对空作战型无人战斗机的气动布局主要技术发展方向

摘要：随着近代电子与信息科学技术的飞速发展，无人化已经成为了对空战斗机的重要技术路线。本文结合对空作战型无人战斗机的与主要技术指标与性能参数，给出了不同展弦比下无人战斗机的小展弦比翼升一体布局，与大展弦比飞翼布局，并在此基础上提出了一种支持垂直起降的小展弦比前置水平升力面尾坐式布局，希望能够为进行相关研究以及分析工作的航空人带来启示。

关键词：对空作战型无人战斗机；气动布局；无尾布局

引言

随着各国空中战斗机的4S化（超机动、超音速巡航、隐身、超视距攻击），对空作战型无人战斗机面临越来越恶劣的空中作战环境，其本身对飞行高度、速度、航程、隐身与可被探测距离、机动动作指标的日益增长。无人战斗机通过各合理的气动指标不仅可以满足对空作战的要求，同时可以结合其自身无驾驶人员带来的结构简单可靠、留空时间长、驾驶操纵部件体积减少一个数量级、在高威胁环境下作战的低人员伤亡风险等特点进一步提高空中作战优势。[1]

1、对空作战型无人战斗机的主要技术要求与发展方向

1.1对空作战型无人战斗机在战术方面的要求

对空作战型无人战斗机应当将在任务空域对目标飞行器进行发现与击坠为第一要务，同时具备较为全面的飞行品质，尤其是进行空中格斗、隐身技术、续航要求。首先，空中格斗对对空作战型无人战斗机提出了机动要求，其具体的实现方式主要通过特殊设计的气动布局如鸭翼以及航空发动机矢量喷口的方式实现；其次，在隐身技术方面主要通过总体布局设计配合透波、吸波材料减小雷达与红外反射面积，同时得益于不需要考虑驾驶人员及其配套的生存系统等空间，无人战斗机的前向雷达反射面积应当低于当前主流现役战斗机一个量级，也就是0.01平方米；最后，在续航要求方面，对空作战型无人战斗机在现代争端中主要承担早期侦察以及火力突破、空域控制等任务，需具备进行大范围作战的能力，同时要兼顾超远程的火力侦察。目前国际上提高对空作战型无人战斗机续航能力的主流对策都是将无人战斗机设计为亚声速巡航或高超声速巡航。

1.2分析对空作战型无人战斗机的总体气动布局

发展对空作战型无人战斗机过程中，在现有战斗机的基础上，要求其具备无人化，当不需要飞行员驾驶之后，对飞机的机动性就放开了限制，这样对空作战型无人战斗机就很容易具备超机动作战能力。虽然自主空战的无人战斗机的发展思路和当前技术水平相比有一定的差距，但是使用通信技术、传感技术和人工智能技术后，这种战斗机也完全有可能实现。还有另一种设计思路，是美国波音公司提出了两种通用型设计方法，一种是飞翼、无尾布局，另一种是无尾布局，这种布局方式和其他设计方案相比，在气动和隐身方面都具有优势，但是这种设计方案没有垂直、斜置尾翼优势明显，如果在这一飞机的基础上开发成对空作战型无人战斗机，还必须对舵面控制进行深入研究。

2、分析对空作战型无人战斗机的重要发展技术

2.1分析对空作战型无人战斗机的智能蒙皮技术

美国很早就提出了智能蒙皮的概念并一直在进行相应技术开发，该技术使用了大量的智能材料，这种材料具有一定的灵活性，根据飞行中外界环境所发生的变化，这种材料也会按照所设定的要求进行变化，进而达到隐身的效果，这一结构构成并不复杂，包括启动器、控制器、信息传感器等，其功能也比较强大，可以进行信息驱动，信息处理，还具有信息传递功能，由此可见，美国在以后的飞机研发过程中，将会大力应用智能蒙皮技术，其优势也比较明显。第一点，可以很好的提高飞机的飞行性能；第二点，有利于飞机的隐身；第三点，可以很好的发现隐身的一些飞机目标；第四点，提高飞机飞行控制的可靠性；第五点，还可以提高飞机的可用性。和其他这方面的技术相比，其使用的空间小，设计制作简单，因此大规模生产后，可以降低生产成本[2]。

