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海天居士博客

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引用 海空幽灵-浅析我国无人作战飞机   

2013-01-20 18:16:55|  分类: 军事观察 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  海空幽灵-浅析我国无人作战飞机 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

无人机比赛时的沈阳飞机研究所的模型

   2012年即将过去,航空工业又传来好消息,由沈阳飞机研究所负责研制的某型重点型号总装完毕,根据有关消息,这个重点型号就是我国的无人作战飞机-UCAV。

   无人作战飞机UCAV和无人机-UAV尽管只差一个字母,但是却有着本质的区域,分别代表着无人机的高端和低端,UCAV的研制成功标志着我国航空工业和空中作战能力又迈上了一个新的水平。

   我们知道无人机出现的时间较长,从越南战争以来,无人机开始在军事作战行动中得到运用,执行侦察等任务,随着技术的发展,特别是隐身、精确导航、精确制导、人工智能等领域技术的发展,无人作战飞机开始出现,本世纪包括美国在内的各发达国家纷纷认识到发展无人作战飞机的重要性,认为无人作战飞机将会是有人作战飞机一个重要的辅助力量,并且将承担一些重要的、危险的作战任务,2003年,美国正式公开联合无人作战飞机系统计划,标志着无人作战飞机正式向概念验证走向工程研制,而美国海军研制的X-47B无人作战飞机已经试飞成功,并且完成了弹射试验,这表明X-47B向着具备作战能力迈出了一大步,根据外军的评估,未来的空中作战行动,特别是对地攻击行动可能是有人机和无人机混合完成。 

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X-47B,飞翼加机背进气道是新世纪无人作战飞机的典型布局 

无人作战飞机重点需要解决以下几个关键技术:首先是隐身气动一体化技术,随着空中预警机、相控阵雷达、主动雷达制导空空导弹的普及,现代战斗机对空中目标的打击能力越来越强,对于需要在高威胁环境下作战的无人作战飞机来说,隐身能力是前提和关键,另外由于无人作战飞机相对于有人飞机来说,体积和机内空间较小,燃料载荷较低,所以需要气动布局具备较大的升阻比,以提高飞机的航程,还有一个就是高效推进技术,无人作战飞机的大航程要求还对推进系统提出了更高要求,它的发动机要求体积小、重量轻、推力大、油耗低,还有就是自动导航系统,由于没有飞行员,这样无人作战飞机从发动机启动开始就需要导航系统能够提供精确的导航,以便获得准确的自身位置和状态和航向,以便飞机能够在突防上千公里以后,仍旧能够准确的到达目标,最后是自动目标搜索和精确打击技术,没有飞行员,意味着无人作战飞机需要具备自动目标探测和搜索能力,特别是要具备自动目标识别技术,包括对探测到目标进行分析、识别敌我、分辨类型,确定攻击目标等,最后是无人作战飞机与有人作战飞机相比,载弹能力还是非常有限,为了最大发挥出无人作战飞机的效能,需要小体积、高精度、发射后不用管的对地攻击武器,最典型的武器就是小直径精确制导炸弹如SDB这样的武器,可以大大提高无人作战飞机的对地打击能力,此外无人作战飞机还需要先进材料及工艺以降低空重、任务规划系统来对航线进行规划,避开对方的防空系统等等,所以无人作战飞机并不仅仅是一架我们看到的无人机,还需要后面一个完善的配套系统来支持。

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我国无人作战飞机预研领军人物-李明总师 

我国从上世纪90年代开始对无人作战飞机进行跟踪和研究,主持这项研究的就是601所的李明同志,他当时是601所总设计师,2001年无人作战飞机系统基础技术研究项目作为我国和我军重大技术预研项目正式批复立项,这项研究分成两个课题,包括无人作战飞机总体基础技术研究,内容无人作战飞机系统顶层概念、人机工程、无人作战飞机控制、决策与管理理论和方法,信息传递等,还有就是无人作战飞机本身的基础理论研究,包括飞机隐身技术、无人机自主控制技术研究、无人机作战飞机动力装备等需要等,在李明同志带领下,来自航空工业和空军多个部门的专家和研究人员组成团队,圆满完成了研究任务,包括无人作战飞机战术技术指标、气动布局、作战任务、自主等级划分等,为我国研制无人作战飞机打下了坚实的基础。在前期技术研究的基础上,我国相关部门也开展无人作战飞机关键技术的研究,在空军无人机专家赵煦同志的领导下,先后突破了全权限数字式自动飞行控制、制导与任务管理、综合航电与投掷系统,运用了多总线信息处理和融合等先进技术,实现了无人作战飞机自动起飞、自主导航、自动执行对地精确制导攻击和自动返场着陆等强大功能,标志着我国向着研制无人作战飞机迈出了坚实的一步。近年来我国在无人作战飞机配套系统发展方面也是高歌猛进,高分辩率遥感卫星的发射,让我国可以获得关键地区的高精数字地图,可以据此对无人作战飞机的进行更加精确的任务和航线规划,北斗卫星导航系统的建设和发展,为我国无人作战飞机运用解决了导航及精确制导问题,因此在这种情况下,国产无人作战飞机出现几乎是水到渠成的事情。

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 X-45无人作战飞机

由于是国家重点工程,所以外界对我国无人作战飞机的外形、战术技术指标等不得而知,不过可以根据一些公开的资料对其进行大致的推测,其中一个比较重要的信息,就是今年无人机大赛,由沈阳飞机研究所和沈阳航空学院研制的参赛无人机,众所周知,在成飞的歼-20隐身战斗机试飞以后,作为我国战斗机研制另外一家龙头单位,沈飞受到的压力还是很大的,尽管无法公开一些重点型号,但是沈飞还是通过迂回的方法来公开自己的一些科研成果,比较典型的就是那个歼-60的模型,从后来的看,实际就是歼-31隐身战斗机的模型,所以不排除此次沈飞利用此次参赛向外界隐晦的表明自己研究的成果。

