一架纯飞翼隐形机,现身大西北,中国眼里的六代机,和美军已不同

文逸说国际 2023-02-13 13:29:01

美国国防高级研究计划局(DARPA)的X系列验证机,一直被认为是人类新飞行技术的先驱和开拓者。但是中国航空研究单位近些年的科技创新,也展示出了不亚于DARPA的实力。近期,我们的科研人员就在该领域取得重大突破,而且看起来还处于更领先的位置,这就是“射流飞控隐形无人机”。

(美国DARPA的射流飞控CRANE计划X飞机想象图)

美国DARPA在今年年初公布了“用新型效应器控制革命飞机”(CRANE)计划,主要就是研究射流飞控技术。射流飞控被DARPA称为主动气流控制(AFC),DARPA的计划是最终开发出一架X演示机,可以在机翼和尾翼不使用传统活动式飞行控制翼面的情况下飞行,对射流飞控技术进行验证。该计划的开发合同被授予美国“极光飞行科学公司”,该公司已经完成了第一阶段的概念设计,将进行第二阶段的开发工作,侧重于飞行软件和控制的详细设计和开发,并对X演示机进行关键设计审查。第三阶段将制造出一架重约3175千克的X演示机,计划在2025年首飞。

(南华早报刊发的我国射流飞控技术验证机配图)

无独有偶,香港《南华早报》报道2月也报道,中国空气动力研究院近期在《航空学报》上发表文章称,他们的研究团队已经在中国西北某地,成功首飞了射流飞控的无尾纯飞翼型无人机。这让中国在这一技术领域处于领先地位。

(DARPA射流飞控技术的原理解释PPT)

那么,什么是射流飞控(AFC)技术呢?我们知道,传统的飞机在主机翼、水平尾翼和垂直尾翼上都拥有可活动的翼面,通过这些翼面的偏转来提供飞机抬升、俯冲、横滚、转弯等动作的力矩。但是可动翼面以及必须的作动机构增加了机械设计的复杂性,影响飞机气动表面的平整,形成了阻力,还不利于隐身。比如,美国B-2隐形轰炸机处于高度隐形状态时就锁死控制翼面,要转弯只能通过两侧发动机的推力差来慢慢地转弯。而射流飞控技术则是从发动机引出一些高速气流,通过机体或者机翼特定位置的开孔喷出来得到相应的力矩,在不需要翼面偏转的情况下实现飞机的机动。

(我国射流飞控技术验证机的原理图)

射流飞控技术的好处有很多:

最大的好处在隐形设计上。可动控制翼面总是会有接缝,在偏转时不能与机体其他部分形成最小RCS的形状。在使用了射流飞控技术后,这些接缝和不必要的机体形状都能够避免,让飞机在飞行时对隐形性能保持最优化的结果。未来的第六代战斗机,要求比现有的第五代战斗机拥有更优秀的隐形性能,因此射流飞控技术很有可能是一个解决方案。射流飞控技术摆脱了传统的控制面,能够让飞机的设计更符合空气动力学,以更高效的方式飞行。带有射流飞控系统的飞机不需要各种致动器和其他部件来移动副翼和方向舵,有助于减轻机体的重量和体积。使用射流飞控系统的飞机可能会拥有更好的机动性,对于不需要担心飞行员身体生理限制的无人机更重要。取消大量的活动部件也意味着减少了可能断裂的部件,从而提高了安全性和可靠性,也简化了维护和后勤需求,并且更容易维修,从而提高了战斗力。

DARPA公布的射流飞控CRANE计划X飞机想象图,可以看出这是一款连翼机,并且仍然具备V形垂尾。而根据中国空气动力研究院公布的照片来看,我国试验的是一款纯飞翼,没有任何垂尾的隐形无人机。这意味着飞控院射流飞控技术的成熟度要比DARPA更高,并且气动院实现射流飞控的高压气流引自发动机的压气机,而不是单纯为了技术验证而安装的高压气瓶或者压缩机等实验室级的临时办法。这样的技术成熟度已经接近工程实用,也意味着中国眼中的六代机,与美国军方的规划不尽相同了。

(英国宇航公司的MAGMA研究机)

不过需要指出的是,射流飞控技术其实英国宇航公司BAE在几年前已经通过MAGMA研究机试验过了,不过MAGMA研究机也有双垂尾,在成熟度上仍然不如中国空气动力研究院的纯飞翼。

从发动机的压气机引出高压气流是有很大难度的。首先射流的温度很高,高压压气机气流的问题通常能达到六七百度,在工程上使用何种材料进行引流,如何冷却,都是技术机密。此外从压气机引流会导致发动机的推力损失,这在起飞、降落和做机动动作时的影响尤其大,这意味着飞行控制系统需要与发动机的推力控制系统联合工作,才能保证动作的安全。

射流飞控技术的优点很明显,当然也有缺点。常规飞机在发动机停转的时候,各个控制翼面仍然有效,飞行员仍然可能操纵飞机进行迫降。但是使用射流飞控技术的飞机如果发动机出现故障,不但会失去动力,而且还会失去对飞机的控制,坠毁的概率就大大增加了。所以射流飞控技术很有可能首先用于军用隐形飞机,尤其是无人机上。至于客机使用这个技术,恐怕还要等一些时候。

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