淺析中國研制的幾款隱身無人機最新進展

淺析中國研制的幾款隱身無人機最新進展的圖1

國產"利劍"隱身無人攻擊機
利劍"是我國繼殲20、殲31之后的第三款隱身飛機,也是繼美國X-47B之后,世界上第二款已進入工廠測試階段的大型隱身無人攻擊機。
目前先進大型無人機大致可以分為兩類:一類是以美國MQ-1"捕食者"、MQ-4"全球鷹"、MQ-9"死神"為代表的高空長航時無人機,這類無人機的主要任務是在敵區上空進行長時間監視,而MQ-9在反恐戰爭中還承擔了大量"定點清除"任務。中國近年也研制了與MQ-1類似的"翼龍",與MQ-4類似的"翔龍"無人機。另外一類受到青睞的則是隱身無人攻擊機,美國有X-47B、中國有"利劍"、俄羅斯有"電鰩"、歐洲也有"神經元"。

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與X-47B、電鰩、神經元一樣,利劍采用的也是飛翼式布局,進氣道布置在背部。飛翼式布局沒有垂直尾翼和水平尾翼,機身剖面接近于翼型,所以雷達隱身性能要優于常規布局飛機。飛翼式飛機翼身融合良好、浸潤面積小,因此亞音速飛行阻力較小,具有更好的航程性能。飛翼式飛機的優點還在于將大部分重量集中在重心附近,結構重量較輕,具有更好的載荷性能。美軍B-2A隱身轟炸機就是飛翼式飛機的成功典范。

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X-47B的飛翼式布局、背部進氣道已成為隱身無人攻擊機的標準。
飛翼式布局飛機的劣勢是氣動控制面少、安定面少,機動性遠遠不及常規布局飛機。這也是為什么X-47B宣稱是聯合無人空戰系統(J-UCAS),但仍被視為一款攻擊機的原因。這跟F-117一樣,盡管歸為F(fighter,戰斗機)系列,但實際上是一款攻擊機/輕型轟炸機。飛翼式布局還有一個劣勢是超音速飛行難以控制,X-47B、電鰩、神經元的最大速度都小于音速,估計"利劍"也是一款亞音速飛機。
利劍采用了一臺俄制RD-93渦扇發動機。這意味著"利劍"的大小、航程和載荷可能與電鰩無人機差不多。后者最大起飛重量為10噸,機長10.25米,翼展11.5米,機高2.7米,發動機為一部RB-5000B渦扇發動機,是RD-93發動機的無加力型,最大推力5000公斤左右。電鰩的最大速度M0.8,航程4000公里,作戰半徑1200公里左右,載荷2000公斤。
盡管氣動布局和尺寸大體一致,但利劍與電鰩在設計上仍大有區別。電鰩的機身與機翼的過渡較為生硬,進氣口前沿與機身垂直,這原因可能是電鰩采用了水平S形進氣道設計,進氣道內有一個中心錐形體,將進氣道左右分開,進氣道向外彎曲后再進入機體之內從而避免雷達電波直接照射發動機葉片和壓氣機。這樣設計的優點就是進氣道完全在機身上方通過,不占據機身的下方空間,可以給起落架艙、彈艙提供較大的空間,這對于內部空間有限的無人機來說是非常有利的。但這樣做的缺點是進氣道、機身與機翼出現了垂直交接面,隱身處理不理想。X-47B、神經元均采用了垂直S進氣道,從圖片來看,估計利劍的設計應該也是如此。三者的機身、進氣道前沿與機翼的連接處都是傾斜過渡,雷達隱身性能更好。

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電鰩的機身、進氣道前沿與機翼垂直交接,隱身性能不會太理想。

