蔚藍攻擊型無人機

趙遠寧 臧福堃 周美囡 李玉柱

沈陽航空航天大學機電工程學院

一、研制背景

經過近70年的發展，中國航空工業從無到有、由弱到強，現已成為科研水平卓越、具有大規模生產能力的航空工業主體。自軍用無人機在現代戰爭中發展和應用以來，它以其靈活性高、傷亡率低、隱蔽性強等優點被大量的應用于現代戰爭的各個領域。在未來戰爭中，軍用無人機的應用將不斷提高和延伸。各類無人機將用于偵察預警、跟蹤定位、特種作戰、中繼通信、精確制導、信息對抗、戰場搜索救援等戰略戰術任務。

二、未來軍用無人機發展趨勢

1.提高無人機機體的動態性能和承載能力。為了面對未來戰爭的隨時變化以及長期性，高海拔長航時類別的無人機發展顯得尤為重要?，F在隨著人類的科技進步，復合材料這一領域迎來了前所未有的發展，玻璃纖維、碳纖維、環氧基 等復合材料被廣泛的應用在無人機的機翼，方向舵，機身等部位。例如MQ-1“捕食者”無人機機身的大部分結構便是由復合材料制作而成，復合材料的使用不僅大大的提高了無人機機體的結構強度，同時也大大的減輕了飛機的重量，增大了無人機的續航里程進而擴大了其巡航高度，偵查范圍等一系列相關因素。

2.使機體隱形化。武器的戰爭生存能力是機動武器設施的首要追求目的，隱身技術可以極大程度地提高軍用無人機在戰場上面的生存能力。通過減少機身的雷達反射截面使用集成一體化的設計來減少存在的細小縫隙和角落，同時使用雷達吸收材料和低噪音發動機，進而使得減小無人機被敵方雷達發現的可能性。

3.智能化和戰場環境適應能力。在實際作戰中，將根據戰場的需要使用適合于本次戰斗的無人機執行任務。然而，一旦戰場形勢發生變化，無人機需要做出相應的調整以適應環境，這其中就包括了環境因素以及人為因素。未來，無人駕駛飛機(uav)的重點將是提高其自主操作能力，它可以由人遠程控制或自動操作。

三、創新設計

（一）前掠翼機翼設計

前掠機翼具有獨特的氣動特性，具有良好的飛行性能，可以做出高攻角機動動作，并且同時具有臨界馬赫數高，抗波能力低等特點。合理的利用復合材料的氣動彈性裁剪技術，可以很好地解決前掠機翼扭轉速度過低和發散速度過低的問題。機翼的低壓翼部分具有獨特的氣動特性，利用復合材料的氣動彈性割削技術，能夠較好地解決前掠翼扭轉發散的速度過低的問題。前掠翼這一設計也更加適合無人機的機翼設計。由于飛機上沒有駕駛員座艙和飛行員需要的設備，所以在同等效率的情況下，飛機具有體積小，重量輕，特別是機身體積小，長度短。在無人機氣動布局，特別是大弦比機翼的設計，前掠翼，將意味著機翼的氣動弦的位置移動到前面的飛機翼根，這不僅延長了尾梁，對尾巴平面布局設計來解決困難，同時由于前掠機翼質心向前，使得無人機的重心向前，更能夠緩解無人機機翼的設計難題。

圖1 前掠翼示意圖

考慮到使用性能和經濟成本，即使是下一代高性能攻擊型無人機，設計馬赫數也不超過0.8。實驗結果表明:前掠機翼的低速性能明顯優于后掠機翼。

（圖2左圖是FSW1和FSW2分別是F——16戰機前后掠翼兩種布局的實驗結果，右圖為速度分析對比圖）

圖2

（二）無人機發動機設計

1.重油助推矢量發動機:與傳統發動機相比，重油發動機具有更高的能源利用效率，可以保證每克燃料和空氣都能充分反應，大大提高無人機的能量轉化效率。理論上，使用該發動機的飛機最大飛行續航里程可以高達10000公里。（如圖為重油發動機原理圖）

圖3 （重油發動機）

2.蜯式進氣道:該類型氣道的優點有兩個，第一是可以減輕重量。因為在飛機的研究設計中對于減重這一措施是按照克這個單位來計算的，采用蜯式進氣道后，由于取消了邊界層分離，飛機的重量可減輕數百公斤，極大程度的減輕了飛機結構的重量，這非常有利于飛機的飛行。第二，有利于飛機隱身。由于邊界層阻擋物和壓縮斜板等部件的消除，飛機的雷達反射截面積也大大減小，能夠明顯的提高飛機的隱身能力，減小被發現的可能性。（圖4為蜯式進氣道的實物圖）

