彩虹无人机技术同空气动力的相互融合与推动

庆祝航天空气动力事业58周年，庆祝中国航天空气动力技术研究院成立10周年

  ■李锋

   无人机是当今全球科技发展的热点之一，现已有50多个国家装备了无人机，其中美国和以色列无人机装备数量已超过有人机。目前国际上无人机综合水平的领先者是美国和以色列，我国的整体水平紧随其后，也进入了国际先进水平之列。无人机是一种无人驾驶的航空器，它同导弹和有人机存在较大差别，导弹虽然也是无人驾驶，但导弹是以攻击为目的的一次性使用的飞行器，因此其可靠性和成本概念同无人机不同，最重要的是飞行控制理念不同，导弹的飞行控制是单一的制导，而无人机飞行控制是飞行管理。无人机同有人机的最大区别是无人驾驶，因此无人机的信息综合和飞行控制要更复杂，无人机的使用环境也与有人机不同，无人机更适用于危险环境和长时间使用。由于无人驾驶，无人机相对有人机成本大幅降低，这一点使无人机成为新概念和技术的探索试验平台，特别是验证空气动力相关理论和技术。

   空气动力是研究飞行器飞行中受力和响应的一门学科，核心目标是解决飞行器飞得了和飞得好的问题，是飞行器最基础的科学技术，也是飞行器先进与否最显著的外形特征。纵观飞行器的发展史，外形特征基本决定了飞行器属于哪一代（如F86、F15和F22），因此空气动力是飞行器发展原始创新的重要推动力之一。新中国成立以来，空气动力的发展都是围绕国家飞行器的研制，也就是仿制这一模式。改革开放以来，我国航空航天科技快速发展，现已进入自主创新阶段，空气动力围绕仿制这一研究模式已不适应飞行器和空气动力学本身的发展，结合无人机特别适用于空气动力新概念和新技术的试验验证平台的特点，中国航天空气动力技术研究院在2000年决定进入无人机领域，试图达到三个目标：建立飞行试验技术体系以推动科技创新、推动空气动力同多学科融合以及以科技创新模式推动无人机发展，即推动空气动力学科的创新和进步以及无人机产业发展的双丰收。

   作为空气动力基础研究单位，我们要建立这一既适应空气动力科技创新又适用无人机产业发展的工程技术体系面临的困难是很大的。首先从单位内部条件来看，由于无论是飞行试验还是无人机都是一种系统工程概念，专业分工广泛，而单位本身专业缺口较大难以满足工程研制需要；我们是从事基础和应用研究的单位，是以搞科研为主，其文化不适应复杂大系统工程的研制；无人机这样的系统必须要有一定的硬件条件来支撑，这也是我们面临的一大难题。其次是从外部条件来分析，飞行试验对空气动力创新的推动作用外界大环境几乎没有认识，而我们要搞无人机也可能是多余之举，也就是说获得国家和外界社会经费和项目上的支持可能性很小。种种困难摆在了我们面前，面对困难我们选择了一种先易后难、以战养战、不断跨越的战略，即利用已有的空气动力技术优势，采用其他成熟技术从中低端无人机做起进入市场，在这一过程中实现文化转型、团队和条件建设以及赢利的目标，在具有一定的基础条件之后，实现技术和经济跨越而不断地进步和发展。我们正式起步无人机研制始于2000年，经多年的努力，已基本完成了满足无人机系统研制和飞行试验的专业队伍、工程研制文化和硬件支撑的体系建设。在自身体系建设的同时，我们也在经济和技术方面取得了丰收，现今已是我国无人机批量出口最早和出口量最大的单位，年交付国内外用户无人机200架左右，完成科研和交付飞行试验1000架次，无人机产品种类丰富，国内属于首位，也是全球无人机型谱较全的制造商。

   在无人机十多年的发展轨迹中，我们坚持以空气动力的积累和优势推进无人机的发展，利用CFD和风洞试验技术优势快速完成了CH-1/2（图?譹?訛）的研制并成功进入市场实现小批量出口。借助空气动力漩涡和分离流的研究成果积累和复杂外形气动设计技术以及大展弦比设计经验，在短短的四年内成功研制了CH-3A和CH-4A/B（图?譺?訛和图?譻?訛）二型侦察打击一体化无人机系统，其综合技术水平已进入国际先进水平之列，也是国际上性价比较为优异的二型著名无人机，提高了我国无人机在国际上的影响力，也为我们带来了丰硕的经济回报。

   新概念无人机的研制同时推动了空气动力技术的进步，在彩虹系列无人机发展的过程中必然要走向新概念和新型无人机，这也必然带动了空气动力向深度和广度的进步。在研制临近空间大型太阳能无人机和微小型无人机的过程中，碰到了低雷诺数（Re）流动的问题，低Re数空气动力学由于应用需求少难题多，国内外此方面的研究都较少，通过无人机研制需求的牵引，我们在国内率先开展了这方面较为系统的研究，取得了丰富的理论研究成果，填补了此领域的部分空白，也使这二类新型无人机顺利飞上蓝天（图?譼?訛、图?譽?訛、图?譾?訛）。

