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晨楓:彩虹-7號的意義何在?
關(guān)鍵字: 無人機(jī)導(dǎo)彈察打一體彩虹7號彩虹7號無人機(jī)彩虹-7還有為更多、更大的無尾飛翼平臺開路的作用。無尾飛翼在很多方面與傳統(tǒng)飛機(jī)有顯著不同。除了前述升阻比、翼載、機(jī)體結(jié)構(gòu)等,無尾飛翼的飛控是很大的挑戰(zhàn)。相對于翼展而言,無尾飛翼的長度很短,使得尾翼(或者后緣控制面)的控制力矩很短,只能增加后緣控制面面積來補償。B-2的后緣設(shè)計本來像彩虹-7一樣簡潔,但為了增加盡量靠后的控制面,而把機(jī)體中線的V形尾端改成W形。由于沒有垂尾,也必須用兩側(cè)擾流片不同開度造成的不對稱阻力來控制偏航。這不僅導(dǎo)致不必要的阻力,而且影響隱身,在長遠(yuǎn)應(yīng)該用矢推解決。
飛控挑戰(zhàn)反過來影響氣動設(shè)計。傳統(tǒng)飛機(jī)的機(jī)翼后掠角由速度決定,低速可用平直翼,高亞音速只需要中等后掠角,超音速可能以大后掠角為好。但后掠角導(dǎo)致升力中心隨速度上升而后移,無尾飛翼的氣動控制力矩短的缺點使得有效配平和陣風(fēng)補償不容易保證。翼展很大時,后掠角可能導(dǎo)致翼尖后緣大大超過機(jī)體中線尾端,造成飛控問題。這可能反過來限制后掠角,進(jìn)而影響飛行速度。彩虹-7的巡航速度較低,可能與較淺的后掠角不無關(guān)系。X-47B機(jī)翼內(nèi)段后掠角較大,外段較小,在速度和配平之間折中,回避了這個問題。RQ-180則類似彩虹-7,采用大翼展、小后掠的機(jī)翼平面形狀。洛克希德“暗星”索性使用大展弦比平直翼,簡化了飛控問題,同時極大地限制了速度。
諾斯羅普·格魯曼提出的“折線風(fēng)箏”構(gòu)型
翼展、后掠角、飛控的互動是有尾飛機(jī)設(shè)計中不需要太多顧慮的挑戰(zhàn)。由于翼身一體,展弦比、根梢比等也不僅是機(jī)翼的氣動問題,更是機(jī)體的結(jié)構(gòu)問題。翼身融合體在結(jié)構(gòu)上便于設(shè)計和制造,尺度越大,優(yōu)點越明顯;但純飛翼在結(jié)構(gòu)上更加緊湊、輕巧。這些有別于常規(guī)飛機(jī)設(shè)計的挑戰(zhàn)都需要在實踐中理清。
中國已經(jīng)研發(fā)了一些小型的無尾飛翼無人機(jī),這些都是寶貴的經(jīng)驗。但工程研發(fā)需要在逐級放大中逐步揭示和解決尺度帶來的問題。簡化的理論計算方法經(jīng)常假定均勻性質(zhì),但大尺度的實際問題必須考慮各種分布。這就像煲湯一樣,小罐煲湯只要控制火候;大罐煲湯不僅要控制火候,還要注意攪拌;巨罐煲湯不僅攪拌是個學(xué)問,升溫速度也可能比火候的挑戰(zhàn)更大,局部熱點、冷點不僅影響味道,嚴(yán)重的話可以徹底毀了一鍋湯。道理是一樣的。
彩虹公司屬于航天科技集團(tuán)11院,氣動是他們的本行。但工程實踐是干出來的,不必通過中航系統(tǒng)就有實踐的機(jī)會,這對11院是十分重要的。大量的實踐是中國航空科技走進(jìn)自由王國的正道。
媒體還報道,彩虹-7有意涉足艦載應(yīng)用。無尾飛翼上艦既有優(yōu)勢,也有劣勢。無尾飛翼的高升阻比對航程永遠(yuǎn)不足的艦載應(yīng)用是雪中送炭,低翼載則降低進(jìn)近速度。但凡事都有個度,過了這個度就適得其反。過低的翼載在最近進(jìn)近的時候老是飄啊飄,就是不肯踏實降下來,也是一個麻煩。低翼載也對陣風(fēng)很敏感,B-2在著陸的時候,襟翼的動作頻率和幅度大大超過同等重量的轟炸機(jī)、客機(jī)或者運輸機(jī),就是在對并不算大的地面風(fēng)不斷補償。
無尾飛翼超寬的翼展則是對艦上使用不利的。停放的時候還可以翼尖折疊起來,減少占地,但起飛、著陸的時候就特別占地方了。艦載機(jī)的翼展一般較小,F(xiàn)-18E只有13.6米,F(xiàn)-14在最小后掠的時候為19.6米,E-2“鷹眼”的翼展為24.6米,彩虹-7也達(dá)22米。但彩虹-7的最大起飛重量只有這里面“最輕巧”的E-2的一半。換句話說,功能更加強大的重型無尾飛翼(比如說最大起飛重量超過30噸)的翼展可能大而無當(dāng),造成航母上的運作不便,甚至無法起飛、著陸。這樣看來,X-47B作為無尾飛翼相對較小的翼展不是沒有原因的,速度更快,但航程也較短。
對于彩虹乃至中國航空業(yè)界來說,各種無尾飛翼不是重復(fù)建設(shè),而是在不同角度、不同層次的實干中摸索經(jīng)驗,為更多的成功應(yīng)用鋪路,比如隱轟、大型無人機(jī)甚至隱身加油機(jī)、預(yù)警機(jī)、戰(zhàn)略偵察機(jī)等。
陸基大型特種平臺的隱身化目前已經(jīng)引起了很大的關(guān)注,未來戰(zhàn)場上,不隱身的飛機(jī)將越來越難生存
波音MQ-25是在特種平臺隱身化方面的第一個嘗試
另一方面,彩虹-7不僅需要外慧,更需要內(nèi)秀。對于中國來說,大型無尾飛翼的氣動和一般飛控已經(jīng)沒有解決不了的問題了,但高度自主的任務(wù)決策系統(tǒng)還是挑戰(zhàn)。這對全世界都是挑戰(zhàn)。
美國在反恐戰(zhàn)爭中大量使用“捕食者”等無人機(jī),很是成功。更高端的“全球鷹”、RQ-170“哨兵”、RQ-180等也很抓眼球。但這些無人機(jī)在任務(wù)層面都是遙控的,在涉及確認(rèn)目標(biāo)和發(fā)射武器時,還是“人在回路中”而不是自主的,盡管一般的起飛、著陸、編隊、按預(yù)定航線巡航這些任務(wù)要高度自動化已經(jīng)不難做到了。
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