美国静音无人机发展及关键技术探析

近年来，美国在无人机领域不断取得突破，尤其是静音无人机的发展。静音无人机具备出色的隐蔽性，用于军事领域，能够悄无声息地接近目标区域，避免被对方侦测系统及人员发现，从而大大提高了任务成功率。特别是在敌对环境中，能长时间安静飞行的无人机毫无疑问能降低被发现的可能性，能够在对方纵深执行侦察任务，长时间在目标区域上空滞留，进行持续监视，获取动态变化信息，实现对目标的持续抵近监视，获取宝贵的第一手情报。

美国静音无人机主要型号

“大角猫头鹰”隐身无人机

大约十年前，美国空军实验室（AFRL）受美国情报高级研究计划局（IARPA）委托，开始研究先进混合动力推进系统的实验型超静音侦察无人机。

“大角猫头鹰”编号为XRQ-72A，由诺斯罗普·格鲁曼子公司缩比复材（Scaled Composites）研制，空军研究实验室（AFRL）支持了“大角猫头鹰”计划，IARPA于2011年首次披露了该计划。

为了实现低噪音，XRQ-72A采用了不同寻常的混合动力系统。中央机身内部安装了两台直接燃烧燃料的发电机来产生电能，再用电能驱动安装在飞翼顶部的四个涵道风扇产生推力。示意图还显示XRQ-72A在下颚安装了球形传感器转塔，可以内置各种类型的摄像机。

XRQ-72A采用飞翼布局，翼展9.14m，机长3.41m，高度1.22m。一份文件称“大角猫头鹰”是一种重量136-181kg的小型无人机。从该机设计图看，机翼上表面的进气口和排气口带有一定隐身特征，该机基本上由复合材料制成。

“Ghost4”AI静音无人机

2020年9月，美国国防科技初创公司Anduri宣布正式推出AI无人机“Ghost4”，“Ghost4”是一款小型、超静音的无人机，这让它难以被探测到。该无人机可在60s内完成安装，长约两米，飞行时间超过100分钟，具备实时情报、监视和侦察等功能，可自动完成检测、分类等任务，可以在低频宽或拥挤的环境中追踪目标，已应用于美国海关与边境保护局识别穿越边境人员。

美陆军与优步公司开发的静音无人机

2018年5月，美国陆军与优步公司合作开发更安全、更致命的无人机。通过开发静音旋翼技术，降低传统无人机旋翼产生的噪音。

优步公司寻求解决噪音问题的一种技术是在飞行器上安装向同一方向旋转的堆叠旋翼。传统上无人机使用相反方向旋转的堆叠旋翼，当旋翼相互向相反方向旋转时，就会产生一种气流，导致行动中的噪音。研究表明，让它们向同一方向旋转并调整它们的相互位置，与传统操作相比，利用这种技术能提供性能优势，同时降低噪音。

Exosonic低声爆超声速无人机

2021年10月，开发低声爆超声速飞机的Exosonic公司赢得了美空军对其无人验证机的资助。空军生命周期管理中心的AFWERX创新中心授予其直接到第二阶段的小企业创新研究（SBIR）合同，进行超声速无人验证机的研发。

由于训练预算有限和飞行员短缺，美空军无法高效地培养出新的、训练有素的战斗机飞行员。因此数量有限的战斗机飞行员正在接受足够数量的实弹训练，以保证美国对抗近对等对手。

Exosonic的超声速无人机将作为一个模拟对手，在实战飞行训练演习中给战斗机飞行员施加压力。该无人机配备了各种有效载荷和传感器，可以以现有空中训练解决方案的一小部分成本进行训练，不仅可以节省数百万美元的训练费用，还可以减少美空军现有作战飞机的磨损。除此之外还可以将战斗机飞行员的飞行时间集中在己方飞机的训练上，而无需再花时间模拟敌方飞机，Exosonic将继续探索其超声速无人机的更多应用，以帮助国防部在面临即将到来的近对等对手威胁时实现有效应对。

静音离子推进验证机

NASA正在资助麻省理工学院（MIT）的研究人员为城市无人机和潜在的空中出租车开发近乎静音的推进系统。

2018年11月，MIT教授史蒂文·巴雷特领导的研究团队试飞了一架采用EAD推进的飞机，飞机重量仅为2.3kg，产生的推力不到4.45N，在空中飞行了49m。这是第一架采用固态推进的飞机。MIT研究表明，使用倾斜电动空气动力学（EAD）推进器的无人垂直起降（VTOL）飞机理论上能够执行有用的城市空中交通任务，这种近乎静音的推进系统消除了可能导致社区反对的噪声干扰，第一阶段的重点是概念飞机设计和推进器建模。第二阶段拨款是根据NASA创新先进概念（NIAC）计划授予的，将继续致力于电动空气动力学（EAD）推进。

W h i s p e r Drone电动无人机

2 0 2 3年4月，美国初创公司Whisper航空公司已经筹集了3200万美元的A轮融资，为美国国防部开发从地面听不到声音的情报、监视和侦察（ISR）无人侦察机。Whisper航空公司已为五角大楼完成了对其新型超静音、高效、电动飞机推进技术的验证测试，旨在用于情报、监视、侦察（ISR）。

