無(wú)人機(jī)已經(jīng)成為航空科技領(lǐng)域中最活躍和最重要的發(fā)展方向之一，無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)極有可能取代常規(guī)有人作戰(zhàn)飛機(jī)稱(chēng)雄未來(lái)的天空。無(wú)人機(jī)的發(fā)展離不開(kāi)動(dòng)力技術(shù)的推動(dòng)，作為無(wú)人機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的基石，無(wú)人機(jī)動(dòng)力的發(fā)展直接關(guān)系到無(wú)人機(jī)裝備的發(fā)展。本文在分析國(guó)外與我國(guó)無(wú)人機(jī)及其動(dòng)力現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了未來(lái)我國(guó)無(wú)人機(jī)動(dòng)力發(fā)展的思考。
國(guó)外無(wú)人機(jī)及其動(dòng)力發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)
無(wú)人機(jī)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
從國(guó)外無(wú)人機(jī)的發(fā)展來(lái)看，無(wú)人機(jī)的研發(fā)工作得到了很多國(guó)家的高度關(guān)注，全世界范圍內(nèi)約有30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)開(kāi)展無(wú)人機(jī)的研究工作，有50多個(gè)國(guó)家裝備了無(wú)人機(jī)，全球已有10多萬(wàn)架無(wú)人機(jī)。無(wú)人機(jī)以其平臺(tái)特有的能力成為了牽引21世紀(jì)航空科技發(fā)展的核心力量。無(wú)人機(jī)的飛行高度涵蓋了從低空到20000米以上，航程從短程到5000千米以上。
隨著無(wú)人機(jī)越來(lái)越受到重視，其承擔(dān)的任務(wù)種類(lèi)越來(lái)越多，從最初的靶機(jī)、偵察機(jī)、通信聯(lián)絡(luò)機(jī)等輔助性作戰(zhàn)任務(wù)到從執(zhí)行空中偵察、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視到壓制敵方防空系統(tǒng)、對(duì)地攻擊等主要任務(wù)，實(shí)現(xiàn)偵察/打擊/攻擊一體化，所發(fā)揮的作用越來(lái)越大。未來(lái)無(wú)人機(jī)發(fā)展主要沿著“靶機(jī)—ISR—察打一體化—無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)—空天一體化”的軌跡發(fā)展。
從國(guó)外無(wú)人機(jī)的發(fā)展特點(diǎn)來(lái)看，未來(lái)無(wú)人機(jī)發(fā)展將會(huì)有以下四個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：
第一、無(wú)人偵察機(jī)從低空偵察向高空長(zhǎng)航時(shí)發(fā)展。高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人偵察機(jī)將具備高隱身、高速、高空、長(zhǎng)航時(shí)等發(fā)展特點(diǎn)。
第二、無(wú)人機(jī)從單一偵察向察打一體、無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)發(fā)展。無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)以任務(wù)為中心，無(wú)需考慮飛行員的承受能力等因素，它能夠壓制敵防空、實(shí)施對(duì)地轟炸與攻擊，可以實(shí)現(xiàn)大過(guò)載，確保零傷亡，在速度、高度、航程和隱身性、機(jī)動(dòng)性方面有鮮明的優(yōu)勢(shì)。
第三、無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)從對(duì)地攻擊向制空型無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)展。無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)除具有對(duì)地攻擊的特點(diǎn)外，側(cè)重于進(jìn)行空中攔截、空中格斗，一般用于消耗戰(zhàn)，爭(zhēng)奪制空權(quán)，既可以縱深打擊，又可以遠(yuǎn)程偵察和監(jiān)視，具有多用途、高機(jī)動(dòng)、自適應(yīng)等特點(diǎn)。
第四、無(wú)人機(jī)從低空低速向高空高速、臨近空間高超聲速發(fā)展。從航空航天技術(shù)發(fā)展方向與技術(shù)制高點(diǎn)出發(fā)，無(wú)人機(jī)向高空高速、臨近空間高超聲速無(wú)人機(jī)發(fā)展是必然的發(fā)展趨勢(shì)，其發(fā)展特點(diǎn)是：飛行馬赫數(shù)3以上；具有時(shí)效敏感性；能夠快速打擊與偵察；能夠空天往返；可實(shí)現(xiàn)全球到達(dá)等。
無(wú)人機(jī)動(dòng)力發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)
目前，國(guó)外無(wú)人機(jī)的動(dòng)力主要以活塞發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)為主?；钊l(fā)動(dòng)機(jī)適用于低速、低空以及起飛重量小的無(wú)人機(jī)。對(duì)于速度、高度、質(zhì)量都較高的無(wú)人機(jī)而言，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)是最合適的動(dòng)力裝置。隨著燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)如耗油率、推進(jìn)能力和壽命等越來(lái)越優(yōu)，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)在無(wú)人機(jī)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
國(guó)外高端無(wú)人機(jī)動(dòng)力的發(fā)展趨勢(shì)是以渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為主。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率相對(duì)較低，具有壽命長(zhǎng)、成本低、易于實(shí)現(xiàn)系列化等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于未來(lái)無(wú)人機(jī)平臺(tái)對(duì)動(dòng)力的需求。從國(guó)外無(wú)人機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)看，目前在研和擬研的高端無(wú)人機(jī)動(dòng)力也基本以渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為主。例如，歐洲的“神經(jīng)元”驗(yàn)證機(jī)選用“阿杜爾”渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。美國(guó)“聯(lián)合空戰(zhàn)系統(tǒng)計(jì)劃”(J-UCAS)中發(fā)展的X-45A／B和X-47無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)的驗(yàn)證樣機(jī)選擇了現(xiàn)有渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。
