蔚蓝攻击型无人机

赵远宁 臧福堃 周美囡 李玉柱

沈阳航空航天大学机电工程学院

一、研制背景

经过近70年的发展，中国航空工业从无到有、由弱到强，现已成为科研水平卓越、具有大规模生产能力的航空工业主体。自军用无人机在现代战争中发展和应用以来，它以其灵活性高、伤亡率低、隐蔽性强等优点被大量的应用于现代战争的各个领域。在未来战争中，军用无人机的应用将不断提高和延伸。各类无人机将用于侦察预警、跟踪定位、特种作战、中继通信、精确制导、信息对抗、战场搜索救援等战略战术任务。

二、未来军用无人机发展趋势

1.提高无人机机体的动态性能和承载能力。为了面对未来战争的随时变化以及长期性，高海拔长航时类别的无人机发展显得尤为重要。现在随着人类的科技进步，复合材料这一领域迎来了前所未有的发展，玻璃纤维、碳纤维、环氧基 等复合材料被广泛的应用在无人机的机翼，方向舵，机身等部位。例如MQ-1“捕食者”无人机机身的大部分结构便是由复合材料制作而成，复合材料的使用不仅大大的提高了无人机机体的结构强度，同时也大大的减轻了飞机的重量，增大了无人机的续航里程进而扩大了其巡航高度，侦查范围等一系列相关因素。

2.使机体隐形化。武器的战争生存能力是机动武器设施的首要追求目的，隐身技术可以极大程度地提高军用无人机在战场上面的生存能力。通过减少机身的雷达反射截面使用集成一体化的设计来减少存在的细小缝隙和角落，同时使用雷达吸收材料和低噪音发动机，进而使得减小无人机被敌方雷达发现的可能性。

3.智能化和战场环境适应能力。在实际作战中，将根据战场的需要使用适合于本次战斗的无人机执行任务。然而，一旦战场形势发生变化，无人机需要做出相应的调整以适应环境，这其中就包括了环境因素以及人为因素。未来，无人驾驶飞机(uav)的重点将是提高其自主操作能力，它可以由人远程控制或自动操作。

三、创新设计

（一）前掠翼机翼设计

前掠机翼具有独特的气动特性，具有良好的飞行性能，可以做出高攻角机动动作，并且同时具有临界马赫数高，抗波能力低等特点。合理的利用复合材料的气动弹性裁剪技术，可以很好地解决前掠机翼扭转速度过低和发散速度过低的问题。机翼的低压翼部分具有独特的气动特性，利用复合材料的气动弹性割削技术，能够较好地解决前掠翼扭转发散的速度过低的问题。前掠翼这一设计也更加适合无人机的机翼设计。由于飞机上没有驾驶员座舱和飞行员需要的设备，所以在同等效率的情况下，飞机具有体积小，重量轻，特别是机身体积小，长度短。在无人机气动布局，特别是大弦比机翼的设计，前掠翼，将意味着机翼的气动弦的位置移动到前面的飞机翼根，这不仅延长了尾梁，对尾巴平面布局设计来解决困难，同时由于前掠机翼质心向前，使得无人机的重心向前，更能够缓解无人机机翼的设计难题。

图1 前掠翼示意图

考虑到使用性能和经济成本，即使是下一代高性能攻击型无人机，设计马赫数也不超过0.8。实验结果表明:前掠机翼的低速性能明显优于后掠机翼。

（图2左图是FSW1和FSW2分别是F——16战机前后掠翼两种布局的实验结果，右图为速度分析对比图）

图2

（二）无人机发动机设计

1.重油助推矢量发动机:与传统发动机相比，重油发动机具有更高的能源利用效率，可以保证每克燃料和空气都能充分反应，大大提高无人机的能量转化效率。理论上，使用该发动机的飞机最大飞行续航里程可以高达10000公里。（如图为重油发动机原理图）

图3 （重油发动机）

2.蜯式进气道:该类型气道的优点有两个，第一是可以减轻重量。因为在飞机的研究设计中对于减重这一措施是按照克这个单位来计算的，采用蜯式进气道后，由于取消了边界层分离，飞机的重量可减轻数百公斤，极大程度的减轻了飞机结构的重量，这非常有利于飞机的飞行。第二，有利于飞机隐身。由于边界层阻挡物和压缩斜板等部件的消除，飞机的雷达反射截面积也大大减小，能够明显的提高飞机的隐身能力，减小被发现的可能性。（图4为蜯式进气道的实物图）