该公司设计了一型ISR无人机，验证其技术。该机重25kg，推力44N，飞行高度约60m，无人机在此高度飞行时，地面的观察员无法探听到无人机的声音。

Whisper降低无人机推进器噪声的方法是：检查所有噪声源，然后调整每个源的声音内容，以最小化振幅并调整频率，从而减少对人类的影响，并融入背景噪声。一些音调被移到超声波范围内，超出了人类的听觉范围。Whisper还在考虑将其低噪声推进器集成到高速垂直起降飞机（HSVTOL）中，以供空军和美国特种作战司令部使用。

北极星公司无人机

美国北极星公司在2023年波兰军警防务展上推出一款用于长航时静音飞行的无人机，与现有类似无人机相比，其重量更轻、成本效益更高，具有较好的通用性，可携带多种有效载荷，特别是利用人工智能算法扩展了无人机的飞行能力。该无人机翼展2.2m，最大起飞重量4.5kg，飞行速度为45-110千米/小时，最高升限4000m，作战环境温度-20℃-50℃，可用背包携带；机身采用碳纤维-玻璃纤维复合材料，轻便耐用；由一个带有可折叠螺旋桨的静音电动机提供动力；飞行准备时间只需5分钟，能以45°角度手动发射，无需任何地面基础设施；采用了人工智能算法，使无人机能够定位和利用热上升气流，从而增加其无发动机飞行时间。依靠这一算法该无人机续航时长可达4h。

“小角猫头鹰”超静音无人机

2024年4月，美情报高级研究计划局（IARPA）表示，将在未来几周内向情报机构提供4架“小角猫头鹰”（LHO）项目原型机。作为IARPA的机密项目之一，“小角猫头鹰”是一款超静音、迷你型无人机，重点在静音机身、静音推进系统、新提升力、控制方式等方面进行了改进，可提供声学“足迹”预测工具，以进一步执行重要的情报和军事任务。“小角猫头鹰”原型机总质量25kg，可携带44.5kg情报、监视和侦察传感器有效载荷，任务飞行半径48km，停留时间小于30分钟。

关键技术

美军超静音无人机所涉及的关键技术包括混合动力推进系统、低噪音设计、隐身技术、高效能源利用和智能化控制等。这些技术共同作用，使得超静音无人机能够在执行侦察、监视等任务时，具有高度的隐蔽性和有效性。

混合动力推进系统通过结合燃料发动机和电动机的优势，提高了燃油效率和降低了噪音水平。例如，低语航空公司在2023年6月美国航空航天学会（AIAA）航空论坛上透露了一种非常安静的涵道风扇技术。该公司表示，已经设计并制造了一种叶尖速度非常慢的涵道风扇发动机，由于一些噪声发生在人耳听不见的超声波范围内，因此具有很好的静音性能。其涵道风扇的推力效率比目前使用的最好的涵道风扇高20%，低语航空公司发动机现在处于第九代设计和测试阶段，通过一架25kg的无人机对其进行了验证。该公司透露，这种无人机即便在头顶61m的高度飞行时，人耳也不会听见噪声。

静音技术是静音无人机的核心特征，它涉及降噪措施的设计和实施，以减少无人机的声学特征，静音技术的关键在于降低发动机噪声、气动噪声和机械噪声。降低发动机噪音通常涉及到使用特殊的发动机设计，如混合动力推进系统，以及采用低噪声的发动机叶片和隔音材料。气动噪声的减少则通过优化机身和机翼的形状，减少气流分离和涡流的形成，以及使用吸音材料。机械噪声的降低则涉及到使用减震材料和设计，减少机身内部机械部件的噪声。

2020年11月，美陆军研究实验室的研究人员与优步公司和得克萨斯大学奥斯汀分校合作，研究发现同轴共旋转转子或堆叠转子，可能提供更好的性能和更低的噪声。与传统的旋翼将叶片排列在一个平面上不同，堆叠式旋翼将叶片放置在多个平面上。研究结果显示，等间距转子叶片的堆叠转子产生的噪声水平最低。2023年2月报道的美国麻省理工学院林肯实验室的一个研究团队针对多旋翼飞行器螺旋桨工作时噪声问题探究了不同形状螺旋桨对噪声的影响，并提出一种新构型环形静音螺旋桨概念。团队成员利用3D打印技术实现实物制造，通过多次迭代，其最终设计在提供同等推力的情况下，降低了1-5kHz范围内的噪声水平以及总体噪声水平。该团队发布的视频显示，如果感知同样强度的噪声，离环形螺旋桨的无人机的距离仅为离普通旋翼的无人机的一半。

隐身技术通过采用特殊材料和设计，降低了无人机的雷达截面积，提高了其在敌方侦测系统下的生存能力。高效能源利用技术使得无人机能够在长时间内保持稳定的飞行性能。智能化控制技术则提高了无人机的自主飞行能力和任务执行效率。

结束语

随着技术的不断进步，静音无人机的性能将得到进一步提升，技术的发展必将促使无人机战术战法不断创新，并将重新定义战争规则，这将给我国安全环境造成很大挑战。我们必须持续跟踪美军静音无人机的发展情况，分析其关键技术，通过对美军静音无人机的深入研究，有助于我国加快相关技术发展，提高无人机作战效能。