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單兵飛行器
來源:互聯網

單兵飛行器是供單人飛越較短距離(如河流、布雷區、鐵絲網、降礙物、峽谷等)的輕便裝置。人可借以做上升、下降、懸停、平飛等動作,在軍用領域和民用領域都具有十分廣闊的發展前景。

單兵飛行器的研制工作始于20世紀50年代,其特點小巧玲瓏、機動性強,生存力強且受受地形和氣候條件限制小。具有突然襲擊,突破防御,奪占據點,支援登陸作戰,深入敵后襲擊等作用。截至2020年12月,世界上所有的單兵飛行器中,速度最快、飛行距離最長的,當屬前瑞士戰斗機飛行員伊夫·羅西發明的Jetman飛行器。該飛行器重54kg,采用飛翼布局,翼展2.4m,飛行器的動力來自4臺JetCatP-200微型渦噴發動機,主要為金屬材質,除了發動機,其余部分都用航空級鋁合金制造。

2023年12月,美國國防部高級研究計劃局授權多家公司創新研究便攜式個人空中機動系統。如果研發成功,這款裝備將于2025年列裝美國軍隊。這則新聞發布后,引發軍迷對單兵飛行器的關注。

歷史沿革

研制背景

單兵飛行器的研發歷程可以追述到20世紀50年代,美國國家航空咨詢委員會關于單人作戰用飛行平臺的可行性 的研究操作,但最初研究成果沒有得到實際應用。1961年,由貝爾飛行器公司的溫德爾·摩爾(Wendell Moore)發明的火箭背包在美國首飛,采用火箭發動機,共飛行21s,盡管試驗不盡如人意,但這一前瞻性的飛行器卻受到眾多飛行愛2好者的關注。

發展歷程

70年代初,美國曾試驗過一種單人背負式飛行器,上面裝1臺重約30公斤的小型輕便渦輪噴氣發動機,使飛行距離和留空時間都有所增加,到了80年代初,美陸軍又試飛成功了WASP-II型單兵飛行器,這種飛行器比前述的飛行器要先進得多。它以渦輪發動機為動力,推力為270公斤,由1人操縱,既可前進、后退,又能盤旋和橫向運動,可以靈活地垂直起降和空中停留,時速可達96公里/小時(27米/秒),懸停時間約30分鐘。

新西蘭MaritinAviation公司研制推進式單兵飛行器"馬丁飛行背包"MaritinJetpack,是世界上第一款實用型單兵飛行器,排在2010年《時代》雜志50項級發明之列。該飛行器可垂直起降,由兩側的2個V42.0L發動機輸出200馬力驅動兩臺涵道螺旋槳產生動力 81,最高時速161km/h、最大飛行高度3048m,可保證在1000m高度以74km/h的速度飛行超過30min,不載人時可以載重140kg的貨物飛行,同時,可折疊放在汽車車廂。系統采用垂直起降,使用電傳操縱技術和彈射式降落傘系統。2015年,迪拜警方就購買了20臺,用作高層建筑物防火偵察用。

2019年7月14日,在法國舉行的國慶節閱兵儀式上,法國“飛行滑板” FlyboardAi發明者弗蘭基·薩帕塔(Franky Zapata)手持一支步槍,穿著飛行滑板在香麗舍大街上空飛行展示。該產品是下一代先進的個人移動設備。使用6個小型渦輪發動機提供矢量推力。FlyboardAirEXP結合了多種安全冗余功能和ZapataTN專用平衡算法,以在發生控制通道中斷或多次失效時提供降級和安全著陸。最高速度150km/h,最大高度1524m,油箱23.3L,最大持續飛行時間10min,裝備重量25kg(不含燃料),最大載重102kg。并在2016年創造了"懸浮滑板"(hoverboard)最遠飛行距離的吉尼斯世界紀錄,達到12252m。

2020年4月,英國一家航空救援公司曾對“噴氣背包”開展救援測試。醫療救護人員穿戴“噴氣背包”進行飛行試驗,快速抵達懸崖、山澗等地點實施救援,有效彌補了直升機無法在復雜地形降落的劣勢。2023年12月美國國防部高級研究計劃局授權多家公司創新研究便攜式個人空中機動系統。如果研發成功,這款裝備將于2025年列裝美國軍隊。這則新聞發布后,引發軍迷對單兵飛行器的關注。

