高速直升机光电任务系统需求分析

霍苗苗 孙黎静 李雷 谷晓星

（航空工业直升机设计研究所 天津市 300000）

当代科技迅猛发展，多年来通过对共轴旋翼、倾转旋翼等相关技术的钻研研究，传统构型直升机突破固有气动布局限制，在速度和航程方面已经取得重大突破[1-2]。直升机的飞行效率大大提升，发展为兼具良好机动性能和悬停性能的高速直升机，在军事领域承担着运输支援、通信联络、搜索与营救等各种任务的执行。高速直升机飞行速度快、飞行高度低、隐蔽突防能力强，作战优势日益凸显，成为军用直升机领域发展的重要代表与技术制高点。

光电任务系统作为军用武装直升机重要的子系统，具备目标探测、识别、跟踪、瞄准、火力指引等系列功能，为武装直升机执行侦察监视、搜索营救、火力打击等任务时提供强有力的技术支持。然而，目前国内光电任务系统所装备的直升机平台时速不超过350km/h，针对军用高速直升机这种新型的作战平台，其响应速度、对远距离目标的探测性能以及智能化识别方面均存在一定的局限性，需要结合高速直升机的作战特点进一步开展光电任务系统需求分析，明确产品的功能、性能要求。

1 概述

光电任务系统在军用高速直升机作战平台应用的研究，在国际上，以美国为首，已经开展较为成熟的研究，设计研发出新型光电任务系统，并已装备在多型高速直升机上进行技术验证。结合以美国S-97、V-280为代表的军用高速直升机研制情况，探究新型作战平台下光电任务系统的技术发展路线，以此为基础，总结提炼出军用高速直升机对光电任务系统的能力需求，为高速直升机光电任务系统的研制工作提供一定的理论指导。

2 国外几型高速直升机光电任务系统

2.1 S-97“侵袭者”光电任务系统(AN/AAS-52系列)

如图1所示，S-97“侵袭者”是美国为满足陆军下一代轻型侦察、攻击直升机要求所研发的一型高速直升机，是世界上首款采用复合式推进理念所设计的“共轴双旋翼+后机身推进式螺旋桨”样式独特机型，满足气动布局要求。其最高时速超过480km/h，相当于美军UH-60“黑鹰”运输直升机时速的2倍，AH-64“阿帕奇”攻击直升机时速的1.5倍，抵达和撤离战场的速度优势奠定了其在垂直起降轻型武装侦察飞行器方面的领先地位。

从外形结构来看，S-97验证机上所装备的光电任务系统为雷神公司AN/AAS-52系列[3]，装配于高速直升机的主要特点如下：

（1）光电转塔为球形结构，安装于飞机鼻锥部位。

图2：F-35光电任务系统

（2）S-97采用复合轻型材料一体化机身，机身造型呈流线型，棱角圆滑，突出部分很少，不仅有利于减小飞行过程中的气动阻力，提高巡航速度，还能有效降低RCS（敌方雷达反射截面积），大大提高隐蔽其突防能力和生存性能。光电任务系统作为重要的武装侦察系统同外挂武器、起落架等一同与机体进行一体化综合设计，为有效减小外露尺寸采用半内埋式安装，并借助外部整流罩降低对载机气动性能的影响。

（3）红外、电视、激光等传感器进行共光路一体化设计，系统集成度高。

（4）稳定平台采用两轴四框架稳定结构。

2.2 V-280“勇士”光电任务系统

V-280高速直升机于2017年完成首飞，时速可达560km/h，至今已经开展多轮试飞验证工作，为美国第三代具备垂直起降和短距起降能力的倾斜旋翼机，V-22“鱼鹰”直升机的升级版。相比V-22，其只需倾转旋翼传动装置，发动机舱及喷口位置保持不变，一直朝向机身后方，实现更快速的垂直起降。同时，V-280在机体设计方面，相比V-22更轻巧精致，更多采用减少RCS的扁平化结构，降低被敌方雷达探测的可能性，提高隐身性能，反应机敏。

V-280验证机上所装配的光电任务系统为减小机体气动阻力，采用半内埋式隐身化布局，传感器内埋于机体内部，外部通过光学窗口与机体进行一体化综合设计。系统构型同美军F-35战斗机所装备的EOTS（Electro-Optical Targeting System）类似[4]。如图2所示。

