水空無人機設計

閆曉坤

引言：“躍鯊”水空無人飛行器填補了目前水空兩用飛行器的空缺，是無人潛艇和無人戰機的結合與升華。“躍鯊”突破了無人飛行器陸路起飛的局限性，采用水中潛艇發射的方式并結合渦扇—脈沖爆震組合發動機、超空泡技術、氫能源的利用等先進技術進行了綜合優化。其在注重科技力的現代戰爭中，必將成為主力軍。

一、任務描述

（一）戰斗任務與目標

隨著海洋領域戰略地位的提高，攻破由航母組成的戰斗群成為戰爭中取勝的一個重要戰略節點。“躍鯊”水空無人戰斗飛行器的主要作戰任務即定位于敵方航母及其強大的作戰群與保護群。利用“躍鯊”水空兩棲的作戰，水下高機動性的特點，可突破航母作戰群機動能力較薄弱和單一的作戰防御模式，對其發起致命攻擊，從而攻破敵方的海空防線。

（二）戰斗過程

圖1戰斗過程模擬圖

1、發射階段

“躍鯊”由潛艇吊艙攜帶進入作戰海域。在潛艇部署完畢后，經雷達掃描發現敵方艦隊，通過計算作出決策，并確認攻擊。吊艙打開，釋放“躍鯊”。此時“躍鯊”由渦扇發動機低速推進，離開潛艇。

2、突防階段

（1）針對航母戰斗群。“躍鯊”將攜帶兩枚超高速反艦導彈，渦扇發動機為其提供潛行動力，不斷接近對方戰艦，當對方戰斗群發現“躍鯊”后，可根據以下兩種不同情況進行攻擊：1）若敵方采用干擾技術。誤判其為“魚雷”,則可直接水下接近艦隊,改由脈沖爆震發動機推進，此時利用超空泡技術使飛行器全面提速，使其在短時間內將速度提至300節以上，在戰斗群正下方時鎖定目標，并發射反艦導彈。2）若敵方采用硬殺傷反魚雷攔截（起飛躲避攻擊）。“躍鯊”將計算相遇時間，在與魚雷相距一海里時，隨著機翼的展開通過鴨翼和全翼展襟翼以及超空泡的導向功能，以一定迎角躍出水面，通過脈沖爆震發動機功率提高到極限狀態，低空掠海飛行，并加速到超音速突破航母戰斗群的防御圈。因其已在水中突破了水下防御圈，敵方在發現“躍鯊”變軌躍出水面時，反導彈系統已無法做出反映，或敵方進行第二輪對空防御，“躍鯊”將以超音速突防，并在距地方一海里時，發射反艦導彈，這相當與二次變軌，攻擊后 “躍鯊”迅速掠過戰斗群上空，并降低高度，適時再次進入水面躲避導彈追擊。

（2）對潛艇的打擊。當探測到敵方潛艇確定目標后，派出“躍鯊”進行打擊，己方潛艇靜止，保持最高隱蔽性，以提高潛艇的生存能力。“躍鯊”采用水下大機動接近敵方潛艇，“躍鯊”單垂尾加全翼展襟翼構成的5個舵面及超空泡系統，其可靈活機動，全方位的可能性攻擊，使潛艇喪失防御能力。

3、回收階段

“躍鯊”掠過危險區域后，飛向海平面，并最終以安全速度回到水中，通過良好的隱形能力掩護向母潛艇駛去。當其到達潛艇下方時，由潛艇吊艙回收，再次裝彈以補充燃料。

三、總結方案

（一）總體布局

尺寸數據：機長18.00 m，翼展11.40 m，折疊寬度6.2 m，機高3.30 m，機翼前緣后掠角29°；動力裝置采用渦輪—火箭脈沖式組合發動機，渦輪螺旋槳最大推力為59 nm，火箭脈沖爆震最大推力179.5千牛；重量及載荷：空重7400 kg，最大武器載荷18500 kg，機翼面積:53 m2，翼載荷263.6 kg/m2，機載燃料量1880 L；其性能：高空最大馬赫數3.05 M，作戰海平面平飛速度1450 km/h，最大航程800 km，最小平飛速度190 km/h，最大爬升率350 m/s，實用升限26000 m。該機模型如下圖所示。

圖2無人飛行器模型

（二）設計思路

1、發射系統

目前的無人飛行器在與水中潛艇部隊的合作進攻中仍由進步空間。“躍鯊”采用潛艇水中發射的方式，由潛艇吊艙攜帶入水后釋放。該種發射方式的優勢在于：（1）其是在水中發射并接近攻擊目標，使無人飛行器的隱蔽性大幅增強；（2）將海空作戰合為一體，使機動、調配能力得到提升，并能及時調整作戰方案，使其有效地利用雷達盲區，提高突防能力，從而實現精確打擊，并降低戰爭成本。其設計結構如圖3所示。

圖3飛行器設計結構框圖

2、動力系統

“躍鯊”為了適應不同飛行狀態的條件，采用了無壓縮進氣道渦輪—火箭脈沖式組合發動機。在水中低速離開潛艇時，“躍鯊”由渦扇發動機來提供動力，由于作戰環境的特殊性，“躍鯊”采用無進氣道設計，爆震燃燒產生的爆震波使可爆燃料的壓力、溫度迅速升高（壓力可高達100個大氣壓，溫度可達2000 ℃）。因此，爆震燃燒的發動機無需傳統的壓氣機和渦輪部件便可達到對氣體進行壓縮的目的，來解決在水中行進時水會通過進氣道進入內部的問題,進而解決了發動機受水蒸氣影響的問題。同時,沒有壓縮進氣道,飛機結構得以簡化，重量減輕，且提高了飛機性能，并降低了成本。

3、輔助系統

超空泡發生器由艙體、產氣源、流量控制器、電氣控制盒、輸氣導管、噴嘴等組成。以下為超空泡發生器的結構示意圖。

圖4超空泡發生器結構示意圖

四、結束語

本文對“躍鯊”水空無人飛行器進行了方案設計，其采用水中發射的方式，彌補了無人飛行器陸路起飛目標易暴露的缺陷。動力系統為組合式發動機，可滿足3種不同飛行狀態。超空泡技術的應用大幅提升了飛行器在水中的潛行速度，且水空結合的作戰方式使其作戰更為靈活，機動性更強，且隱蔽性好。

參考文獻

[1]徐文忠,陳欣.基于網絡的無人機仿真設備通信研究[J].電子科技,2010,23(2):25-28.

[2]秦明,朱會,李國強.軍用無人機的發展趨勢[J].飛航導彈,2007(6):36-38,54.

[3]丁夢雨,蘆利斌,金國棟.一種小型無人機的導航系統方法設計[J].2013,21(18):69-72.

作者簡介

閆曉坤（1993-），男，本科。研究方向：飛行器設計與工程。