2.2分析数据链技术的最新发展

数据链技术非常关键，其功能也很强大，具有抗干扰、安全保密、高速、通用等功能，除此之外，该技术还能够建立空天优势，有利于实现无人战斗机在信息方面的优势，还可以保证对空作战型无人战斗机能够适应当前的网络战，和其它飞机相比，有一个档次的提升。当前美国为了进一步提高空军的优势，在数据链技术方面投入大量的人力物力，在不久的将来该技术将会得到广泛应用。

2.3分析变循环发动机技术

这种发动机可以进行长航时飞行和高速飞行，在飞机中应用之后，可以在巡航阶段内进行长航时飞行，这样可以保证飞行速度，同时降低发动机油耗，提高航程。另一方面，如果现实需要，可以改变为高速飞行，将速度提高，提高飞机的机动性和攻击性。研究表明，亚声速飞机使用了变循环发动机，能够把续航时间提高到70%，可以把航程提高到30%。对于超声速飞机而言，可以把续航时间提高到80%，可以把航程提高到40%。由此可见，这一技术的优势非常明显，可以结合实际飞行需要进行灵活调整，保证飞机性能最佳[3]。

2.4分析低可观测技术的研究情况

对于这一技术而言，主要是对飞机的外形进行优化设计，进而达到低可观测的功能，除外，使用纳米技术可以实现多光谱隐身和宽带隐身，有利于结构设计技术的改变，还有利于流动控制技术的突破，因此通过使用新材料之后，能够很好的降低飞机的结构重量，提高飞机的升阻比等。

2.5分析多功能结构技术的应用

该结构技术可以对传感器进行集成，和传统技术相比，传感器的距离和孔径都变大。另一方面，提高了飞机的低可观测性能，在以后的发展中，战斗机可以实现网络信息化，进而提高了飞机的整体性能。

3、分析气动布局技术应用和发展特点

3.1分析中大展弦比飞翼无尾布局特点

对于中大展弦比飞翼无尾布局的无人战斗机优势非常明显，设计中进行静稳定性设计，或者对边界层进行有效控制，就可以有效提高无人战斗机的升力系数，这种布局有利用静不稳定外形的使用，其配平阻力非常小，除此之外，这种布局方式消除了非升力面。这种设计有效消除了喷流对尾翼的干扰和机翼上可能的激波干扰，而且其还减少了尾翼阻力。但是这种中大展弦比飞翼无尾布局也有很大的缺点，如果飞行过程中需要改出尾旋，必须使用特殊方式，常规方式不可能实现。其应用的横航向控制耦合技术提高了飞控的复杂性，在对飞机进行俯仰控制时，其力矩比较短，需要很多很大的控制舵面。除此之外，和其他布局相比，其航向稳定性不足。跨声速飞行，厚翼带来较大阻力。对飞机进行稳定性设计过程中，使用了机翼外洗，从而诱导阻力激增，该气动布局中最大升力系数小，起飞着陆需要大攻角。

3.2分析鸭式飞翼布局的特点

使用这种气动布局之后，提高了整体的隐身性能，提高了飞机的机动性能，但是可操作性、稳定方面存在一定的问题，在当前的战斗机设计中一般会去掉 V尾和腹鳍，设计背负式发动机，缩小机翼面积，加大翼身融合，大力发展推力矢量技术。除此之外，還可以选择使用大展弦比无尾布局，增加鸭翼等。

总结：

通过以上对对空作战型无人战斗机的相关技术等进行分析，发现无人战斗机技术非常关键，根据气动布局的设计情况，合理选择相关技术，对无人战斗机进行优化设计，可以将其性能发挥到最大。

作者简介：

吴俊琦，1984年9月出生，2009年毕业于南京航空航天大学能源与动力学院，并获得硕士学位。现任上海交通大学航空航天学院本科教学实验室实验师。