隨著無(wú)人機(jī)從低空低速向高空高速、臨近空間高超聲速發(fā)展，常規(guī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)不能完全滿(mǎn)足其對(duì)動(dòng)力裝置的要求，需要研制新型動(dòng)力，如發(fā)展變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)(VCE)和渦輪基組合循環(huán)動(dòng)力(TBCC)等。
通過(guò)對(duì)國(guó)外無(wú)人機(jī)動(dòng)力發(fā)展趨勢(shì)的分析，可以推斷出未來(lái)無(wú)人機(jī)的動(dòng)力將主要以渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為主，其推力量級(jí)大致處于200～10000kgf之間，低油耗將是未來(lái)無(wú)人機(jī)動(dòng)力最關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。未來(lái)的無(wú)人機(jī)向高空、高速發(fā)展，要求待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)、留空時(shí)間長(zhǎng)和續(xù)航能力強(qiáng)，因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油率要求非常嚴(yán)格，最優(yōu)的耗油率將是未來(lái)無(wú)人機(jī)選擇動(dòng)力的關(guān)鍵因素。未來(lái)無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)具有非常好的機(jī)動(dòng)性、靈活性和突防能力，因此最大過(guò)載有可能達(dá)到15～20，無(wú)人機(jī)動(dòng)力必須要考慮無(wú)人機(jī)的大過(guò)載設(shè)計(jì)要求。未來(lái)無(wú)人機(jī)，特別是無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)的隱身設(shè)計(jì)要求非常高，需要全程隱身、全方位隱身和全頻段隱身，這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。未來(lái)的無(wú)人機(jī)要根據(jù)任務(wù)需要，能夠進(jìn)行自適應(yīng)控制，適應(yīng)多任務(wù)平臺(tái)需求，因此動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)時(shí)肯定要考慮自適應(yīng)控制的要求?？傊?，未來(lái)無(wú)人機(jī)的動(dòng)力關(guān)鍵技術(shù)將以低油耗、大過(guò)載、高隱身、自適應(yīng)控制、長(zhǎng)壽命等為發(fā)展重點(diǎn)。
我國(guó)無(wú)人機(jī)及其動(dòng)力現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
無(wú)人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)
我國(guó)作為一個(gè)幅員遼闊的大國(guó)，身處復(fù)雜的國(guó)際環(huán)境，現(xiàn)代化國(guó)防對(duì)無(wú)人機(jī)發(fā)展的需求同樣十分強(qiáng)烈，特別是隨著人們對(duì)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)觀念、作戰(zhàn)形式和任務(wù)要求的改變，無(wú)人機(jī)的研發(fā)得到了一定的關(guān)注。由于我國(guó)地域?qū)拸V，陸?？崭采w面積大，無(wú)人機(jī)是朝著高中低空、遠(yuǎn)中近程、低速和高速無(wú)人機(jī)搭配使用方向發(fā)展。
未來(lái)的空戰(zhàn)將是無(wú)人機(jī)之間的空戰(zhàn)，為了滿(mǎn)足戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，我國(guó)需要有從短程到遠(yuǎn)程，從低空到高空，從輕型到重型，從偵察到作戰(zhàn)，涵蓋各個(gè)范圍、各種用途全系列的無(wú)人機(jī)。我國(guó)現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)類(lèi)型遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，為了滿(mǎn)足國(guó)防發(fā)展需求，更好的發(fā)揮無(wú)人機(jī)作為有效軍事武器的潛力，有必要發(fā)展以下類(lèi)型的無(wú)人機(jī)：特種作戰(zhàn)偵察使用的微型無(wú)人機(jī)；近程戰(zhàn)術(shù)偵察或者作戰(zhàn)需要的無(wú)人機(jī)；采用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的旋翼無(wú)人機(jī)；中高空中遠(yuǎn)程無(wú)人機(jī)； 超高空超高速無(wú)人機(jī)。
我國(guó)無(wú)人機(jī)的發(fā)展很大程度上受制于動(dòng)力，隨著我國(guó)無(wú)人機(jī)譜系的健全，現(xiàn)有動(dòng)力裝置的發(fā)展越來(lái)越無(wú)法滿(mǎn)足平臺(tái)的需求?，F(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)譜系只能滿(mǎn)足無(wú)人機(jī)動(dòng)力的“有無(wú)”，不能滿(mǎn)足平臺(tái)對(duì)飛行速度、飛行高度、起降方式、續(xù)航時(shí)間、航程和經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)的不同要求。
為使動(dòng)力與平臺(tái)更好的匹配，未來(lái)無(wú)人機(jī)動(dòng)力的發(fā)展趨勢(shì)大致為：由于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的多樣性，需求推力范圍大約為100～10000kgf的渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)配裝中高端無(wú)人機(jī)；功率不大于100kW活塞發(fā)動(dòng)機(jī)配置低速無(wú)人機(jī)；功率不大于500kW的渦軸配裝旋翼無(wú)人機(jī)；功率不大于600kW的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)配裝中低速無(wú)人機(jī)；沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)是最有希望用于高超聲速無(wú)人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)；隨著新型發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，燃料電池推進(jìn)系統(tǒng)、太陽(yáng)能推進(jìn)系統(tǒng)、脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)、核動(dòng)力渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)等新型動(dòng)力也將發(fā)展成為于無(wú)人機(jī)的動(dòng)力。其中，未來(lái)需求最強(qiáng)烈、裝備意義最大的幾型發(fā)動(dòng)機(jī)包括用于高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)的高性能大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、對(duì)地型無(wú)人攻擊機(jī)和制空型無(wú)人機(jī)配套的中等推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，以及臨近空間超聲速無(wú)人機(jī)使用的渦輪沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)。
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