图4 （蜯式进气道）

（三）流线型可抛弃副油箱设计

1.外观：设计成为细长流线型的外观，可以有效的减少飞行阻力，极大程度上减少无人机飞行时的速度损失。

2.主副油箱工作原理：当主油箱的油料消耗到一定的量时，副油箱会将自己的油补充到主油箱中，其情况就是边消耗边补充，这样可以保证主油箱的油料一直处于比较健康的状态，一旦准备战斗时，副油箱将会一次性注入主油箱，直到加满为止，然后抛弃副油箱准备作战！

图5 （副油箱及工作电路图）

3.副油箱工作原理：协调释放电路中最重要的控制机构是顶杆组合装置与微动门的协调。协调顶杆装配装置与动压门的工作状态有关，动压门直接控制辅助油箱钩应急释放线圈的工作功率。当两侧副油箱正常安装时，配合顶杆通过副油箱上的角片被顶起并且向上移动，将协调顶杆组合装置中的压杆推出(压杆运动方向与协调顶杆运动方向差度角为90度)，顶起微执行器闸门WK-7上的压块。使微动开关开关的触点从连接1、2到连接3、4，断开辅助油箱挂钩的紧急投放线圈。但是，如果协调顶杆装配装置的任何一侧不足以将微动块推到位或微动块没有始终保持在压下位置，此时，当飞行器受到气流影响，出现湍流和强烈振动时，微动开关可立即断开触点3、4，连接触点1、2，然后再连接触点3、4。当微动开关立即断开3、4号触点，并接通1、2号触点时，飞机上的27v电源会紧急释放线圈将被添加到辅助油箱钩另一方面通过接触1和2的微动开关另一方面通过接触3和4的微动开关在另一边打开钩和释放辅助油箱。在滴槽发射后，协调这一侧的柱塞将伸长，与微电触点通过1和2，在27v电源上通过微开关1、2同时经过另一侧的微动开关3，4触点（这个时候微动开关会处于正常的待机状态）加到机身另一侧的副油箱挂钩会立即投放线圈致使挂钩开锁，副油箱被抛出。

四、超宽带预警雷达系统

1.天线设计:因为超宽频雷达输出带宽相对较宽，和带宽成反比的输出功率，天线，为了提高超宽频雷达的性能，必须加强超宽频雷达的天线设计，饲料是需要有一个高磁场强度和维持一定的带宽，使其能满足实际使用的功率要求。

2.超宽带雷达为了增加距离，比如超过10公里的距离，需要非常高的峰值功率输出，并且随着距离的增加，峰值功率会急剧增加，这对发射机的要求非常高，实现会相对较难，现在研究人员们在不断完善光激励开关的一种方法，解决未来冲击脉冲功率问题。

3.在频谱上存在对普通用户干扰问题。未来新一代的超宽带雷达系统将是重量轻、结构紧凑的、能提供高质量数据且容易解释的雷达系统。机载远程超宽带雷达探测器为未来超宽带雷达发展提供了高分辨率、目标成像和识别可能性。超宽带雷达是超宽带技术的一种应用，具有很广阔的应用前景，是一种非常值得研究的技术，将在军事领域得到更加广泛的应用。

五、尺寸参数数据

模型长：392.0mm

宽：304.4mm

高：68.70mm

比例尺：1：60

设计最高时速385km/h

可挂载导弹数：两枚空空激光制导导弹或者八枚小型激光制导导弹

最大续航里程：（载有副油箱）4000公里

最高升限：8000米

最大起飞重量：5吨

六、未来战场应用设想

根据2016年到2020 年的军工产业预测报告显示，全球国家的无人机需求经费将会由 2015 年的 64 亿美元增至 2024 年的115亿美元，经费支出比例增长率为 6.7%。2015 年到 2024 年，全球军用无人机支出总额度会由57亿美元增加至 99 亿美元，复合增速会达到6.33%，支出总金额将高达 810 亿美元。预计到2024 年全球军用无人机将占当年市场总额 86%(99 亿美元)，民用无人机占 14%(16 亿美元)。

图6 （数据统计）

未来，以无人机为代表的军用无人装备采购比例将继续上升。首先，与前一种中低空靶机和前线传感器相比，无人机的作用和功能得到了极大的扩展，特别是探测和射击的一体化功能的实现。二是在世界经济增长放缓和军事投资有限的背景下，无人机在采购方面的成本优势突出。攻击无人机将有助于保护国土安全，并在不久的将来创造一个更安全的局势。