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利劍、X-47B和神經元都采用垂直S形進氣道,隱身處理要優于電鰩。
不過利劍目前的隱身設計有一大敗筆,那就是RD-93渦扇發動機的圓形收斂-擴張噴口完全暴露在外,這會增大后向和側向的雷達反射面積,而X-47B、電鰩和神經元均采用經過隱身設計的二元噴口。這種情況主要是我國航空發動機制造業落后造成的。前面提到,X-47B等是亞音速飛機,不需要超音速飛行,沒有使用加力燃燒室的需求,所以X-47B、電鰩、神經元均使用了無加力發動機。無加力發動機在使用上的好處是長度短,可以節約大量寶貴的空間,例如B-2隱身轟炸機的F118-GE-100發動機是F110-GE-100的無加力型,前者的長度只有2.5米,而后者長度超過4.6米。我國目前還沒有RD-93這一級別的國產渦扇發動機,自行改進RD-93幾乎不可能,也沒有進口RD-93的無加力型RB-5000B,所以利劍試飛只能暫時直接使用RD-93,未來肯定要作出改變。這是國產發動機落后制約國產飛機研制的又一案例。
美軍賦予X-47B多種對地攻擊任務,包括縱深打擊、近距離支援。
利劍無人機的機背有一塊明顯的淺灰色區域,與機身深色形成了鮮明的對照,筆者推測這塊可能是透波材料,里面幾乎可以肯定是用于安裝衛星通信系統。Link16等常規數據鏈屬于微波傳輸,微波的缺點就是通信距離較近,只能進行類似光線的直線傳輸,受地形限制較大,從而影響了飛機的活動范圍。而隱身無人機往往需要深入敵后,執行距基地距離較遠的任務,所以需要衛星數據鏈的支持。
隱身無人攻擊機是目前無人機發展的前沿領域,將影響未來戰爭的形式。我國第一款隱身戰斗機殲20首飛與美國YF-22相差了整整21年。利劍無人機應該會在今年首飛,領先于俄羅斯和歐洲,與美國X-47B相差僅2年。這說明我國航空工業在作戰飛機的研制上已基本趕上美國的步伐,需要的是更多創新,以及補上發動機領域的短板。
中國“星影”隱身作戰飛機首次曝光

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中國某無人機系統有限公司首次公開展示了其研制的“星影”隱身無人機。從氣動布局上看,“星影”采用的是類似于美國X-47B那樣的飛翼式布局、背負式進氣道。這種氣動布局天生具有隱身性能好的優勢,不過“星影”的背負式進氣道有兩個,而非其他類似無人機普遍采用的單個進氣道。“星影”采用可收放式前三點起落架,艙門也進行了隱身設計,據悉,這可能是中國自行研制的并公開的第8中隱身飛機,之前已經曝光了殲-20、FC-31、某遠程飛翼式隱身無人機、利劍無人機、翼龍X無人機、彩虹7飛翼式無人機、獵鷹100飛翼式無人機等等。

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據該公司所給的宣傳資料介紹,“星影”無人機全長7.3米,翼展15米,機高1.84米,機腹內置武器艙長2.5米、寬0.76米、高0.7米,空重2100公斤,最大起飛重量4000公斤,有效載荷400公斤,動力裝置為1臺兄弟公司專門設計和生產的供無人機使用的TWS800小型渦扇發動機,重200公斤,干推力7500牛,巡航推力2000牛,最大飛行速度698公里/小時,巡航速度400-600公里/小時,續航時間10-12小時,控制半徑2000公里,升限15000米,巡航高度12000米,雷達反射截面積0.1平方米。

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從尺寸和重量來看,“星影”屬于大型高空長航時無人機,雖然續航時間在無人機里并不突出,但速度和升限卻是很出色的。速度快,意味著該機能夠更快地進行反應和到達目標空域;升限高,意味著該機能在中高空防空武器系統的打擊范圍之外投射武器,安全性會有很大提高。2000公里的控制半徑,說明“星影”是以衛星鏈來傳遞信息以及接收指令,這也意味著該機的作戰半徑很大。

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我國現在的察打一體無人機,如“彩虹”系列、“翼龍”系列等采用的還是重油或渦槳發動機,之前出現的“利劍”隱身無人機采用的渦扇發動機是戰斗機用的RD-93,并非專供無人機使用,在很多結構上不利于無人機的設計。而“星影”則是采用專門的小型渦扇發動機,這說明在動力方面絲毫不會受制于人,這將是“星影”無人機的最大亮點之一。

