从我国反航母需求出发简评新出现的翔龙2.0高空长航时无人机

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导读:近日,**资讯官方渠道报道了一款新型大型无人机的照片,这架飞机拥有和翔龙类似的联翼布局,通过旁边的车辆和人员对比,可以发现体型大小也和两年前首度曝光的翔龙验证机相仿,但此新型无人机采用了和翔龙迥异的V形外倾双垂尾,联翼结构也和翔龙有所不同,机身上多处气动细节也与翔龙验证机不同,它与“翔龙”有何关系,引起了网友的议论纷纷,此时**官方微博又放出消息,确认了这就是翔龙的原型机。以下本菜就试图简单聊聊这架翔龙原型机或翔龙2.0的设计特点,以及与原先翔龙验证机的异同,抛砖引玉,期待更多网友的高见。 一

近日,**资讯官方渠道报道了一款新型大型无人机的照片,这架飞机拥有和翔龙类似的联翼布局,通过旁边的车辆和人员对比,可以发现体型大小也和两年前首度曝光的翔龙验证机相仿,但此新型无人机采用了和翔龙迥异的V形外倾双垂尾,联翼结构也和翔龙有所不同,机身上多处气动细节也与翔龙验证机不同,它与“翔龙”有何关系,引起了网友的议论纷纷,此时**官方微博又放出消息,确认了这就是翔龙的原型机。以下本菜就试图简单聊聊这架翔龙原型机或翔龙2.0的设计特点,以及与原先翔龙验证机的异同,抛砖引玉,期待更多网友的高见。

一,此新型无人机很可能就是翔龙的原型机

从我国反航母需求出发简评新出现的翔龙2.0高空长航时无人机



虽然照片上的新型无人机和两年前首次露面在军迷面前的翔龙验证机有很多细节上的不同,但是相似之处更多,首先总体布局类似,都是独特的联翼布局。其次大小接近,通过旁边的人体作为参照物比较,可以发现新翔龙2.0原型机和原先翔龙验证机其实相差无几。也许有网友会和本菜一样,初见这次新图时会认为新机比翔龙验证机小,但仔细对比可以发现,长度上很接近,即使有缩短也不过一米左右。

从我国反航母需求出发简评新出现的翔龙2.0高空长航时无人机



造成视觉上新机比翔龙短短错觉的,可能是因为新机加粗了机身,同时相比翔龙原型机减小了弧度,机身显得更为平直,但通过这组正侧视图也可以发现,新机大小和原翔龙验证机一个级别。

明确了新机在布局和大小上与原翔龙的相似性,再看新机在机头下方明显新增了设备舱和侧视合成孔径雷达窗口,可以认为新机很可能就是完善了具体功能设计的翔龙原型机!

二,翔龙坚持采用独特联翼布局,2.0原型机进一步完善

翔龙作为一款和全球鹰同级别的高空长航时战略侦察无人机,最大的特色就是没有模仿全球鹰、捕食者等一般长航时无人机常用的大展弦比平直机翼,而是首次在大型无人机实用型号中采用了联翼布局,空军世界网站的这篇文章很好的阐述了此布局的好处

本菜概括如下:

A 适合高亚音速下使用的高升阻比。"全球鹰"采用简单的高展弦比平直机翼,依靠超过36的**展弦比来换取高升阻比。但平直机翼不适应高亚音速飞行,"全球鹰"的巡航速度只能达到575公里/时左右。而翔龙联翼布局的翼面积比单纯的正常布局要大,翼载荷轻。此外,联翼布局特别是菱形联翼布局的机翼都会采用后掠翼。机翼后掠可以减小高亚音速时的波阻,因此可以飞得更快。小的机翼和高翼载荷都能大大减小飞机阻力,或者说同样的机翼和翼载荷可以飞得更高。联翼布局的升力系数比普通平直机翼低,但因为相互干扰可以减小诱导阻力,联翼布局的实际阻力系数也很低,总的升阻比还是相当高的,非常适合高空高速长航时的飞行任务需求。通过展台照片我们可以看到,翔龙的巡航速度达到750km/h,明显高于全球鹰的575km/h。

