美军RQ-180隐身战略无人机及其发动机选型分析

2021-03-03张伟

无人机 2021年11期

张伟

中国航发贵州黎阳航空动力有限公司

本文阐述美军秘密研制的RQ-180隐身战略无人机的研制背景及特性，分析与RQ-180无人机相匹配的发动机性能要求、推力选择及发动机选型，介绍RQ-180无人机配置的CF34发动机的技术特点，提出“军民融合”开发新思路，为我国高空长航时隐身战略无人机及其发动机的研发提供参考。

美国2021年5月宣布，未来1 ～2年，21架“全球鹰”无人机和3架由“全球鹰”改装的EQ-4B通信中继无人机将全部退役，21架“全球鹰”无人机将由一种具备组合作战能力的“渗透型”无人机平台替代。该平台是美军秘密研制并已服役,集情报、监视和侦察(ISR)于一体的高空长航时RQ-180隐身战略无人机，将提升美军战略侦察能力。

研制背景

1998年，美国空军具有“渗透性”战略侦察能力的SR-71“黑鸟”超声速隐身无人机退役。

2003年，为研制一种能同时满足空军和海军不同作战需求的无人作战平台，美国国防部将其空军、海军的“无人战斗机”（UCAV）计划合并为“联合无人空战系统”(J-UCAS)项目。

2005年，因美国空军和海军无人机的性能和作战需求存在较大差异，最终导致“联合无人空战系统”项目分解为空军的秘密项目和海军X-47B无人机项目。

2019年6月，美国空军1架“全球鹰”无人机在伊朗霍尔木兹海峡上空被击落；2019年9月，美国海军1架“海神”无人机被伊朗防空导弹击落。实战证明，不具有隐身性的“全球鹰”和“海神”无人机渗入敌方纵深进行秘密侦察，将遭受毁灭性打击。无人机的作战环境正从“宽松”向“拒止”对抗环境转变，美国军方迫切须要一型适应未来强对抗环境，且具备隐身性的高空长航时战略无人机。

与美国海军发展的X-47B无人机相比，美国空军更希望得到一种隐身性好、实用升限更高、航程更远的大型“全球打击平台”。2008年，美国空军全面评估了诺斯罗普-格鲁门公司（下称诺格公司）基于X-47B提出的、具有更大翼展面积的无人机设计方案，在与“全球鹰”无人机进行对比和分析后，决定将RQ-180无人机合同授予诺格公司。2009年，诺格公司RQ-180无人机研制工作全面启动。2010年8月，首架1号原型机首飞成功。2011年1月—2013年7月，2号、3号和4号原型机开展了不同试飞任务。2014年2月，在美国空军要求下，5号原型机完成首飞后转场美国空军基地进行测试。2014年9月—2015年11月，6号和7号原型机在美国空军基地完成各项飞行指标测试。2015年12月，诺格公司开始小批量生产RQ-180无人机。2017年，RQ-180无人机正式进入美国空军部队服役。

无人机的特性

高空长航时

RQ-180无人机没有垂直尾翼和水平尾翼，减轻了结构重量，提高了载油重量，降低了无人机系统的燃油消耗,该无人机续航时间超过24小时。

高隐身性

RQ-180无人机腹部为白色，其机身和机翼涂覆了新型隐身涂料，平滑的机体蒙皮表面降低了雷达波反射效应，拥有较小的雷达截面积，减少了敌方雷达探测带来的威胁。机身内并排安装有两台发动机，发动机采用内埋式尾喷管，可降低红外特征指标，提高隐身性能。

“渗透性”侦察能力

RQ-180无人机在执行电子战任务时，可“穿透”严密的敌防空网，在敌后方空域进行长时间侦察。该机挂装了有源相控阵雷达和无源电子侦察系统，其电子情报侦察（ELINT）系统集成了地面移动目标指示器（GMTI）、合成孔径雷达（SAR）和逆合成孔径雷达（ISAR），无须多种大型作战飞机配合，也能完成任务。

RQ-180无人机是美军重要的作战数据获取平台。该机在战区上空对目标进行持久侦察，获取战场动态并提供数据服务，利用作战平台提供的方位、状态及传感器数据绘制战场态势图，提高作战效能和战场可控性。

图1 RQ-180 隐身战略无人机。

发动机选型

若美军研制RQ-180无人机的全新发动机，可能会带来发动机研制经费高、周期长及关键技术攻关等系列问题。从RQ-180无人机的开发历程看，美军为无人机研发并配装一种全新发动机的时间周期远远不够。由此推断，诺格公司选择了对现役、技术成熟的发动机进行适应性改进和改型，以获得RQ-180无人机的先进动力装置。

发动机性能要求

RQ-180战略无人机利用其利用隐身性好、续航时间长和实用升限高等优势,在“拒止”对抗环境下执行抵近侦察、持久监视、警戒探测、通信中继、电子干扰等支援任务，其发动机应满足以下要求。