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目前“星影”無人機還處于研制狀態,估計可能是概念研制階段,因為沒有明確的客戶,很多技戰術指標是難以確定的。在本屆航展上,朗星公司展出該機很可能是為了尋找客戶,同時宣傳自己在新一代無人機方面的技術實力。如果有客戶需求,那么“星影”將會成為中國無人機出口領域的一顆新星。
新型“天鷹”隱身長航時無人機

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中國海鷹通用裝備公司宣布:中國航天科工三院研制的新型“天鷹”隱身長航時無人機首飛成功,這種飛機只有少數國家具備研制實力,研發經費需求巨大,還得“自掏腰包”進行發展,但歷經四年發展終于成功。從“天鷹”也是架無尾翼無人機,尺寸與神秘無人機照片相當接近,很可能是同一架飛機。這是繼2013年我國曝光的“利劍”無人機之后,又一種曝光試飛的無尾無人機,代表中國相當已經掌握無尾翼飛機的控制技術。究竟這種飛機有何重要?今天,我們來說說這事。

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無尾翼設計最重要的目的就是:隱身。基本上,任何飛機都不可能完全對雷達隱形,但反射面越少則被探測的機率越低,也就是“隱身”的理論基礎。而飛機的尾翼主要是穩定與控制機身用,對于升力的貢獻有限,如果能夠省略就可以消除一個反射回波的來源。尾翼中又以垂直尾翼對升力的貢獻最低,又會增加結構重量,如果能夠省略對于提升飛機的升阻比,延長航程也會有貢獻。

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不過,失去了垂直尾翼,扁平的飛機無法維持橫向穩定,隨時可能失控。過去曾有人提議過用矢量噴嘴來維持穩定,但一來成本較高,二來發動機一旦故障就會連帶失去橫向穩定,連滑翔迫降都有麻煩。美國的B-2轟炸機不但是第一種載人飛行的無尾飛翼機,也是目前最大的一種,它將原先翼端副翼的位置換成“分離式方向舵”,藉由上下開合產生上下平衡但左右不均的偏航力。這種方式必須采取“主動控制”方式,也就是感知到多少偏差就要主動做對應的調整動作才能維持穩定,因此在數字化電傳飛控系統成熟后才成為可能。2013年曝光的“利劍”無人機也可看到其翼端采用了上下開合的方向舵。
無人機通常重量不大,為了降低成本采用單發動機設計,這樣發動機勢必在中線位置;而進氣道為了隱身效果,也得采用S形設計以遮蔽發動機葉片的正面回波。然而,為了保持良好的進氣效果,S形進氣道的彎曲角度有其上限,則其長度就有基本下限。因此,S形進氣道加上發動機就決定了飛機的中線長度。選擇完發動機后,無人機能選擇的剩下翼展,翼展小則重量輕機動性高,通常屬于攻擊用途;翼展大則航程遠但顯得笨重,通常是偵察用途。

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歐洲“神經元”無人機剖面圖,紫色的S形進氣道加上發動機決定了機身長度
從照片判斷,如果確為同一架飛機的話,“天鷹”無人機的翼展目測約10米,機身長約3.5米,其粗估2.8的寬長比約在美國洛·馬的RQ-170的5.8與波音X-45C的1.25之間。由于飛翼機沒有機身,因此寬長比就決定了展弦比與后掠角,也決定了基本的飛行特性。

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美國洛·馬研制的RQ-170無人偵察機,其長度估計約4.5米、寬度約26米
X-45C是兼顧載荷與航程的攻擊機,寬長比與“利劍”相近;而RQ-170則是首重航程的高空偵察機,以此推斷“天鷹”無人機應為長航程但中高空的機型(因低速升阻比不如RQ-170),與海鷹公司的描述相符,這也表示它較適合偵察用途。由于體型較小,其試驗性質仍相當明顯,未來會不會換裝更大的發動機并放大機身,值得后續觀察。

本文來源:頭條@戰略問題研究專家

<完>

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