B 具有特别高的自然姿态恢复能力和良好的气动静安定特性。高姿态恢复能力来源于联翼布局的前后翼良好干扰,因为尾翼要前掠与机翼相连,而且连接点比较靠外,尾翼比正常布局的飞机要大很多,而且距离机翼近,受到机翼下洗气流影响较大。下洗流能够降低尾翼的真实气流迎角,因此,当前面的机翼上仰到失速迎角时,尾翼在下洗流的影响下还处于正常升力状态;机翼失速失去升力以后,尾翼的升力还是正常的,这就给飞机一个强烈的自然低头恢复力矩,让其迅速恢复正常飞行姿态。由于尾翼前掠,其迎角失速范围本身就比后掠翼的前翼宽,叠加下洗流的作用,飞机飞行大迎角自然恢复角度相当宽,很难进入失速状态。这些优点可以简化飞控设计。

C 结构效益高。传统机翼都是采用梁式承力,这种结构特别是对于大展弦比机翼来说材料弹性所导致的飞机机翼变形都会影响实际飞行性能。"全球鹰"依靠实力超群的材料技术和工艺获得一副超高展弦比机翼,在以最大载荷从地面起飞时,机翼向上弯曲的幅度可达1.5米以上。而联翼布局前后翼相连的巧妙设计让传统机翼的受力结构发生了巨大改变,抗扭翼盒的结构因为两个具有相当大高差的翼相连而变成了一种闭合的具有大厚度的结构支撑框架,这让机翼的刚性和弹性控制要求大为降低。同时,由于受力结构更加合理和稳定,它可以让飞机结构重量大大减轻,对于提高高空飞行能力和飞行时间都有重要意义。

翔龙2.0原型机在原版的基础上进一步做了以下完善:

A 继续提高了高亚音速巡航时的升阻比。对比翔龙2.0和原版可发现,原版的前翼安装位置靠前,很靠近机头,而2.0的前翼安装位置挪到了机身中部,更加靠后,后掠角也有所增大,这就更接近传统后掠翼飞机主翼的布局,继续减低了高亚音速巡航时的阻力,2.0版的巡航速度可能比750km/h更高,也许能达到800km/h左右。翔龙很可能成为飞得最快的高空长航时无人机!

B 继续提高了大迎角性能,对比可发现,2.0版的机头、机身折线边条比原版更明显,机身更为平直,弯曲弧度小于原版,同时增加了腹鳍,改善有迎角时的垂直安定性,进一步发挥了联翼的迎角姿态恢复优势。

C 简化了联翼结构。2.0的尾翼不再像原版那样和前翼平行,而是平直斜向下,通过加强的连接点和前翼相连,强度更高,生产也更简单,也许材料成本也会降低。

三,翔龙的高空高亚音速巡航飞行性能适应我国的反航母需求

那么翔龙的特殊联翼布局,除了降低对材料和工艺的要求,使得我国可以在技术积累和成本承受能力不如美国的条件下获得和全球鹰相似的高升力高空长航时飞机,还有什么好处呢?本菜推测这种高亚音速巡航特点也是为了适合我国的反航母作战需求而特别设计的。和美国的全球鹰主要用于替代U-2有人高空侦察机对他国(主要是美国即将发动军事打击的中小国家)地面目标的战略侦察不同,我国的高空长航时无人机,也很有可能成为反航母作战体系中的重要传感器节点。如下图,我国东部沿海地区之外即是广阔的西太平洋,而反航母作战的首要任务就是在这片广大的区域里找到对方的航母战斗群。

在这片从琉球到关岛的大约2000km X 2000km的巨大海域里要定位几个航母战斗群,无疑是非常有挑战性的任务。当前我国反航母体系的情报来源主要是天基的侦察卫星,卫星当然具有很大的探测范围,但高空长航时无人机可以成为很好的补充,因为其具有更好的实时性、更高精度的探测能力、更低的成本,在卫星遭遇美国强力的天基对抗措施时,也能提供一个备份信息来源。翔龙的高速巡航优势,正适合在第一二岛链之间的广阔海区快速搜索美国的航母编队。在同样的时间里,翔龙可以搜索比全球鹰这样的平直无后掠机翼飞机更大的面积,对于及早发现航母编队无疑是很有意义的。翔龙2.0进一步加强了高亚音速巡航这个优势,在海洋目标搜索任务上更加高效。假设翔龙2.0具有800km/h的巡航速度,这是全球鹰575km/h巡航速度的1.4倍,如果以"8"字形巡航路线等特殊巡航航路进行搜索侦查,在同样的时间内,翔龙的扫描范围面积可以达到全球鹰的2倍左右。在第一二岛链之间,如果部署4到6架翔龙,就可以建立起对航母编队探测反应时间在一小时以内的监控网。在搜索探测到航母之后,翔龙可以转为精确跟踪定位模式,实时的跟踪数据通过机载大型卫星通信数据链上传到中继卫星,再到陆地指挥中心,为反航母武器提供目标指示。即使通信卫星受到干扰或摧毁,携带中继通信模块的其他翔龙无人机,也可以构建起空中无线通信网,把前方翔龙的侦察数据传回内陆指挥中心。这批翔龙10多个小时的续航时间用完以后,再使用下一批翔龙接替,如此,并不需要很大数量的飞机,就可以构建起不依赖侦察和通信卫星的空基反航母目标信息获取体系。这正是得益于翔龙高速巡航搜索探测大范围海区的能力。

