迈克尔A-多恩海姆/MichaelADorneim
当前一种比鸟还小的微型无人机已经显示出很有潜力的军用前景，它们可以毫不引
人注意的进行空中侦察活动，拍摄国家，并将其传回地面。尽管这些飞行器目前的性能离实
用尚有相当差距，但美国国防部正在大力资助和组织有关新技术的研制，预计在今后几年内
将会有惊人的进展。这种飞行器价格便宜、重量又很轻，因而可以配备到每一个士兵，不
会增加士兵的负荷，但却可大大增加士兵的作战灵活性，不仅可用这种飞行器进行侦察，还
可用来加强人员之间的联系和信息共享。
这种飞行器不象现在的无人机系统需要几个人来操作，还要装备配套的设备车辆，完全
由士兵自己独立操作，隐蔽性好。由于飞行器尺寸一般在10～15厘米量级，在空中飞行，
不仅肉眼很难发现，就是雷达探测器很难探测到，即使被“看”到也很可能被认为是一只普
通的小鸟而不会引起注意。研制人员估计，今后这种飞行器的尺寸将会进一步缩小成象一个
“苍蝇”那么大小，即使飞入房间、停在墙上也不会引起人匀的注意。
关键技术
制造这种飞行器的关键之一是机载设备微型化，包括作动器、电机、摄像和
其他有关部件。
关键之二是微型动力，既能装在微型飞行器内，又要能储备足够的能量，除维持飞行器
的飞行外，还能对机载设备提供能源。
关键之三是气动设计。这种小飞行器对应的雷诺数约1×106，气动研究人员几乎没有
涉足过这么低雷诺数的飞行器空气动力的研究，反而是昆虫生物学家更感兴趣。目前一些研
究人员正在研制一种“扑翼”式微型无人机方案，充分利用非定常流机理，类用类似“肌
肉”的作动器代替电机。
关键之四是自动控制系统。因为这种飞行器与无线电遥控飞机模型完全不同，需要能自
主飞行。
关键之五是用于数据传送的电源。因为飞机动力设备可以设法微型化，但作为传送某一
带宽的摄影图像的电源却很难缩小。
为了使最后实际使用的飞行器价格是可以接受的，尽可能使用市场上已经有的现有设备
和技术。技术攻关计划安排
美国国防部预研局从1992年就开始这种飞行器的论
证工作，并把它们的尺寸定义在一个蜂鸟的大小到1厘米之间。1995年组建了可行性研究
小组，1996年正成成立一个用户和研制人员联合小组，研制计划走上轨道。并于1997财年
拨款3500万美元制订一个为期4年的研制和验证计划。
当时国防部预研局提出这种飞行器尺寸不能超过15厘米，飞行距离要到10千米，飞行
速度70千米/小时左右，飞行时间20分钟到2小时。执行的任务包括侦察、目标指引、位
置探测、通信中继和危险物质探测。
研制工作由预研局战术技术办公室领导，初步分为二个研制阶段。
1997财年为第一阶段，1998财年为第二阶段。在第一阶段办公室与9个厂商签订了研
制合同发展专用技术。
在第二阶段办公室挑选了4个合同商进行方案研究，一个是瓦伊伦门特航空公司，让他
们提出针对开阔地带、城市和丛林地区三种不同环境下使用的飞行器方案。在后两种环境下
将需要可以悬停的飞行器，该公司已经进行了一些悬停飞行试验台的研制，最近又集中于带
机翼的能在开阔地带使用的方案研究。另一个是重航空公司。他们提出了一种称之为
“Hyperav”的悬停飞盘。重量约300克利用能量密度较高的液体燃料作动力。一般说来悬
停飞机的功率/重量比是常规机翼飞机的二倍。
第三个公司是M-DOT公司，专门研制一种微型气体涡轮发动机，推力为6牛，长8厘
米，直径4厘米，可以用在“Hyberav”上。
最后一个公司是IGR企业公司，专门研制一种固态氧化物燃料电池，产生的动力足以使
一个50克的微型飞行器飞几个小时，同时用作机载设备的电源。在第二阶段还有一些专
项技术的合同。
1.由桑德斯和洛-马公司的“臭鼬”研制组及通用电气公司的研究发展中心共同发展验
证一个称之为“微型星”固定翼飞行器，起飞重量约85克，可在山区和城市上空昼/夜拍摄
图像。
2.卢特罗尼克公司研究一种尺寸为10厘米的旋翼方案。
3.SRI国际公司和多伦多大学共同研制一种尺寸为15厘米的扑翼方案，用电致伸缩聚
合物“人工肌肉”作动力。
4.范德比尔特大学，专门研究微型飞行机械。包括仿制昆虫飞行动力。一种想法是通过
压电作动器驱动一个类似于翅膀的薄金属片产生共振。
5.加利福尼亚技术学院与瓦伊伦门特航空公司及加利福尼亚洛杉矶大学共同研究一种
重量仅为10克的扑翼机“微型蝙蝠”。机上带有微型话筒陈列，用于通过声音的寻的。
6.麻省技术学院，研制一种尺寸只有衬衫纽扣大小的涡喷发动机，可产生0.13牛的推
力，可用于50克飞行器的动力。这种发动机将用硅制造，较速可达每分钟1百万较。
7.D-STAR希尔顿工程学院。正在制造一种煤油内燃发动机，重量约20克，可产生20
瓦轴马力，可用于50克飞行器动力。
8.布莱克斯伯格公司技术部，正在探索可以从低效率小发动机回收废热的热电电机。
15厘米圆机翼方案
目前，在微型飞行器研制工作中取得最有实质性进展的是瓦伊伦
门特航空公司，现在已经制造一种15厘米直径的圆盘飞行器，可以飞行16分钟。公司研究
人员认为圆盘是最佳的布局，机翼面积最大，升阻比相对较高，采用的是2个高能量的锂电
池。公司还用镍镉电子作电源飞行器飞行了2.5分钟。
这种飞行器的功力是直接从市场上购买的直流电制电机，直接驱动一个螺旋桨。飞行器
的巡航速度约70千米/小时，升阻比3～4，升力系数约0.16机翼机积0.018米，不包括摄
像机等设备的飞行器重量为42克。
飞行器表面是用泡沫聚苯乙烯进行整流。
飞行器的主要结构是泡沫聚苯乙烯，局部用轻木料加强。
飞行器采用了通道飞行操纵系统，用来操纵油门、升降副翼或方向舱及升降舵，并装有
滚较陀螺增加滚较稳定性。
飞行器隐身性很好，空中飞行时几乎看不到也听不见，电机的噪声比一只鸟还低。根
据美国国防部预研局第二阶段的要求，伊伦门特航空公司的目标是，到1999年3月将使这
种飞行器具有按纽式发射(弹射)功能，至少飞行10分钟，航程1千米，并在这个航程内的
开阔地带具有高质量的通信能力，载有黑白电视摄像机可以发回高质量的黑白图象，从而使
士兵可以根据地面图象操纵飞行活动。
到2000年，该飞行器将装载彩色摄像机，使用航程将增加到3千米，飞行时间加长到
20分钟。借助于空速和磁罗盘的领航方式可以自动飞行到中途航站。届时要求机载设备，
如磁罗盘、空速指示器和稳定陀螺等的尺寸和重量将进一步减少。例如磁罗盘重量约2克，
微型风速计的重量0.5克，2个陀螺仅重1.8克，所有的导航组件重量将不到4.5克，而且
电耗极小。同时，公司将用计算流体动力学、风洞试验和滑翔试验深入开展低雷诺数空气动
力学机理，以便为找到更有效的气动外形
(双人译)
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