信息傳送到由兩塊PC卡構成的地面控制板。
PD-100黑黃蜂
美國特種部隊追隨英國腳步，對“PD-100黑黃蜂”進行檢驗測試，而英國早已於2013年就投入軍用。與大疆幻影(DJI Phantom)和大疆Inspire這類商業無人機不同，PD-100黑黃蜂為一款微型高科技“直升機”，設計非常之隱蔽，手掌大小，重量僅為18克，相當於3-4張列印紙。其微小輕便，長距離飛行能夠真正實現隱身。然而，就這樣一個小傢伙的造價竟高達4萬美元(約合人民幣25萬元)。據悉，PD-100黑黃蜂由挪威Prox Dynamics公司研製，在啟動飛行之後，它就像真的昆蟲一樣嗡嗡作響。持續飛行時長約25分鐘，航程達2英里(約合3.2千米)，攜帶普通相機和紅外攝像頭，用以拍攝靜態圖片、捕捉動態影像。PD-100黑黃蜂“直升機”通過地面遙控和實時取景器操作飛行，也可通過GPS自動駕駛儀設定成自動飛行模式。閒置時，2架小無人機可以輕鬆藏在士兵身上，置於口袋。