四,翔龙2.0进一步加强了隐身性能

对比2.0和原版可以发现,垂尾从垂直单垂尾变成了倾斜V形双垂尾,同时机身折线更明显,上下斜面倾斜更明显,同时机身也更光滑平直。翔龙2.0的侧面RCS比起原版更小。而传统的高空长航时无人机如全球鹰,并没有特别强调隐身性能。全球鹰的折线并不明显,机身侧面几乎是垂直表面。对比翔龙2.0和全球鹰、及翔龙原版可以发现,2.0的垂尾面积最小,倾斜程度最大,侧面RCS应当是最小的。

同时,由于飞机的机翼后掠角越大、翼展越小,则飞机的迎头RCS越小,翔龙2.0拥有比全球鹰后掠角大得多、翼展更小的机翼,所以其迎头RCS也会比全球鹰更小。

由于翔龙前出西太平洋侦察,而此区域有多个美日基地、密布探测监视设备,搜索航母可能还要面对其舰载预警机和战斗机的雷达警戒搜索,翔龙拥有更好的隐身性能,也是对于保障完成侦察任务非常必要的。联翼布局可以在升力和全球鹰大展弦比布局相似的情况下,获得比其更小的RCS,这也是个优势。

五,翔龙的发动机问题及其高推重比优势

网友们都知道,翔龙目前采用的是涡喷发动机。固然,这有耗油率高的缺点,使得翔龙目前10多个小时,7000km航程的续航性能和全球鹰29个小时,14000km航程的续航能力相差较大,但是无奈的发动机却为翔龙带来特殊的高推重比优势。

翔龙正常起飞重量7500公斤,而发动机推力达到4200公斤,推重比达到0.56,一般只有载人的战术飞机才有如此高的推重比,正常起飞重量10吨多,最大14吨的"全球鹰"却使用一台3450公斤推力级别的发动机。"全球鹰"的推重比很低,从地面起飞到爬升到19000米的工作高度需要 80分钟以上,而"捕食者"爬升到8000米高度就需要60分钟。这两种飞机大多数时候都只能在单一高度巡航飞行,特别是"全球鹰"一旦执行高度降低到 9000米的抵近观察任务后,要恢复到19000米的工作高度需要一个小时以上,一定程度上影响了该机的使用。"翔龙"无人机具有高速和高推重比的特点,执行与"全球鹰"同样的降低高度到恢复高度的侦察任务所需要时间仅有后者的1/4。因此,"翔龙"可以象"全球鹰"那样运作,获得"捕食者"那样的辨识和跟踪精度,是一种兼顾两者所长的无人机系统。这样的设计主要考虑到中国使用无人机的条件和美国的区别——高空巡航的侦察能力是主要的,必要的时候可以快速下降高度执行战术侦察和近距离辨识跟踪的任务。这种高推比带来的爬升率优势和迅速改变工作高度的优势,使得翔龙可以更好的执行目标搜索和跟踪确认任务,尤其适合在远海侦察、维权任务时对于舰船等小目标的确认。