   超低空飞行在军事上是一种有效的突防攻击模式，在航空物探（图?譿?訛）等民用领域也有广泛应用。然而超低空特别是极超低空（飞行高度小于5米）飞行，空气动力和飞行力学特性同常规飞行模式有本质的不同，空气动力特性更为复杂，通过相关无人机的研制，推动了超低空飞行空气动力学相关理论和试验技术的发展。


无人机的发展同样也推进了空气动力同相关学科的融合，如同非线性结构力学、飞行力学和飞行控制技术等（图?讀?訛）。空气动力飞行试验是学科创新的必备条件，但其本身也要求有较好的工程技术体系做支撑，在经过十余年无人机发展之后，开展空气动力飞行试验已具备较好条件，在此基础上我们在2014年圆满完成了我国空气动力首个大型飞行试验，取得多项飞行试验测试数据，验证了相关地面风洞试验和理论计算的结果，实现了我国空气动力科技工作者几十年的梦想。

彩虹被我们托起，彩虹又使我们的天空更加美丽，经十余年的辛勤耕耘，我们在创造彩虹品牌的同时，推动了空气动力的发展以及同相关学科的交叉和融合，初步建立了空气动力飞行试验工程体系，未来我们将在这一基础上施展更多的才华，焕发更多的创造力，为我国飞行器的发展和空气动力的进步作出更大的贡献。

简介

李锋 中国航天空气动力技术研究院院长。长期从事空气动力学研究，善于将理论同应用相结合。带领团队在基础理论、工程应用和风洞建设等方面推动了我国航天空气动力技术的发展。将自己的研究成果用于无人机设计，带领团队研制出“彩虹”系列无人机，丰富了我军机械化、信息化装备，同时批量出口。在资源探测、抗震救灾和应急通讯等民用领域也发挥了重要作用。以侦察打击一体化、微小型无人机、超低空飞行以及太阳能为动力等方面为特点的彩虹系列无人机已跻身世界先进无人机行列。

李锋发表论文报告130余篇，合作出版著作二部；获国防科技一等奖1项、二等奖6项、三等奖8项；发明专利20项。曾获全国五一劳动奖章、国家级百千万人才、国家高新工程突出贡献者、全国优秀党员专家、首都科技盛典科技人物、AIAA Senior Member等荣誉。

CH-3A无人机

CH-4A/B无人机

CH-802无人机

CH-804无人机

CH-T3太阳能无人机

CH-3航空物探型无人机

CH-1/2无人机

大型柔性机翼力学试验

http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2014/10/292827.shtm

庆祝航天空气动力事业58周年，庆祝中国航天空气动力技术研究院成立10周年

  ■李锋

   无人机是当今全球科技发展的热点之一，现已有50多个国家装备了无人机，其中美国和以色列无人机装备数量已超过有人机。目前国际上无人机综合水平的领先者是美国和以色列，我国的整体水平紧随其后，也进入了国际先进水平之列。无人机是一种无人驾驶的航空器，它同导弹和有人机存在较大差别，导弹虽然也是无人驾驶，但导弹是以攻击为目的的一次性使用的飞行器，因此其可靠性和成本概念同无人机不同，最重要的是飞行控制理念不同，导弹的飞行控制是单一的制导，而无人机飞行控制是飞行管理。无人机同有人机的最大区别是无人驾驶，因此无人机的信息综合和飞行控制要更复杂，无人机的使用环境也与有人机不同，无人机更适用于危险环境和长时间使用。由于无人驾驶，无人机相对有人机成本大幅降低，这一点使无人机成为新概念和技术的探索试验平台，特别是验证空气动力相关理论和技术。

   空气动力是研究飞行器飞行中受力和响应的一门学科，核心目标是解决飞行器飞得了和飞得好的问题，是飞行器最基础的科学技术，也是飞行器先进与否最显著的外形特征。纵观飞行器的发展史，外形特征基本决定了飞行器属于哪一代（如F86、F15和F22），因此空气动力是飞行器发展原始创新的重要推动力之一。新中国成立以来，空气动力的发展都是围绕国家飞行器的研制，也就是仿制这一模式。改革开放以来，我国航空航天科技快速发展，现已进入自主创新阶段，空气动力围绕仿制这一研究模式已不适应飞行器和空气动力学本身的发展，结合无人机特别适用于空气动力新概念和新技术的试验验证平台的特点，中国航天空气动力技术研究院在2000年决定进入无人机领域，试图达到三个目标：建立飞行试验技术体系以推动科技创新、推动空气动力同多学科融合以及以科技创新模式推动无人机发展，即推动空气动力学科的创新和进步以及无人机产业发展的双丰收。

