鸣镝宽速域飞行器MD-22

在去年的珠海航展上，广东空天科技研究院展出了MD-22高超音速无人机，也叫鸣镝宽域飞行器。飞行速度可达7马赫，载荷600公斤，航程8000公里。600公斤载荷能力足够携带2枚核弹头，8000公里的航程足以从我国直达美弟本土。而且最让人吃惊的是航程这么远的无人机，重量只有四吨。换句话说，如果按比例放大到160吨的起飞重量，载弹量甚至可以达到24吨，估计航程能超过一万二千公里。这妥妥的就是亚轨道轰炸机啊！而且在中高速下还能维持6个G的稳定盘旋过载能力，这一能力甚至超过了典型的第五代战斗机F22的稳盘能力，F22在超音速下的稳定盘旋过载能力只有5个G。

鸣镝宽域飞行器的性能

宽裕飞行器中的所谓宽裕指的是飞行高度域非常大，而且飞行速度域也非常大。比如飞行高度可能达到0-40公里，飞行速度覆盖0-7马赫。那么鸣镝这么强大的性能是怎么实现的呢？首先是先前的气动布局设计，还有就是强大的动力。我们知道无人机飞8000公里以上的航程并不让人意外，像我国的彩虹五无人机就可以实现10000公里的航程。但是那是低速的无人机，飞行速度只有二百多公里的时速。按照流体力学的基本原理，飞行阻力和速度的平方成正比。一旦要飞到7马赫，阻力会上升几十倍，动力需求也会上升几十倍，对应燃料消耗也会上升几十倍。那么在7马赫的飞行速度下达到8000公里的航程，这样的技术难度就会以几何指数上升。

这个宽裕飞行器的外形看起来是不是和鸣镝一模一样

为了实现这样的航程需要飞到非常高的飞行高度上，比如30-40公里高度。这里的空气密度只有海平面的千分之几，只有在这样低的大气密度条件下才能飞出7马赫的高超音速来，飞行高度太低大气密度太大飞行阻力会成几何指数上升。所以要想实现7马赫的飞行速度，8000公里的航程，飞行器必须飞行在几十公里的高空，但是在这样的速度和飞行高度下，飞行器的升阻比会大幅下降。比如F22战斗机，其亚音速下的升阻比可以达到8.4左右。但是一旦飞到1.5马赫，升阻比就不到4了。所以要想飞得快还要飞得远，高马赫速度下的升阻比就必须要尽可能的大。

乘波体气动设计的基本理论方法

所谓升阻比就是升力系数和阻力系数的比值。要想在7马赫下飞出4以上的升阻比，飞行器的气动设计就是一道世界级的难题。在如此高的速度下，要想取得高的升阻比就必须采用乘波体设计，也就是飞行器的机身边沿轮廓线要贴近7马赫的激波锥，将机身下方的高压空气控制在机身下方，避免其越过机身前缘进入气压比较低的机身上方。只有这样才能在高超音速下获得比较高的升阻比。目前掌握乘波体气动设计的国家寥寥无几，在世界范围内可能只有中俄两国跨过了门槛。

DF17高超音速弹道式导弹的弹头就是一种典型的乘波体气动设计

在这一领域处于世界领先地位的就是我国，已经将采用乘波体气动设计的DF17和DF27两款高超音速弹道导弹投入了现役。而俄罗斯的情况尚不明朗，之前说有先锋和锆石两款高超音速导弹实现了乘波体气动设计。但是最近俄乌战场上锆石高超音速导弹首次投入实战。根据已经发现的残骸可以确定锆石飞行速度虽然是高超音速的，但是其气动设计却不是乘波体气动设计，而只是传统的旋成体设计。至于先锋高超音速导弹是否是乘波体气动设计目前尚未可知。但是有一点可以确定，那就是美弟目前尚未掌握乘波体气动设计技术。美弟到目前为止尚未有任何一种采用乘波体气动设计的飞行器取得试验成功，投入现役就更不可能了。

美弟到目前为止尚未有任何一种采用乘波体气动设计的飞行器取得试验成功

最近专业期刊力学学报刊登了一篇宽裕飞行器的气动设计论文，可能就是鸣镝宽裕飞行器的气动设计理论基础。让我们对于宽裕飞行器的气动设计有了更深入的了解。对于鸣镝宽域飞行器这样的气动设计来说远比高超音速弹道式导弹的弹头更加复杂，技术难度也更高。因为高超音速弹道式导弹采用的是助推滑翔方式，也就是用弹道式导弹的火箭发动机为动力，弹头分离时速度就已经是高超音速了，所以其弹头的气动设计不必考虑兼顾飞行速度达到5马赫前的情况。

力学学报论文中的宽裕飞行器气动外形设计

但宽裕飞行器不同，其速度是从零开始的，最多也只能采用增加火箭助推器的方式。而且即使是采用火箭助推器也不能直接将宽裕飞行器直接推到5马赫以上。否则助推器的体积会比宽裕飞行器大很多，这样的宽裕飞行器就没有太大使用价值了。所以要同时兼顾高超音速和低速飞行的气动环境，仅采用乘波体气动设计是远远不够的，气动外形还要兼顾达到高超音速前的气动条件。在这个速度段理想的气动外形却不是乘波体设计而是翼身组合体设计，也就是大家常看到的战斗机那样的气动外形设计。我们知道5马赫是高超音速的门槛，为了能够兼顾5马赫前后的不同气动环境，鸣镝的前机身采用的是乘波体气动设计，而后机身采用的是翼身组合体的设计。

宽裕飞行器的前机身是乘波体气动设计 后机身是翼身组合体设计

至于鸣镝宽裕飞行器的动力情况尚不清楚，但是7马赫的参数说明其高速段肯定是超燃冲压发动机。7马赫基本上就是采用碳氢燃料的超燃冲压发动机能够达到的速度上限，速度再高工作效率就开始急剧恶化了。其实实现0-7马赫的速度，只靠超燃冲压发动机是不现实的，超燃冲压发动机的工作速度下限可能在4马赫左右。再往下的速度区间可能要使用其他类型的发动机，比如比较理想的选择是爆震冲压发动机。

宽裕飞行器需要采用组合动力

但是这种发动机也不能从零启动。所以还要再增加一种类型的发动机，比如涡扇发动机，这是非常成熟的技术。所以鸣镝宽裕飞行器的动力肯定是组合动力，但具体是什么样的动力就不得而知了。不过合适的动力类型我国都有足够的技术储备，满足鸣镝宽裕飞行器的要求不是问题。从航展上得来的消息，鸣镝的前身MD-21宽裕飞行器已经经过飞行试验。这就意味着我国高超音速度飞机的技术正在快速走向成熟。希望早日看到我国高超音速飞机投入现役。