当然,今后的翔龙发展型还是要期待新型无加力先进中推涡扇,以此获得与全球鹰更接近的续航能力,但推比的优势也应当继续保持。

六, 补充讨论:翔龙翼梢小翼的设计作用,为何翔龙有翼梢小翼而全球鹰没有

曾有网友发帖质疑为何美国的全球鹰、捕食者都没有翼梢小翼,而翔龙有。这又是个典型的“为什么我们的设计和总是正确的美国设计不一样”的问题。本菜试作解答如下。翼梢小翼的主要作用是减小翼尖绕流带来的诱导阻力,设计得当的话,翼梢小翼可以达到超过实际“翼展”的有效翼展。我们知道,全球鹰已经有超过35米的巨大翼展,机翼弦长也不大,翼梢的弦长更小,而且平直无后掠机翼的速度并不快,这样全球鹰就不存在多少翼尖绕流带来的阻力,也不需要再通过小翼增加有效翼展。而翔龙则不同,原版翔龙验证机翼展25米,已明显小于全球鹰,而2.0原型机进一步增大了后掠角,翼展也似乎有所减小,这样翔龙就需要翼梢小翼来增加有效翼展提高升力,同时,因为翔龙较快的巡航速度,翼尖绕流引起的诱导阻力明显大于全球鹰身上的情况,也更需要翼梢小翼来减阻。我们知道,很多后掠翼的民航客机都有翼梢小翼,它们的巡航速度一般在700km/h以上,远快于全球鹰的575km/h,而后掠翼战斗机的速度更快,他们往往通过翼梢切尖或者翼尖挂架来减小翼尖的诱导阻力。翔龙翼尖上的小翼恰恰证明它的高亚音速巡航特征。

七, 翔龙等高空大型无人机很难被干扰捕获

如今很多网友看到无人机首先都会担心它会不会反而被敌方干扰捕获,毕竟先进如美国的无人机也先后被伊朗捕获两次。不过,翔龙这样的大型高空长航时无人机,其抗干扰抗捕获能力却更强,这方面的担心可以小一些。航展展板上的数据翔龙巡航高度是18000米,非常接近全球鹰的20000米。这个高度很多地面的干扰机已经无法有效作用。而美国被伊朗捕获的“扫描鹰”无人机,本身就是小型低空前沿侦察无人机,深入伊朗低空腹地,本来就容易被地面干扰。而之前美国被伊朗捕获的“坎大哈怪兽”无人机,属于中空飞翼布局无人机,深入多山的伊朗阿富汗边境执行侦察,距离山地表面高度也不高,同样容易被伊朗的干扰机作用。另外这些中小型无人机都没有翔龙、全球鹰这样大型战略无人机的巨大卫星通信数据天线,即使有天线孔径也明显更小,其卫星数据链接收机的灵敏度和抗干扰能力明显不如翔龙、全球鹰等大型战略无人机。还有,目前的大型卫星数据链已经支持定向保密通信,截获这样的通信已经很难,更别说干扰。翔龙2.0原型机V型双垂尾上有两个小型竖直凸起疑似天线物,也有可能是MIMO数据链天线,这种天线也可以在本机和其他飞机或地面站之间构筑起定向保密通信链路。总之,翔龙利用其高空、高亚音速、装载多种大型通信设备的优势,可以获得远比中小型低空战术无人机更好的抗干扰能力。此外,20000米左右的巡航高度,也在一般中近程地空导弹的射程之外,也比F-16等中型机的15000米升限高,只有大型远程防空导弹和重型机可以拦截。所以翔龙的安全性还是很有保证的。当然,这些优势全球鹰同样具有,如何防护和破解全球鹰的侦察也是需要研究的课题。

从我国反航母需求出发简评新出现的翔龙2.0高空长航时无人机



八, 翔龙发展脉络推测及其与国内其他大型无人机的关系

根据中国航空报2011年12月28日的报道《中国最新型无人机试飞 副总师蒋威开辟研发新模式》的报道,翔龙原版验证机疑似在11年底就进行了首飞(可能是运输到贵航进行),而**官方微博消息是翔龙2.0的这组照片拍摄于去年底,地点很可能是在贵航,那么推测在验证机首飞一年之后,翔龙经过改进设计推出了2.0版原型机,达到了功能更完整的状态,目前应该是在准备试飞阶段。而前两年成飞机场上曾被网友拍到滑跑的“天翅”无人机,在机身和V形双垂尾设计上和翔龙2.0有相似之处,可能是进行了某些设计验证工作。

从我国反航母需求出发简评新出现的翔龙2.0高空长航时无人机



而航空报的另一篇报道北航某教授完成国内首款长航时无人机“长鹰”的报道,现在据网友解读,很可能是指BZK005无人机,这是我国首款服役的长航时无人机,已经在钓鱼岛维权中展现实力。

从我国反航母需求出发简评新出现的翔龙2.0高空长航时无人机



而那款机身上写着“长鹰”二字,和全球鹰相似的无人机方案模型,据说其实是西工大的项目,此机后来未见实际进展报道。

当然,西工大、北航等国内其他研制无人机的单位,可能也参与了翔龙项目,结合成都、贵航等厂所已有的经验,翔龙2.0可以看作是在我国大型无人机研制历史上的再一次重大飞跃。新生的翔龙原型机凭借新颖而优点众多的设计,获得了独特的高速巡航优势,必将在我国拓展海洋活动的征程上发挥更大的作用!


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