美国气象无人机简介

1、气象无人机简介
气象无人机主要用于远程气象监测和侦察目的，是专为海洋、边远地区、战区和不利天气条件下气象和环境侦察而开发研制的。

起初，气象无人机多由通用无人机改装而成。

随着计算机、微电子、通信、信息、材料等技术的不断发展，近年来国内外也在研制专门用于气象和环境侦察的气象无人机。

气象无人机具有经济、机动、灵活的特点，使用范围广，既可对热带气旋和其他危险天气进行系统性监测，也适用于军事侦察及其他领域。

无人机气象探测系统由飞机系统、有效载荷、地面设备组成。

飞机系统包括飞行器平台、推进系统、导航系统、飞行控制系统、起飞／着陆系统机载部分、数据链路机载部分等。

起飞／着陆系统的机载部分与地面部分配合，完成无人机的发射与回收。

推进系统提供无人机的动力。

导航系统可以通过卫星导航、预警机指引、地面导引以及无人机自身的目标发现与跟踪能力为无人机系统完成战术任务提供导航和目标信息的保障。

飞行控制系统是无人机机上部分的核心，它监视、控制和指挥其他机载子系统，接受地面站发出的指令，协调机载各子系统的工作，并把无人机的状态及其他需要的信息通过数据链路发送给地面站，在地面站的监控和指挥下，控制无人机完成预定任务。

有效载荷包括温度、湿度、气压、风速、风向、电场等气象参数测量设备，完成飞行区域的气象参数测量。

地面设备包括地面辅助设备、地面监控分系统、起飞／着陆系统地面部分、数据链路地面部分等。

起飞／着陆系统的地面部分是完成无人机发射、回收的重要保证。

数据链路的地面部分与机载部分协同工作，提供地面站与无人机的通信，实现对无人机的监控、指挥，完成预定的作战任务。

地面监控分系统监视、控制和指挥其他分系统工作，给操作员提供全面的环境信息和无人机状态信息，根据操作员的命令安排各个子系统完成预定的任务。

对突发的事件做出合理的反应，并及时通报给操作员。

2、美国气象无人机介绍
用于气象研究的无人机已问世30 多年。

早在1973 年10 月，美国航空航天局就
开始研制“小型取样器”系列无人机，主要用于研究边远地区的高层大气。

1974 年，南非国家动力学有限公司开始研制低成本的小型ND-100 型无人机，用于大气采样和风暴研究。

但早期的气象无人机由于性能不太理想，未得到广泛应用。

为了提高目标区天气信息获取能力，1987 年美国空军与洛克希德公司签订了“打击前天气监视／侦察系统”概念验证合同，利用成熟的货架设备和政府提供的机载能见度仪（A VM），设计了吊舱式机载天气侦察系统。

随后针对无人机安装使用需求，进行了气象传感器小型化，开发出无人机模块式天气侦察有效载荷。

该项技术后来被移植到民用无人气象探测飞机的开发上，洛克希德公司、道格拉斯公司和奥罗拉（Aurora）公司相继开发出了被称为“无人驾驶飞行器”和“柏修斯”（Perseus）气象无人机。

随着科学技术的进步，20 世纪90 年代以后，尤其是海湾战争期间，光靠气象卫星提供战区气象信息不能满足作战需要的现实，使作战指挥人员和气象保障人员认识到，必须大力发展低成本小型无人机来获取战区气象信息，这种军事上的需求推动了气象无人机的进一步发展。

美国气象无人机主要有以下两种：
（1）柏修斯（Perseus）
柏修斯是一种高空大气研究无人机，由1989 年建立的飞行科学公司从事研制生产，供美国能源部用于全球性气候变化的科学研究。

其方案的技术验证机于1991 年11 月8 日首次飞行，全尺寸样机尚在研制中。

其外形由竞赛中获胜的滑翔机转化而来。

大展弦比的上单翼，短舱加尾梁式机身，十字形尾翼，大直径推进式螺旋桨。

机身骨架为4130 铬钢，碳纤维翼梁和预浸渍碳纤维尾梁。

空气动力面为蜂窝、石墨和芳纶布的复合材料夹层结构，前
三点式起落架。

用一台85.8 kW 的Rotax914 型四缸四冲程发动机，附加三级涡轮增压器和电喷、电控装置，可变桨距的推进式双叶螺旋桨，发动机液冷通过涡轮增压器内部冷却器和机翼下部散热器实现。

采用VME 总线飞行计算机、GPS 导航、无线电指令上行链路、C 波段视频下行链路。

通过机载G 波段雷达信标进行高空跟踪。

利用卡车牵引起飞，可飞行到燃料耗尽，无动力减速到跑道着陆，降落伞用于应急回收。

柏修斯A：设计用于平流层大气研究。

使用以液态氧和汽油为燃料的闭环发动机。

制造了两架并于1993 年12 月21 日首飞，1994 年4 月 2 日完成首次闭环飞行，早期飞机要装50～100 kg 载荷飞到25 000 m 高度。

典型任务包括臭氧层研究和高速商用运输机的环境冲击研究。

目前参加NASA 的ERAST 计划。

柏修斯B：设计用于上部对流层和下部平流层的研究。

和A 型相比，把飞控系统集成化，改进了结构并采用了三级增压的发动机。

1994 年10 月7 日首飞。

任务载荷为下投式探空仪，B 型可布放24 个下投式GPS 探空仪，从而提供温度、压力和湿度的垂直剖面。

（2）提修斯（Theseus）
提修斯是一种高空长航时大气研究无人机。

1989 年在美国科学发展基金支持下开发，但1995 年让位于柏修斯无人机，最后又把开发柏修斯时在气动、结构、动力和飞控系统方面积累的经验用在该机上。

1994 年 6 月订立开发合同，11 月通过设计评审，其任务为平流层区和平流层／对流层转换研究、遥感、飓风探测和作战气象学研究。

任务载荷与柏修斯无人机相同。

非常大展弦比的上单翼，T-形尾翼布局，两台发动机装在翼下吊舱内，推进式螺旋桨，前三点起落架，全复合材料结构，运输时可将尾翼及外翼拆除。

任务载荷装在机头及发动机舱的前半部。

首架飞机采用两台59.7 kW 的Anon II a 四缸四冲程涡轮增压活塞发动机，两叶推进式螺旋桨，燃料量1135 L。

第二架飞机采用两台带涡轮增压器的涡桨发动机，每台额定功率为261 kW，能在25 000 m 高度上输出功率119 kW，三叶推进式螺旋桨。

常规跑道起飞和着陆。