對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機的氣動布局主要技術(shù)發(fā)展方向

摘要：隨著近代電子與信息科學技術(shù)的飛速發(fā)展，無人化已經(jīng)成為了對空戰(zhàn)斗機的重要技術(shù)路線。本文結(jié)合對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機的與主要技術(shù)指標與性能參數(shù)，給出了不同展弦比下無人戰(zhàn)斗機的小展弦比翼升一體布局，與大展弦比飛翼布局，并在此基礎(chǔ)上提出了一種支持垂直起降的小展弦比前置水平升力面尾坐式布局，希望能夠為進行相關(guān)研究以及分析工作的航空人帶來啟示。

關(guān)鍵詞：對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機；氣動布局；無尾布局

引言

隨著各國空中戰(zhàn)斗機的4S化（超機動、超音速巡航、隱身、超視距攻擊），對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機面臨越來越惡劣的空中作戰(zhàn)環(huán)境，其本身對飛行高度、速度、航程、隱身與可被探測距離、機動動作指標的日益增長。無人戰(zhàn)斗機通過各合理的氣動指標不僅可以滿足對空作戰(zhàn)的要求，同時可以結(jié)合其自身無駕駛?cè)藛T帶來的結(jié)構(gòu)簡單可靠、留空時間長、駕駛操縱部件體積減少一個數(shù)量級、在高威脅環(huán)境下作戰(zhàn)的低人員傷亡風險等特點進一步提高空中作戰(zhàn)優(yōu)勢。[1]

1、對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機的主要技術(shù)要求與發(fā)展方向

1.1對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機在戰(zhàn)術(shù)方面的要求

對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機應(yīng)當將在任務(wù)空域?qū)δ繕孙w行器進行發(fā)現(xiàn)與擊墜為第一要務(wù)，同時具備較為全面的飛行品質(zhì)，尤其是進行空中格斗、隱身技術(shù)、續(xù)航要求。首先，空中格斗對對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機提出了機動要求，其具體的實現(xiàn)方式主要通過特殊設(shè)計的氣動布局如鴨翼以及航空發(fā)動機矢量噴口的方式實現(xiàn)；其次，在隱身技術(shù)方面主要通過總體布局設(shè)計配合透波、吸波材料減小雷達與紅外反射面積，同時得益于不需要考慮駕駛?cè)藛T及其配套的生存系統(tǒng)等空間，無人戰(zhàn)斗機的前向雷達反射面積應(yīng)當?shù)陀诋斍爸髁鳜F(xiàn)役戰(zhàn)斗機一個量級，也就是0.01平方米；最后，在續(xù)航要求方面，對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機在現(xiàn)代爭端中主要承擔早期偵察以及火力突破、空域控制等任務(wù)，需具備進行大范圍作戰(zhàn)的能力，同時要兼顧超遠程的火力偵察。目前國際上提高對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機續(xù)航能力的主流對策都是將無人戰(zhàn)斗機設(shè)計為亞聲速巡航或高超聲速巡航。

1.2分析對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機的總體氣動布局

發(fā)展對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機過程中，在現(xiàn)有戰(zhàn)斗機的基礎(chǔ)上，要求其具備無人化，當不需要飛行員駕駛之后，對飛機的機動性就放開了限制，這樣對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機就很容易具備超機動作戰(zhàn)能力。雖然自主空戰(zhàn)的無人戰(zhàn)斗機的發(fā)展思路和當前技術(shù)水平相比有一定的差距，但是使用通信技術(shù)、傳感技術(shù)和人工智能技術(shù)后，這種戰(zhàn)斗機也完全有可能實現(xiàn)。還有另一種設(shè)計思路，是美國波音公司提出了兩種通用型設(shè)計方法，一種是飛翼、無尾布局，另一種是無尾布局，這種布局方式和其他設(shè)計方案相比，在氣動和隱身方面都具有優(yōu)勢，但是這種設(shè)計方案沒有垂直、斜置尾翼優(yōu)勢明顯，如果在這一飛機的基礎(chǔ)上開發(fā)成對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機，還必須對舵面控制進行深入研究。

2、分析對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機的重要發(fā)展技術(shù)

2.1分析對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機的智能蒙皮技術(shù)

美國很早就提出了智能蒙皮的概念并一直在進行相應(yīng)技術(shù)開發(fā)，該技術(shù)使用了大量的智能材料，這種材料具有一定的靈活性，根據(jù)飛行中外界環(huán)境所發(fā)生的變化，這種材料也會按照所設(shè)定的要求進行變化，進而達到隱身的效果，這一結(jié)構(gòu)構(gòu)成并不復(fù)雜，包括啟動器、控制器、信息傳感器等，其功能也比較強大，可以進行信息驅(qū)動，信息處理，還具有信息傳遞功能，由此可見，美國在以后的飛機研發(fā)過程中，將會大力應(yīng)用智能蒙皮技術(shù)，其優(yōu)勢也比較明顯。第一點，可以很好的提高飛機的飛行性能；第二點，有利于飛機的隱身；第三點，可以很好的發(fā)現(xiàn)隱身的一些飛機目標；第四點，提高飛機飛行控制的可靠性；第五點，還可以提高飛機的可用性。和其他這方面的技術(shù)相比，其使用的空間小，設(shè)計制作簡單，因此大規(guī)模生產(chǎn)后，可以降低生產(chǎn)成本[2]。

