[发明专利]一种水上牵引式超视距探测与通信系统及使用方法

说明书

本发明利用舰船搭载卷扬机，以复合缆绳牵引装载有风力发电机、光学探测与通信载荷、微波探测与通信载荷的水上自转旋翼机升空，完全依靠风能或部分依靠舰船的牵引实现水上自转旋翼机长时间滞空及大功率自供电，大幅提升了探测传感器和通信设备安装高度，突破了传统舰船视距极限，有效解决水面长期可持续可靠超视距探测与通信问题。与已知有人、无人飞机、浮空艇搭载探测与通信载荷升空方案相比，本系统的水上自转旋翼机无专用的推进发动机，实现简单、研制采购价格低廉；运行时无燃料消耗或仅需舰船正常航行牵引，绿色环保、使用维护费用低；依靠风能自供电、承载能力强、作用距离远；能不间断滞空执行任务，且抗风能力强，操控性能好，起降便捷。

技术领域

本发明属于超视距探测技术领域，特别是一种水上牵引式超视距探测与通信 系统及使用方法。

背景技术

受地球曲率和安装高度的制约，传统舰船雷达、光电跟踪传感器对海面航行 目标的最大探测距离被限制在30公里以内，对小型舰船及贴近海面运动目标的 最大探测距离甚至不足20公里。此外，视距的限制极大压缩了水面舰船发现掠 海来袭目标的告警时长，组织有效防御的难度陡增。基于同样的制约条件，在没 有卫星和其他手段通信中继的情况下，水上舰船间的通信亦被限制在其视距范围 内。为突破视距限制，国际上目前主要采取的方式是提高探测器或通信载荷的安 装高度，将雷达或光电跟踪传感器安装在有人/无人飞机、系留无人机或浮空艇 上。浮空艇载超视距探测系统优点是滞空时间长、载荷最大可到数吨，依靠系留 缆绳供电，使用成本极低，仅为飞机平台的5％，但要实现大吨位的承载能力， 浮空艇长度要达到数十米，体积高达上万立方米，庞大的体积造成巨大风阻系数，加之柔性气囊及艇翼的刚度差，在大风天气难以稳定操控；此外，此类系统地面 站维护操作复杂、机动性较差，依靠系留缆绳从地面供电的方式受缆绳重量约束 和压降等影响，供电能力较为有限，制约了其推广应用。有人/无人飞机搭载雷 达、光电传感器进行超视距探测与通信的优势是机动灵活，同时续航时间、供电 等也能通过飞机设计得到一定程度的解决，但制造成本和运行维护成本高昂，国 外长航时大载荷无人机造价往往高达数千万美元，每小时的飞行燃料费用达到数 万美元；此外，由于必须在陆上或航母平台上起降、维护，此类有人/无人机载 超视距探测与通信系统难以为常规舰船提供随队不间断信息支持服务，更无法实 现连续数天以上长时间滞空。系留无人机载超视距探测与通信系统目前多采用系 留缆供电多旋翼无人机，具备垂直起降能力，虽解决了随队不间断信息支持的问题，但此类电动多旋翼无人机的承载能力极为有限，对超视距探测与通信能力提 升幅度有限，应用性价比不高。另外，现有技术虽公开过牵引自转旋翼机的方案， 但是并不解决水上无自主动力起降、无动力自主大功率供电、随队不间断滞空、 大承载能力、超视距探测与通信等技术问题。因此，在广域覆盖、强实时性要求 应用场景下，价格低廉、使用维护便捷且性能优异的超视距探测与通信系统仍是 各国研究攻关的重点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有方案的不足，提供一种水上牵引式超视距探测与 通信系统及使用方法，解决水上超视距探测与通信能力不足的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种水上牵引式超视距探测 与通信系统，其特征在于，利用水面舰船搭载卷扬机，以复合缆绳牵引装载有风 力发电机、光学探测与通信载荷、微波探测与通信载荷的水上自转旋翼机升空进 行超视距探测与通信，执行水面系泊和水面航行任务，起飞任务，滞空任务，以 及降落任务，所述水上自转旋翼机的机身采用船身式结构，在所述机身上无专用 的发动机和驱动动力装置，所述水上自转旋翼机的机翼为上单翼结构，每侧机翼 下方对称各安装有辅助浮筒，每侧机翼顶端均安装有一部风力发电机，在所述水 上自转旋翼机的机身的上方安装有自转旋翼，机身尾部配置有方向舵和升降舵， 所述卷扬机安装在所述水面舰船尾部，并通过所述复合缆绳连接所述水上自转旋 翼机的机身头部。

进一步地，所述风力发电机连接螺旋桨，能够工作在风力发电或电驱动状态， 分别用于产生电能或产生辅助推力。

进一步地，所述风力发电机在风力发电状态下，能够绕其在机翼上的安装面 旋转，调整螺旋桨与气流方向的夹角，使螺旋桨受到的风驱动力最大。