圖4 （蜯式進氣道）

（三）流線型可拋棄副油箱設計

1.外觀：設計成為細長流線型的外觀，可以有效的減少飛行阻力，極大程度上減少無人機飛行時的速度損失。

2.主副油箱工作原理：當主油箱的油料消耗到一定的量時，副油箱會將自己的油補充到主油箱中，其情況就是邊消耗邊補充，這樣可以保證主油箱的油料一直處于比較健康的狀態，一旦準備戰斗時，副油箱將會一次性注入主油箱，直到加滿為止，然后拋棄副油箱準備作戰！

圖5 （副油箱及工作電路圖）

3.副油箱工作原理：協調釋放電路中最重要的控制機構是頂桿組合裝置與微動門的協調。協調頂桿裝配裝置與動壓門的工作狀態有關，動壓門直接控制輔助油箱鉤應急釋放線圈的工作功率。當兩側副油箱正常安裝時，配合頂桿通過副油箱上的角片被頂起并且向上移動，將協調頂桿組合裝置中的壓桿推出(壓桿運動方向與協調頂桿運動方向差度角為90度)，頂起微執行器閘門WK-7上的壓塊。使微動開關開關的觸點從連接1、2到連接3、4，斷開輔助油箱掛鉤的緊急投放線圈。但是，如果協調頂桿裝配裝置的任何一側不足以將微動塊推到位或微動塊沒有始終保持在壓下位置，此時，當飛行器受到氣流影響，出現湍流和強烈振動時，微動開關可立即斷開觸點3、4，連接觸點1、2，然后再連接觸點3、4。當微動開關立即斷開3、4號觸點，并接通1、2號觸點時，飛機上的27v電源會緊急釋放線圈將被添加到輔助油箱鉤另一方面通過接觸1和2的微動開關另一方面通過接觸3和4的微動開關在另一邊打開鉤和釋放輔助油箱。在滴槽發射后，協調這一側的柱塞將伸長，與微電觸點通過1和2，在27v電源上通過微開關1、2同時經過另一側的微動開關3，4觸點（這個時候微動開關會處于正常的待機狀態）加到機身另一側的副油箱掛鉤會立即投放線圈致使掛鉤開鎖，副油箱被拋出。

四、超寬帶預警雷達系統

1.天線設計:因為超寬頻雷達輸出帶寬相對較寬，和帶寬成反比的輸出功率，天線，為了提高超寬頻雷達的性能，必須加強超寬頻雷達的天線設計，飼料是需要有一個高磁場強度和維持一定的帶寬，使其能滿足實際使用的功率要求。

2.超寬帶雷達為了增加距離，比如超過10公里的距離，需要非常高的峰值功率輸出，并且隨著距離的增加，峰值功率會急劇增加，這對發射機的要求非常高，實現會相對較難，現在研究人員們在不斷完善光激勵開關的一種方法，解決未來沖擊脈沖功率問題。

3.在頻譜上存在對普通用戶干擾問題。未來新一代的超寬帶雷達系統將是重量輕、結構緊湊的、能提供高質量數據且容易解釋的雷達系統。機載遠程超寬帶雷達探測器為未來超寬帶雷達發展提供了高分辨率、目標成像和識別可能性。超寬帶雷達是超寬帶技術的一種應用，具有很廣闊的應用前景，是一種非常值得研究的技術，將在軍事領域得到更加廣泛的應用。

五、尺寸參數數據

模型長：392.0mm

寬：304.4mm

高：68.70mm

比例尺：1：60

設計最高時速385km/h

可掛載導彈數：兩枚空空激光制導導彈或者八枚小型激光制導導彈

最大續航里程：（載有副油箱）4000公里

最高升限：8000米

最大起飛重量：5噸

六、未來戰場應用設想

根據2016年到2020 年的軍工產業預測報告顯示，全球國家的無人機需求經費將會由 2015 年的 64 億美元增至 2024 年的115億美元，經費支出比例增長率為 6.7%。2015 年到 2024 年，全球軍用無人機支出總額度會由57億美元增加至 99 億美元，復合增速會達到6.33%，支出總金額將高達 810 億美元。預計到2024 年全球軍用無人機將占當年市場總額 86%(99 億美元)，民用無人機占 14%(16 億美元)。

圖6 （數據統計）

未來，以無人機為代表的軍用無人裝備采購比例將繼續上升。首先，與前一種中低空靶機和前線傳感器相比，無人機的作用和功能得到了極大的擴展，特別是探測和射擊的一體化功能的實現。二是在世界經濟增長放緩和軍事投資有限的背景下，無人機在采購方面的成本優勢突出。攻擊無人機將有助于保護國土安全，并在不久的將來創造一個更安全的局勢。