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沈阳飞机研究所参加无人机比赛的模型,从图中可以看出它采用了飞翼布局加机背进气道 

从这个模型来看,这个无人机采用了飞翼式布局,这个几乎没有什么悬念,如果大家看一下近期各国发展的无人作战飞机如X-47B、神经元,就会发现飞翼式布局几乎是大家都在采用的布局,这是因为飞翼式布局是目前公认的能够兼顾考虑隐身、航程等性能的气动布局,它的优点主要包括;隐身性能好,飞翼式布局没有垂直尾翼和平尾,对于常规布局的飞机来说,这是一个主要的雷达电波反射源,同时机身剖面接近于翼型,上下表面在展向上与机翼表面和缓的过渡,没有明显的界限,较好的融合为一体,整个表面光滑顺畅,没有明显的鼓包、缝隙等,进一步提高飞机的隐身性能,在航程方面,由于飞翼式布局的浸润面积比较小,大约只相当于常规布局飞机的一半左右,因此亚音速条件下阻力较小,在同样展弦比的情况下,飞翼式布局的升阻比是常规布局的1.4倍,因此航程性能较好,另外没有垂尾和平尾,在同样条件下飞翼式布局的结构重量较轻,同时主要设备舱布置在机翼中心线,这样与机翼的气动栽荷分布一致,所以可以进一步降低结构重量,这样有利提高飞机的载油系数,确保飞机的航程指标,同时还可以提高飞机的载荷,保证飞机具备较强的攻击能力,这个模型采用了机背进气道,载面呈现三角形,这个也是新世纪无人作战飞机一个特点,从外形上来看,这个模型的进气道和美国X-45的后倾半下凹式进气口相近,这个设计有利于降低进口及发动机舱的高度,对前向及侧向隐身十分有利。背负式进气道的优点就是可以增加机身容积,结构效率也比较高,这对于体积有限的无人机来说是非常重要的,同时无人作战飞机多采用高空突防战术,机身会对地面雷达形成遮挡,让其无法直接照射进气道,背负进气道再配合S形处理和进气道格栅等技术可以进一步提高飞机的隐身能力,正是因为飞翼式布局和背负式进气道有这些突出优点,所以它才成为新世纪无人作战飞机一个标准的气动布局,但是它也不是没有缺点,飞翼布局的短处也是显而易见的,没有了垂尾,航向稳定性下降,航向控制需借助其他方式来提供足够的偏航力矩,另外单翼面的纵向气动操纵效率较低。因此目前的飞翼飞机多采用W形后翼,以保证航向操纵的效率。

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进气道特写 

发动机方面,为了保证飞机的航程,一般无人作战飞机多采用油耗低的涡扇发动机,目前我国研制成功的涡扇发动机有两种,一种是涡扇-10,它的最大推力大约80千牛,一种是涡扇-13,它的最大推力为50千牛,笔者认为前一种可能性要大一些,因此发动机推力越大,最大起飞重量就越大,作战半径也越大,无人作战飞机可能是我军未来一种主要的突击兵器,可能还是需要一定的作战半径和载荷的,还有一点就是非常重要,就是我国无人作战飞机可能要上海军的航空母舰,这次无人机大赛,就是无人机自动降落,并且钩住阻拦索,而我国辽宁号航母采用的滑跃式甲板,从滑跃式甲板起飞一个前提条件就是要有较大的推重比,而发动机推力大一些,对于飞机设计的限制相对就要少一些。

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沈飞在今年珠海航展上展出的无人机模型 

武器方面,我国已经在珠海航展上展出了多型小直径制导炸弹,并且北斗卫星导航系统投入实用,也为这些武器投入使用打下了坚实的基础,特别是我国研制的CM-506滑翔增程小直径制导炸弹,投放距离可以达到130公里,采用末段寻的制导方式,具备较强的攻击能力,是我国无人作战飞机非常理想的对地攻击武器。

无人作战飞机的研制成功,表明我军对地攻击能力又达到了一个新的水平,它隐身能力强,具备较强的突防能力,与巡航导弹相比,无人作战飞机更加灵活,尤其可以长时间在目标区滞留,攻击时间敏感性目标,或者用末制导武器攻击机动目标,这些都是巡航导弹所不具备的,尤其是如果与航母相结合,就让我军隐身攻击范围向前长迈一步,攻击路线和方式更加灵活,是近期我国对地打击的一个利器。

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模型仰视图 

对于我国来说,无人作战飞机研制成功还只是万里长征的第一步,接下来的任务还有很多,包括无人机的多机及编队协同作战,目前无人机的作战还停留在单机或者少量飞机阶段,如果想更好的完成任务还需要对大编队无人机进行研究,另外就是有人机与无人机协同作战,未来无人机将会越来越多的参与作战行动,所以有人机与无人机如何编队、如何协同是各国空军研究又一个重点。至于长期发展的规划,目前飞翼式无人作战飞机的飞行包线仍旧比较狭窄,所以只能用于对地攻击和侦察等任务,用于空战的高机动性无人机还处于概念研制阶段,需要在未来的一个时期进行更加深入的探索。

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注:

参考资料:

1、一路前行-飞机设计专家李明

2、世界发动机手册

3、飞翼布局在无人侦察作战飞机上的应用探讨

4、本文配图来源于网上,权利归原作者所有


 

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