截至2020年12月,世界上所有的單兵飛行器中,速度最快、飛行距離最長的,當屬前瑞士戰斗機飛行員伊夫·羅西發明的Jetman飛行器。飛行器重54kg,采用飛翼布局,翼展2.4m,飛行器的動力來自4臺JetCatP-200微型渦噴發動機,主要為金屬材質,除了發動機,其余部分都用航空級鋁合金制造。羅西曾先后駕駛單人飛行器飛越了阿爾卑斯山脈英吉利海峽。

中國發展

由于航空管制仍未完全放開,中國國產單兵飛行器的研發和市場開發十分緩慢。"狩獵鷹"旋翼機由陜西寶雞專用汽車有限公司生產,該機是德國AutoGyro公司生產的MTOsport串列式敞開座艙旋翼機的國產化改型,這也是中國唯一獲得民航總局適航資格證的旋翼機。

2024年11月,單兵飛行器在第十五屆中國國際航空航天博覽會上亮相。

技術特點

高效推進技術

要實現單兵的離地、高速飛行,推進技術是關鍵,推進器需滿足推力大、重量輕、體積小、功耗低等要求。推進技術主要包括小型噴氣式發動機、涵道發動機、過氧化氮發動機、大功率旋翼等,目前小型噴氣式發動機是比較適合單單兵飛行器的推進方式,需進一步提升推重比,同時但考慮到到安全、方便等因素,還需考慮發動機的散熱及與人體的隔熱。

結構輕量化

單兵飛行器的結構設計既要考慮強度、剛度等傳統結構設計因素,更應加大新型復合材料的研發及應用力度、最大程度減輕機體結構重量[18]結構輕量化技術也是飛行器設計的關鍵技術,但是也將面臨防護能力不足等問題。同時,為了實現方便攜帶,還需研究飛行器的變結構設計。

飛行智能控制技術

由于飛行員和飛行器的重量接近,飛行員在飛行中可能出現不可預知的晃動、肢體運動等,導致飛行器的重心劇烈變化,這對飛行控制技術提出了新的挑戰,針對不同飛行員的重量、身高臂展等因素,還對需考慮飛行控制器的魯棒性。此外,為發揮單兵飛行器的最大效用,還需搭建全方位的地面飛行管理系統,實現與其他飛行器的實時通信,并實時監測大氣飛行環境和著陸環境,保障飛行員安全。

能源技術

單兵飛行器的瞬時功率需求大,目前普遍以汽、柴油等化石燃料作為能源,存在消耗快、補給難等問題,不能滿足飛行器的長時、長距離飛行要求。未來,需突破空中能源快速速補充技術,同時,需研發高比能量電池技術和提升太陽能充電等能量補給效率,擴展飛行器能量來源渠道。

典型型號

美國H202系列單兵飛行器

H202系列單兵飛行器由美國JetPI公司制造,其發動機使用低燃性過氧化氫二氧化氮相互作用產生推力。H2102-Z飛行背包是目前世界上最輕最小的飛行背包,整機約為56kg,能攜帶81.6kg的飛行員,最大飛行速度可達到124km/h。其發動機能產生近136kN推力,全部飛行時間33s,燃料箱容積20L,飛行距離可達762m。

德國"獅鷲"單兵飛行器

德國ESG公司研制的"獅"單兵飛行器,是一種類似蝙蝠式的翅膀,主要配備于空降兵(9)。其大量采用最新航空復合材料,自重約50kg,滑翔距離可達200km機身后部設置了2個小的垂直尾翼,可有效提高空中飛行時的橫向穩定定性,不至發生意外翻滾;機翼后方增加了2個可上下活動的的襟翼,實現了在飛行中上升和下降的可操控性。

中國旅航者空中Fl驗證機

由匯天航空航天科技(深圳)有限公司研發,最大載重200kg,載員2人,續航時間約20~30min,最高速度120km/h,折疊狀態下尺寸為2x1.2m,展開狀態為4.6×3.65m。具有無人自主和手動操控兩種控制模式,可垂直起降。

價值意義

單兵飛行器具備隱蔽性、靈活性等顯著特點,可大大提高士兵的作戰機動能力,使士兵的行動不再受到地理條件的限制,減少士兵傷亡。未來作戰中,單兵飛行器將扮演重要角色,將單兵飛行器結合我國裝備發展長遠規劃,優先在亟需領域開展技術攻關,形成裝備。除此之外,單兵飛行器還具有突然襲擊,突破防御、奪占據點,支援登陸作戰,深入敵后襲擊的作用。

參考資料 >

“飛行俠”離我們還有多遠.華夏經緯.2024-02-09

單兵飛行器亮相珠海航展,網友喊話求定制:誰能拒絕御劍飛行啊?.椒點視頻-今日頭條.2024-11-12

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