(1)中等推力。

(2)在宽广飞行包线内的高空稳定工作性能。

(3)为满足无人机长时间巡航需求，发动机应具有低燃油消耗率。

(4)拥有低红外特征指标，以实现隐身性。

(5)满足雷达、光电及电子战吊舱等机载设备的高功率供电能力。

(6)满足高推重比、低成本、良好的可靠性和维修性等通用要求。

发动机推力选择

表1为各型无人机及其发动机的技术数据。为支持无人机在高空长时间稳定工作，应选择推力29400N左右的发动机。

表1 “全球鹰”“海神”和“死神”无人机及发动机技术数据。

若RQ-180无人机发动机参考“全球鹰”无人机的推力量级，则会像“全球鹰”无人机一样，在雷电暴雨天气出现因动力不足难以达到高爬升速度的问题，进而影响无人机的起飞。同时，RQ-180无人机携带了更多的监视侦察任务载荷。因此，在发动机选型时，应考虑选择比现役高空长航时无人机推力更大的发动机。

表2为各型无人战斗机发动机技术数据。为满足快速打击、空中突防等作战任务，应在49000 ～78400N推力范围内，为无人战斗机选用中等推力的涡扇发动机。

表2 X-47B、“神经元”和S-70“猎人”无人战斗机发动机技术数据。

小涵道比发动机能提升无人机的隐身性能，但其燃油消耗率高，不利于无人机在高空长时间飞行。RQ-180无人机未携带武器，减小了任务载荷重量。但是，该机须装载支持长时间飞行的更多燃油，又增加了最大起飞重量。因此，该型发动机应选择与无人战斗机相当的推力量级。

综上所述，RQ-180无人机的首选发动机是49000 ～78400N范围内的中等推力涡扇发动机。

发动机选型

RQ-180无人机自曝光以来，其动力装置也备受关注。但是，目前美国官方尚未披露有关RQ-180无人机发动机选型的确切信息。

依据高空长航时隐身战略无人机对动力的特定要求，参考以往高空长航时无人机所选用的成熟民用涡扇发动机。当按照推力量级在49000 ～78400N范围内为RQ-180无人机匹配中等推力涡扇发动机时，不难发现，技术成熟的CF34民用涡扇发动机基本符合该型无人机的动力条件。国内外媒体相关报道称，诺格公司已选用两台改进型CF34双转子中等推力民用涡扇发动机，作为RQ-180无人机的动力系统。

图2 改进型CF34-8双转子涡扇发动机。

改进型CF34发动机和高空长航时“全球鹰”无人机的发动机AE3007H均为成熟的民用涡扇发动机。如果RQ-180无人机选配两台改进型CF34双转子涡扇发动机作为动力，不仅能满足发动机中等推力量级要求,而且其推力是“全球鹰”无人机发动机的2 ～3倍，可避免RQ-180无人机在起飞时受雷电暴雨天气影响，使RQ-180拥有更高的实用升限、更大的电功率输出，可以携带更完备的监视侦察设备及更多的燃油。同时，低油耗率、大推力等优势可保证RQ-180无人机获得高空长航时性能，但缺点是涵道比大，不利于RQ-180无人机获得高隐身性能。因此，如果RQ-180无人机选配CF34发动机作为动力，必然要对选用的CF34发动机推力、隐身性进行适应性改进。

CF34发动机的技术特点

CF34发动机是美国GE航空发动机公司在20世纪70年代后期基于军用TF34发动机改进而成的大涵道比涡扇发动机，采用了单元体设计技术，共分为8个单元体，使该型发动机便于维修。同时，采用气膜冷却技术，加装了风扇包容环和防火绝缘罩，具有推重比高，涵道比大和油耗率低等特点，可靠性和维修性好，翻修时间间隔达6000h。

改进型CF34发动机风扇为1级轴流式，28个宽弦、无凸肩实心叶片，增压比1.5，最大转速7300r/min,叶片和盘的材料为钛合金。高压涡轮为2级轴流式，CF34-8系列高压压气机为14级，CF34-8C系列高压压气机为10级。低压涡轮为4级轴流式，改进了气动设计，减少了叶片数量。该型发动机拥有全新的环形燃烧室，低压燃油喷射系统设置了18个气动雾化喷嘴，有几千个激光打的小孔，形成薄膜冷却。为移动整流罩格栅式反推力装置，CF34-8系列的早期型别采用机械液压式控制系统，而CF34-8C系列选用的是FADEC控制系统。起动系统采用空气涡轮起动机。

结论

RQ-18O无人机项目是美国空军基于情报、监视和侦察(ISR)无人机的实战经验而做出的重大决策，其研制及发动机选型经验值得借鉴。

打赢未来战争的战略调整

以RQ-180无人机取代“全球鹰”，表面上看是无人机装备的更新，但实质则是美国空军战略作战体系的调整。高隐身性、高空长航时战略无人机的研制与发展是美国实施战略调整的重大表现，为其空军建立以数据为中心的组织体系奠定了基础。优先发展隐身战略无人机已成为美军赢得未来战争的重要举措。

“军民融合”开发新思路

发动机作为高空长航时隐身战略无人机的“心脏”，其构型、性能指标等要素对满足无人机全系统性能、成本和可靠性等方面具有决定性影响。借鉴美国空军高空长航时隐身战略无人机选用成熟民用涡扇发动机的经验，将民用涡扇发动机纳入无人机动力系统的研制和选型范围，可为我国军用高空长航时隐身战略无人机发动机选型研究提供新的思路。