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  钛合金伞翼无人机
 

顾名思义,伞翼机或伞翼航空器是以伞翼作为升力面而飞行的,近些年来它得到了很大发展,不仅是飞行爱好者得心应手的运动装备,而且在军事领域有着广阔的应用前景。图1是加拿大研发的“雪雁”伞翼无人机的机体,据称美国特种部队已订购了200多套“雪雁”。它拥有6个模块化货舱,采用软式伞翼,动力为罗泰克斯活塞发动机,可携带的载荷约272kg。

图一   加拿大研发的“雪雁”伞翼机系统

“雪雁”实际上是一具无人飞行器,由方形翼伞提供升力,一台82.1kW罗泰克斯914UL发动机提供动力,可由C-130或C-17型运输机从空中投放,也可以由悍马越野车拖着从地面放飞,一次可投放272kg货物,飞行速度47km~55km/h,飞行升限7600m,航程942km,续航时间20h。“雪雁”系统含2部飞行器的价格为75.6万美元。据国内媒体报道,中国中航工业航宇公司也在研发类似的伞翼无人机,另外北方工业公司也在开发这类航空器,都取得了可喜的阶段性成就,达到了预期的目标。


伞翼机的特点

与固定翼飞机器相比,由于伞翼机作为升力面,因而具有体积小、载荷大、续航时间长、起降距离短、自稳定、控制简单、雷达反射面积小等优点。由此可见,在当前条件下,为满足低成本、大载荷、长航时、野外起降任务,伞翼机应该是一种优选的无人飞行器。伞翼机的不足之处是飞行速度慢,且易受气流影响。

图二    中国研发的350kg级钛合金伞翼无人机

是俯仰还是滚转,由于钟摆效应伞翼会自动恢复平衡。在设计上,伞翼的下拉式翼尖相当于双稳面,在空中会自动对正风向。若遇到强气流或紊流,伞翼可能会发生单边塌陷而夹翼,但通常不用旋转一周便会恢复原状,达到正常状态,不过高度不得低于50m。伞翼机很安全,不会出现失控式坠毁,它的下沉速度为1.5m/s~3m/s。

伞翼机的翼载小,为3.5kg/m2~4kg/m2,因此,起飞距离甚短,一般不可超过30m,采用低压机轮可以在草地或简易平整地坪上起降,是野外使用的理想无人机。伞翼的设计强度一般为10个g,增强型设计的能达到12个g,由于采用了多气室和伞绳分叉控制,通常100mm以下的破损不会影响正常飞机和执行任务。

中国伞翼机钛合金打造

据媒体报道,中国有两款伞翼无人机:一架350kg级(图2)的,一架150kg级,它们的骨架都是用钛合金制的。笔者认为,它们应当是用(α+β)型材料(型材、管材、棒材、锻件等)为主的半成品制造的,是一种产量最大与最成熟的钛合金,强度中等,综合性能好,在航空航天工业中获得了应用,可在400℃长期工作,是制造航空发动机风扇和压气机盘、叶片以及飞机梁、框、接头等零件的上乘材料。

至2016年中国投产的海绵钛厂约有23家,其中产能>5kt/a的有11家,为人熟知的是遵义钛业公司、洛阳双瑞万基钛业公司、锦州宝钛华神钛业有限公司、唐山天赫钛业有限公司等,它们各自生产能都分别>10kt/a,而洛阳双瑞万基钛业的达25kg/a;中国钛锭的生产能力已达120kt/a,其中宝钛股份公司生产能力不错,约占全国的24%。中国从2010年起钛材产量达38.3kt,占世界总产量34.3%,国内实际消费量35.6kt。全球航空航天工业是钛材的主要用户,约占总消费量的30%,而中国此领域的消费量只不过10%左右,但今后20年是中国航空工业的大发展时期,将迎来钛工业的高速持续大发展。

 
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