[據(jù)美國《航空周刊》網(wǎng)站2017年11月22日報道] 麻省理工學(xué)院（MIT）的航空航天學(xué)院與MIT林肯實驗室一直通過“海貍合作研究項目”開展創(chuàng)新性無人機研發(fā)。林肯實驗室代表了國防部投資者，向MIT傳達一些設(shè)計問題，之后MIT的學(xué)生便會努力解決這些問題。例如，MIT航空航天學(xué)院在2010-2011年開始設(shè)計和制造“山鶉”微型無人機，其可以由戰(zhàn)斗機的曳光彈發(fā)射管發(fā)射，在空中組成蜂群，自主開展ISR任務(wù)。“山鶉”無人機翼展30厘米，重量只有290克，可以在40-60節(jié)速度下飛行20分鐘。目前，戰(zhàn)略能力辦公室已經(jīng)接手了該項目，并在2016年由3架F/A-18戰(zhàn)斗機投放了由103架由這種無人機組成的蜂群。MIT航空航天學(xué)院教授漢斯曼表示：“‘山鶉’是我們的第二個項目，取得了極大成功，變成了國防部的項目。”

“山鶉”的成功讓林肯實驗室再次回到航空航天學(xué)院。從美國空軍得到的最新需求是研發(fā)寬不超過6.35厘米、長不超過43.18厘米、以馬赫數(shù)0.8飛行2-5分鐘、由戰(zhàn)斗機空射的“螢火蟲”微型無人機。這種無人機可以充當(dāng)誘餌，為戰(zhàn)斗機提供掩護。

“螢火蟲”的外形像一粒種子，機身后半部是火箭發(fā)動機，前半部安裝載荷、航電和飛行控制系統(tǒng)?？蓮棾龅臋C翼安裝在機身下部，可展開的尾翼提供飛行控制。加拿大Renishaw公司通過選擇性激光融化3D打印制造了“螢火蟲”的鈦合金機身，這也使其成為第一個3D打印火箭。“螢火蟲”的前后機身分別制造，并可通過扣合形成一體。Renishaw公司工程師馬克科爾比表示，3D打印可以完美制造出機身的薄壁，切削和鑄造都很難實現(xiàn)并且造價昂貴。雖然可折疊的鈦合金機翼由機械加工制成，但使用了3D打印的鈦合金彈簧。

針對無人機的發(fā)動機，漢斯曼說道：“目前沒有一架這種尺寸的飛行器可以以這種速度飛行，而且還得由戰(zhàn)斗機投放。目前沒有合適的推進系統(tǒng)，沒有這么小的渦輪發(fā)動機，對于電動機來說飛行速度太快，而對于脈沖噴氣動力來說又存在熱管理問題。”

MIT學(xué)生最后準(zhǔn)備使用固體燃料火箭發(fā)動機。雖然無人機在飛行時只需要5-10牛的推力，但是火箭發(fā)動機必須運行足夠長的時間以盡可能提高續(xù)航能力。漢斯曼對此表示：“這是前無古人的事情。”

如果固體推進藥燃燒過慢，將不能產(chǎn)生維持燃燒的足夠大的壓力。因此MIT在高氯酸銨推進藥中混合了乙二酰二胺抑制劑，以控制燃燒速率。設(shè)計出“山鶉”無人機的在讀博士托尼陶表示：“我們使用抑制劑冷卻火焰，并改變火焰結(jié)構(gòu)以降低燃燒速率。”

對于只能燃燒1-3秒的火箭發(fā)動機，在使用了低燃燒速率推進藥后，可以驅(qū)動0.91-1.36千克的“螢火蟲”飛行3分鐘。漢斯曼認為，這種低燃燒速率推進藥的優(yōu)勢是可通過改變抑制劑混合比改變?nèi)紵俾?，進而改變推力大小。

一般來說，固體火箭發(fā)動機推進藥都是從里向外燃燒的，然而“螢火蟲”的推進藥由后向前燃燒，燃燒產(chǎn)物經(jīng)過石墨/陶瓷尾噴口排出。另外，大多數(shù)的固體火箭發(fā)動機都是圓柱形的，但由于“螢火蟲”的曲線外形，推進藥的燃燒截面在工作過程中將隨著時間而改變。這也是為什么要在推進藥中加入抑制劑以控制燃燒的另一個原因。

目前，火箭發(fā)動機僅僅開展了部分燃燒試驗，全尺寸發(fā)動機目前尚未完成制造。由于固體火箭不能在常壓下點火，因此“螢火蟲”在發(fā)動機后部的固定面上安裝了激光點火器。點火器通過提高燃燒室的溫度和壓力，使固體推進藥達到燃燒點。發(fā)動機啟動后，點火器將從尾噴管被吹出發(fā)動機。

由于火箭發(fā)動機距離電子設(shè)備非常近，無人機的熱管理是又一個重大挑戰(zhàn)。MIT最初的想法是在機鼻處設(shè)計進氣道，通過導(dǎo)引自由來流進入冷卻管道使發(fā)動機和電子設(shè)備分離。但是最新的設(shè)計采用了保溫層，這樣可讓無人機在機鼻部分安裝載荷。

MIT的學(xué)生將在明年完成“螢火蟲”項目。漢斯曼說：“在某一時刻，我們將不再負責(zé)該項目研發(fā)，我們將確定這一刻何時到來。”

通過與林肯實驗室開展“海貍”項目，MIT的學(xué)生可在與美國防部保持距離的前提下，開展與作戰(zhàn)相關(guān)的技術(shù)研發(fā)。

之前的項目包括為國防高級研究計劃局（DARPA）實施的無人機靈活制造項目，不同尺寸和任務(wù)的無人機可以擁有相同的基礎(chǔ)設(shè)計。使用相同的梯形模具和現(xiàn)有的不同長度的碳纖維，MIT制造了長航時、可背負攜帶的無人機，以及由3架攜帶收發(fā)分置載荷無人機組成的系統(tǒng)。

學(xué)生也制造了為了測試天線樣式的低反射率無人機。面向海軍研究實驗室，MIT設(shè)計了可以在海上作戰(zhàn)的“蜻蜓”無人機。這種無人機是水上飛機，可以自主著落并在大海上充電，配裝的自動復(fù)原系統(tǒng)使其可以自動旋轉(zhuǎn)安裝在機身下部的浮筒，使無人機始終保持豎直狀態(tài)。

MIT最新的“海貍”項目成果是“叢林貓頭鷹”長航時無人機，其重20千克，可攜帶9.1千克的通信或監(jiān)視載荷在4572米的高空飛行5天。空軍最初的想法是使用太陽能動力，但是考慮到無人機必須于任何季節(jié)在高緯度實施災(zāi)難救援任務(wù)，無人機最終使用了5馬力的小型汽油活塞發(fā)動機和長7.3米的滑翔機翼。“叢林貓頭鷹”無人機于今年5月首次飛向藍天。（航空工業(yè)發(fā)展研究中心 袁成）