水空无人机设计

闫晓坤

引言：“跃鲨”水空无人飞行器填补了目前水空两用飞行器的空缺，是无人潜艇和无人战机的结合与升华。“跃鲨”突破了无人飞行器陆路起飞的局限性，采用水中潜艇发射的方式并结合涡扇—脉冲爆震组合发动机、超空泡技术、氢能源的利用等先进技术进行了综合优化。其在注重科技力的现代战争中，必将成为主力军。

一、任务描述

（一）战斗任务与目标

随着海洋领域战略地位的提高，攻破由航母组成的战斗群成为战争中取胜的一个重要战略节点。“跃鲨”水空无人战斗飞行器的主要作战任务即定位于敌方航母及其强大的作战群与保护群。利用“跃鲨”水空两栖的作战，水下高机动性的特点，可突破航母作战群机动能力较薄弱和单一的作战防御模式，对其发起致命攻击，从而攻破敌方的海空防线。

（二）战斗过程

图1战斗过程模拟图

1、发射阶段

“跃鲨”由潜艇吊舱携带进入作战海域。在潜艇部署完毕后，经雷达扫描发现敌方舰队，通过计算作出决策，并确认攻击。吊舱打开，释放“跃鲨”。此时“跃鲨”由涡扇发动机低速推进，离开潜艇。

2、突防阶段

（1）针对航母战斗群。“跃鲨”将携带两枚超高速反舰导弹，涡扇发动机为其提供潜行动力，不断接近对方战舰，当对方战斗群发现“跃鲨”后，可根据以下两种不同情况进行攻击：1）若敌方采用干扰技术。误判其为“鱼雷”,则可直接水下接近舰队,改由脉冲爆震发动机推进，此时利用超空泡技术使飞行器全面提速，使其在短时间内将速度提至300节以上，在战斗群正下方时锁定目标，并发射反舰导弹。2）若敌方采用硬杀伤反鱼雷拦截（起飞躲避攻击）。“跃鲨”将计算相遇时间，在与鱼雷相距一海里时，随着机翼的展开通过鸭翼和全翼展襟翼以及超空泡的导向功能，以一定迎角跃出水面，通过脉冲爆震发动机功率提高到极限状态，低空掠海飞行，并加速到超音速突破航母战斗群的防御圈。因其已在水中突破了水下防御圈，敌方在发现“跃鲨”变轨跃出水面时，反导弹系统已无法做出反映，或敌方进行第二轮对空防御，“跃鲨”将以超音速突防，并在距地方一海里时，发射反舰导弹，这相当与二次变轨，攻击后 “跃鲨”迅速掠过战斗群上空，并降低高度，适时再次进入水面躲避导弹追击。

（2）对潜艇的打击。当探测到敌方潜艇确定目标后，派出“跃鲨”进行打击，己方潜艇静止，保持最高隐蔽性，以提高潜艇的生存能力。“跃鲨”采用水下大机动接近敌方潜艇，“跃鲨”单垂尾加全翼展襟翼构成的5个舵面及超空泡系统，其可灵活机动，全方位的可能性攻击，使潜艇丧失防御能力。

3、回收阶段

“跃鲨”掠过危险区域后，飞向海平面，并最终以安全速度回到水中，通过良好的隐形能力掩护向母潜艇驶去。当其到达潜艇下方时，由潜艇吊舱回收，再次装弹以补充燃料。

三、总结方案

（一）总体布局

尺寸数据：机长18.00 m，翼展11.40 m，折叠宽度6.2 m，机高3.30 m，机翼前缘后掠角29°；动力装置采用涡轮—火箭脉冲式组合发动机，涡轮螺旋桨最大推力为59 nm，火箭脉冲爆震最大推力179.5千牛；重量及载荷：空重7400 kg，最大武器载荷18500 kg，机翼面积:53 m2，翼载荷263.6 kg/m2，机载燃料量1880 L；其性能：高空最大马赫数3.05 M，作战海平面平飞速度1450 km/h，最大航程800 km，最小平飞速度190 km/h，最大爬升率350 m/s，实用升限26000 m。该机模型如下图所示。

图2无人飞行器模型

（二）设计思路

1、发射系统

目前的无人飞行器在与水中潜艇部队的合作进攻中仍由进步空间。“跃鲨”采用潜艇水中发射的方式，由潜艇吊舱携带入水后释放。该种发射方式的优势在于：（1）其是在水中发射并接近攻击目标，使无人飞行器的隐蔽性大幅增强；（2）将海空作战合为一体，使机动、调配能力得到提升，并能及时调整作战方案，使其有效地利用雷达盲区，提高突防能力，从而实现精确打击，并降低战争成本。其设计结构如图3所示。

图3飞行器设计结构框图

2、动力系统

“跃鲨”为了适应不同飞行状态的条件，采用了无压缩进气道涡轮—火箭脉冲式组合发动机。在水中低速离开潜艇时，“跃鲨”由涡扇发动机来提供动力，由于作战环境的特殊性，“跃鲨”采用无进气道设计，爆震燃烧产生的爆震波使可爆燃料的压力、温度迅速升高（压力可高达100个大气压，温度可达2000 ℃）。因此，爆震燃烧的发动机无需传统的压气机和涡轮部件便可达到对气体进行压缩的目的，来解决在水中行进时水会通过进气道进入内部的问题,进而解决了发动机受水蒸气影响的问题。同时,没有压缩进气道,飞机结构得以简化，重量减轻，且提高了飞机性能，并降低了成本。

3、辅助系统

超空泡发生器由舱体、产气源、流量控制器、电气控制盒、输气导管、喷嘴等组成。以下为超空泡发生器的结构示意图。

图4超空泡发生器结构示意图

四、结束语

本文对“跃鲨”水空无人飞行器进行了方案设计，其采用水中发射的方式，弥补了无人飞行器陆路起飞目标易暴露的缺陷。动力系统为组合式发动机，可满足3种不同飞行状态。超空泡技术的应用大幅提升了飞行器在水中的潜行速度，且水空结合的作战方式使其作战更为灵活，机动性更强，且隐蔽性好。

参考文献

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作者简介

闫晓坤（1993-），男，本科。研究方向：飞行器设计与工程。