虽然EOTS由洛克希德﹒马丁公司为固定翼飞机所研制，但其在技术方面的重大突破对高速直升机光电任务系统的研制方面具有前瞻性的指导意义。EOTS主要特点如下：

（1）世界上首款将前视红外（FLIR）和红外搜索跟踪（IRST）功能结合于一体的传感器；

（2）安装于雷达罩之后、前起落架之前的机鼻下方，传感器内埋于由七块蓝宝石面板玻璃所构成的多面体隐身光窗内[5]；

（3）系统尺寸大约为493×698×815mm，重量91千克,通过包覆聚烯烃的冷却液管道制冷减小外形尺寸；

（4）系统光学结构为紧凑型单孔径，通过系列反射镜和棱镜将光线引导至第三代红外焦平面阵列和其他传感器，而非直线光路，突破空间限制；

（5）利用先进的算法实现远距目标探测识别，广视角红外搜索和激光光斑跟踪功能。

3 高速直升机光电任务系统能力需求分析

3.1 气动特性、隐身性改进设计需求

由于空气粘性，直升机飞行速度越高在飞行过程中所受到的气流扰动越大，气动阻力（主要包括摩擦阻力和压差阻力）会大幅度提升。为保证高速直升机作战平台的飞行速度，降低气动阻力，需要尽可能高的保持直升机表面的光洁度，提升机体外部构件的流畅度，使得机身成平滑流线型，避免形成较大真空区。

与此同时，高速直升机的作战区域主要在低空、超低空，这些区域存在地面防空火力、单兵便携式武器等诸多威胁，非常容易遭受敌方武器攻击。战场环境中，各作战单元生存能力的大小是战争能否取得胜利的关键因素，为提高高速直升机战场生存力，保障作战安全性，必须降低直升机被探测概率。

若按照常规构型的设计理念，机载光电任务系统多采用球星或鼓形结构，安装在直升机前部下方区域，随着产品功能的扩展，光电任务系统的体积和重量会急剧增加。一方面会给机身带来较大的气动阻力，另一方面也不利于高速直升机的整机电磁隐身。以美军S-97“侵袭者”、V-280“勇士”高速直升机为代表，其光电任务系统同机体开展综合一体化设计，在机身底部鼻翼下方采取半内埋式的安装方式，减小机身突出部位。作为高速直升机重要的任务载荷，光电任务系统在兼顾自身功能、性能的基础上与机体开展共性化设计是非常必要的。将系统整体或者部分隐藏在机身中，开发研制隐形光窗材料，设计光窗结构与直升机蒙皮共形，使平台具备良好的气动特性和隐身性能。

3.2 远距探测识别与系统集成度需求

坦克、装甲车辆等作战单元是高速直升机的典型作战对象，复杂战场环境下高速直升机需要具备更好的机动性和更大的作战响应范围。这些特点对光电任务系统提出了新的需求，光电传感器需要进一步提升远距探测识别能力，实现“先敌发现，精准攻击”，提高任务执行可靠性，保障作战效能。

显然，传统构型中传感器所采用的分立式布局在系统体积尺寸和外形布局受限的情况下，无法通过增大系统重量、体积以及扩展光学系统孔径等方式提高探测识别距离。如S-97、V-280所示，光电任务系统需要达到更高的集成度，系统的光学结构、传感器和电子组件采用紧凑式布局，开展传感器多波段共光路光学系统设计，多波段共用同一光学孔径，通过增大光学孔径既能提升光电任务系统探测、识别分辨率又能避免系统体积和重量的增长，在保证产品自身性能的同时满足共形设计需求。

3.3 智能化发展需求

军用高速直升机肩负着对地/海面目标高效侦察、精确打击的使命，但是目前直升机对目标自动识别的准确率低，对飞行员依赖较强，造成飞行员在任务执行过程中负担重，人机工效较差。

为了快速感知战场态势，帮助飞行员减轻任务负担，针对战场区域典型目标，高速直升机需要具备快速且智能化的探测、识别能力。利用人工智能技术不断丰富目标库，改进智能识别算法，开发多目标检测与跟踪处理软件算法，实现对目标的智能化的检测、分类识别以及多目标跟踪、定位功能，辅助机上操作人员快速感知战场态势，促进高速直升机综合作战效能的提升。

4 结束语

本文通过分析高速直升机的作战特点及传统构型光电任务系统面对新型作战平台的不足之处，结合国内外高速直升机光电任务系统的研究进展和技术路线，提出了军用高速直升机光电任务系统的发展需求，对高速直升机光电任务系统的发展提供一些借鉴和参考。