2.2分析數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的最新發(fā)展

數(shù)據(jù)鏈技術(shù)非常關(guān)鍵，其功能也很強大，具有抗干擾、安全保密、高速、通用等功能，除此之外，該技術(shù)還能夠建立空天優(yōu)勢，有利于實現(xiàn)無人戰(zhàn)斗機在信息方面的優(yōu)勢，還可以保證對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機能夠適應(yīng)當前的網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)，和其它飛機相比，有一個檔次的提升。當前美國為了進一步提高空軍的優(yōu)勢，在數(shù)據(jù)鏈技術(shù)方面投入大量的人力物力，在不久的將來該技術(shù)將會得到廣泛應(yīng)用。

2.3分析變循環(huán)發(fā)動機技術(shù)

這種發(fā)動機可以進行長航時飛行和高速飛行，在飛機中應(yīng)用之后，可以在巡航階段內(nèi)進行長航時飛行，這樣可以保證飛行速度，同時降低發(fā)動機油耗，提高航程。另一方面，如果現(xiàn)實需要，可以改變?yōu)楦咚亠w行，將速度提高，提高飛機的機動性和攻擊性。研究表明，亞聲速飛機使用了變循環(huán)發(fā)動機，能夠把續(xù)航時間提高到70%，可以把航程提高到30%。對于超聲速飛機而言，可以把續(xù)航時間提高到80%，可以把航程提高到40%。由此可見，這一技術(shù)的優(yōu)勢非常明顯，可以結(jié)合實際飛行需要進行靈活調(diào)整，保證飛機性能最佳[3]。

2.4分析低可觀測技術(shù)的研究情況

對于這一技術(shù)而言，主要是對飛機的外形進行優(yōu)化設(shè)計，進而達到低可觀測的功能，除外，使用納米技術(shù)可以實現(xiàn)多光譜隱身和寬帶隱身，有利于結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)的改變，還有利于流動控制技術(shù)的突破，因此通過使用新材料之后，能夠很好的降低飛機的結(jié)構(gòu)重量，提高飛機的升阻比等。

2.5分析多功能結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用

該結(jié)構(gòu)技術(shù)可以對傳感器進行集成，和傳統(tǒng)技術(shù)相比，傳感器的距離和孔徑都變大。另一方面，提高了飛機的低可觀測性能，在以后的發(fā)展中，戰(zhàn)斗機可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息化，進而提高了飛機的整體性能。

3、分析氣動布局技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展特點

3.1分析中大展弦比飛翼無尾布局特點

對于中大展弦比飛翼無尾布局的無人戰(zhàn)斗機優(yōu)勢非常明顯，設(shè)計中進行靜穩(wěn)定性設(shè)計，或者對邊界層進行有效控制，就可以有效提高無人戰(zhàn)斗機的升力系數(shù)，這種布局有利用靜不穩(wěn)定外形的使用，其配平阻力非常小，除此之外，這種布局方式消除了非升力面。這種設(shè)計有效消除了噴流對尾翼的干擾和機翼上可能的激波干擾，而且其還減少了尾翼阻力。但是這種中大展弦比飛翼無尾布局也有很大的缺點，如果飛行過程中需要改出尾旋，必須使用特殊方式，常規(guī)方式不可能實現(xiàn)。其應(yīng)用的橫航向控制耦合技術(shù)提高了飛控的復(fù)雜性，在對飛機進行俯仰控制時，其力矩比較短，需要很多很大的控制舵面。除此之外，和其他布局相比，其航向穩(wěn)定性不足。跨聲速飛行，厚翼帶來較大阻力。對飛機進行穩(wěn)定性設(shè)計過程中，使用了機翼外洗，從而誘導阻力激增，該氣動布局中最大升力系數(shù)小，起飛著陸需要大攻角。

3.2分析鴨式飛翼布局的特點

使用這種氣動布局之后，提高了整體的隱身性能，提高了飛機的機動性能，但是可操作性、穩(wěn)定方面存在一定的問題，在當前的戰(zhàn)斗機設(shè)計中一般會去掉 V尾和腹鰭，設(shè)計背負式發(fā)動機，縮小機翼面積，加大翼身融合，大力發(fā)展推力矢量技術(shù)。除此之外，還可以選擇使用大展弦比無尾布局，增加鴨翼等。

總結(jié)：

通過以上對對空作戰(zhàn)型無人戰(zhàn)斗機的相關(guān)技術(shù)等進行分析，發(fā)現(xiàn)無人戰(zhàn)斗機技術(shù)非常關(guān)鍵，根據(jù)氣動布局的設(shè)計情況，合理選擇相關(guān)技術(shù)，對無人戰(zhàn)斗機進行優(yōu)化設(shè)計，可以將其性能發(fā)揮到最大。

作者簡介：

吳俊琦，1984年9月出生，2009年畢業(yè)于南京航空航天大學能源與動力學院，并獲得碩士學位。現(xiàn)任上海交通大學航空航天學院本科教學實驗室實驗師。