   作为空气动力基础研究单位，我们要建立这一既适应空气动力科技创新又适用无人机产业发展的工程技术体系面临的困难是很大的。首先从单位内部条件来看，由于无论是飞行试验还是无人机都是一种系统工程概念，专业分工广泛，而单位本身专业缺口较大难以满足工程研制需要；我们是从事基础和应用研究的单位，是以搞科研为主，其文化不适应复杂大系统工程的研制；无人机这样的系统必须要有一定的硬件条件来支撑，这也是我们面临的一大难题。其次是从外部条件来分析，飞行试验对空气动力创新的推动作用外界大环境几乎没有认识，而我们要搞无人机也可能是多余之举，也就是说获得国家和外界社会经费和项目上的支持可能性很小。种种困难摆在了我们面前，面对困难我们选择了一种先易后难、以战养战、不断跨越的战略，即利用已有的空气动力技术优势，采用其他成熟技术从中低端无人机做起进入市场，在这一过程中实现文化转型、团队和条件建设以及赢利的目标，在具有一定的基础条件之后，实现技术和经济跨越而不断地进步和发展。我们正式起步无人机研制始于2000年，经多年的努力，已基本完成了满足无人机系统研制和飞行试验的专业队伍、工程研制文化和硬件支撑的体系建设。在自身体系建设的同时，我们也在经济和技术方面取得了丰收，现今已是我国无人机批量出口最早和出口量最大的单位，年交付国内外用户无人机200架左右，完成科研和交付飞行试验1000架次，无人机产品种类丰富，国内属于首位，也是全球无人机型谱较全的制造商。

   在无人机十多年的发展轨迹中，我们坚持以空气动力的积累和优势推进无人机的发展，利用CFD和风洞试验技术优势快速完成了CH-1/2（图?譹?訛）的研制并成功进入市场实现小批量出口。借助空气动力漩涡和分离流的研究成果积累和复杂外形气动设计技术以及大展弦比设计经验，在短短的四年内成功研制了CH-3A和CH-4A/B（图?譺?訛和图?譻?訛）二型侦察打击一体化无人机系统，其综合技术水平已进入国际先进水平之列，也是国际上性价比较为优异的二型著名无人机，提高了我国无人机在国际上的影响力，也为我们带来了丰硕的经济回报。

   新概念无人机的研制同时推动了空气动力技术的进步，在彩虹系列无人机发展的过程中必然要走向新概念和新型无人机，这也必然带动了空气动力向深度和广度的进步。在研制临近空间大型太阳能无人机和微小型无人机的过程中，碰到了低雷诺数（Re）流动的问题，低Re数空气动力学由于应用需求少难题多，国内外此方面的研究都较少，通过无人机研制需求的牵引，我们在国内率先开展了这方面较为系统的研究，取得了丰富的理论研究成果，填补了此领域的部分空白，也使这二类新型无人机顺利飞上蓝天（图?譼?訛、图?譽?訛、图?譾?訛）。

   超低空飞行在军事上是一种有效的突防攻击模式，在航空物探（图?譿?訛）等民用领域也有广泛应用。然而超低空特别是极超低空（飞行高度小于5米）飞行，空气动力和飞行力学特性同常规飞行模式有本质的不同，空气动力特性更为复杂，通过相关无人机的研制，推动了超低空飞行空气动力学相关理论和试验技术的发展。


无人机的发展同样也推进了空气动力同相关学科的融合，如同非线性结构力学、飞行力学和飞行控制技术等（图?讀?訛）。空气动力飞行试验是学科创新的必备条件，但其本身也要求有较好的工程技术体系做支撑，在经过十余年无人机发展之后，开展空气动力飞行试验已具备较好条件，在此基础上我们在2014年圆满完成了我国空气动力首个大型飞行试验，取得多项飞行试验测试数据，验证了相关地面风洞试验和理论计算的结果，实现了我国空气动力科技工作者几十年的梦想。

彩虹被我们托起，彩虹又使我们的天空更加美丽，经十余年的辛勤耕耘，我们在创造彩虹品牌的同时，推动了空气动力的发展以及同相关学科的交叉和融合，初步建立了空气动力飞行试验工程体系，未来我们将在这一基础上施展更多的才华，焕发更多的创造力，为我国飞行器的发展和空气动力的进步作出更大的贡献。

简介

李锋 中国航天空气动力技术研究院院长。长期从事空气动力学研究，善于将理论同应用相结合。带领团队在基础理论、工程应用和风洞建设等方面推动了我国航天空气动力技术的发展。将自己的研究成果用于无人机设计，带领团队研制出“彩虹”系列无人机，丰富了我军机械化、信息化装备，同时批量出口。在资源探测、抗震救灾和应急通讯等民用领域也发挥了重要作用。以侦察打击一体化、微小型无人机、超低空飞行以及太阳能为动力等方面为特点的彩虹系列无人机已跻身世界先进无人机行列。

李锋发表论文报告130余篇，合作出版著作二部；获国防科技一等奖1项、二等奖6项、三等奖8项；发明专利20项。曾获全国五一劳动奖章、国家级百千万人才、国家高新工程突出贡献者、全国优秀党员专家、首都科技盛典科技人物、AIAA Senior Member等荣誉。

CH-3A无人机

CH-4A/B无人机

CH-802无人机

CH-804无人机

CH-T3太阳能无人机

CH-3航空物探型无人机

CH-1/2无人机

大型柔性机翼力学试验

http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2014/10/292827.shtm