我彩虹7無人機或為新隱轟鋪路 隱身性能可比肩殲20

[文/觀察者網(wǎng)專欄作者 晨楓]

在2018年珠海航展上，除了萬人矚目的殲-20和殲-10b矢推，還有神秘的彩虹-7。這架中型無尾飛翼無人機引起人們很多遐想。

嚴(yán)格來說，這是翼身融合體（簡稱bwb），而不是飛翼。兩者的差異主要在結(jié)構(gòu)，而不是外觀。翼身融合體還是有中央筒形機體結(jié)構(gòu)的，由傳統(tǒng)框架作為主要承力結(jié)構(gòu)，但機翼與機體的過渡高度圓潤，從外觀上渾然一體，不過隆起的肥大機脊通常露出馬腳。飛翼沒有筒形機體，整個結(jié)構(gòu)就是完整的機翼。但在外觀上兩者實際上很難區(qū)別，在氣動和飛控上兩者也沒有多少差別，因此通?；鞛橐徽劇?/p>

彩虹-7實際上應(yīng)該是高度翼身融合的構(gòu)型

航天科工海鷹集團的“天鷹”無人機相比之下屬于比較傳統(tǒng)的“飛翼”構(gòu)型

b-2作為第一種實用的飛翼，其設(shè)計對于后來者來說有很大借鑒意義

飛翼把整個結(jié)構(gòu)都用于產(chǎn)生升力，因此升阻比達到最大。換句話說，只需要最低推力就可升空、巡航，因此同樣起飛重量下可以獲得更大的航程。飛翼沒有平尾，還可以取消垂尾，特別簡潔的外形不僅降低重量和阻力，也降低雷達反射特征。典型飛翼的下表面是完全平坦的，在高空飛行時，把地面或者低空戰(zhàn)斗機雷達的反射削弱到最低，進一步強化隱身。由于整個結(jié)構(gòu)都相當(dāng)于機翼，翼載特別低，特別適合高空飛行。b-2的翼載只有329公斤/平方米，比f-15c、f-22的359、377公斤/平方米還低，f-16和f-18分別為431、450公斤/平方米，f-35則高達525公斤/平方米，都大大高于b-2。距離是隱身最大的戰(zhàn)友，高空巡航天然增加了距離，所以b-2的初始設(shè)計是為高空優(yōu)化的，低空突防要求是后來增加的。

根據(jù)在航展上公布的數(shù)據(jù)，彩虹-7長10米，翼展22米，最大起飛重量13噸，巡航速度m0.5-0.6，最大速度m0.75，巡航高度10000-13000米。采用兩臺50kn級渦扇發(fā)動機。設(shè)計留空時間15小時，按m0.5計算，約9200公里。機腹的兩個大型彈艙內(nèi)可攜帶2噸彈藥，包括反輻射導(dǎo)彈和空艦導(dǎo)彈。

傳聞中的rq-180無人機為了提高航程性能，也是采用了大展弦比設(shè)計，不過它比兼顧攻擊任務(wù)的彩虹7翼展更大

相比之下，諾思羅普x-47b長11.6米，翼展18.9米，最大起飛重量20.2噸，巡航速度m0.9+，巡航高度12800米，采用單臺普拉特-惠特尼f100-220u非加力渦扇，推力65kn，航程3900公里。機腹的兩個大型彈艙內(nèi)也可攜帶2噸彈藥。

顯然，彩虹-7與x-47b有很多相似之處，但也有很多不同。首先，長度更小，而翼展更大。這說明彩虹-7的氣動設(shè)計以長航時為重點，這也在彩虹-7兩倍以上的航程上顯示出來，代價是較低的速度。這反映了不同的定位：x-47b以打擊為重點，但彩虹-7可能是以情報-監(jiān)視-偵察（簡稱isr）為重點。也就是說，與諾斯羅普rq-180的定位更接近。

rq-180更大，除了非武裝、翼展40米和升限18000米外，很少有公開的數(shù)據(jù)。外界猜測最大起飛重量約15噸，留空時間24小時，航程可達22000公里。rq-180的性能與同樣出自諾斯洛普的“全球鷹”相當(dāng)，定位也相似，屬于isr平臺，察打一體并不是重點。

彩虹-7與x-47b相比，長度更短，翼展更大，發(fā)動機推力更大，但最大起飛重量反而更小，速度也更低，這很奇怪。100kn級的推力對于彩虹-7來說似無必要。翼展增加接近一倍、留空時間和航程大大增加的rq-180采用一臺羅爾斯-羅伊斯ae3007渦扇就夠了，推力更是“只有”42kn級。有可能媒體引述有誤，彩虹-7實際上只有一臺50kn級渦扇，而不是兩臺，那就比較合理了。從現(xiàn)有的圖片上看，彩虹-7的進氣口和尾噴口也不像雙發(fā)的樣子。中國也沒有已知的單臺非加力推力達到100kn級的軍用渦扇發(fā)動機，巡航速度只有m0.5-0.6的彩虹-7使用加力渦扇則是毫無道理的。

彩虹-7的航電配備情況不明，據(jù)說有意安裝機翼前緣雷達和機腹光電系統(tǒng)，加上自帶的武器，這就可以構(gòu)成一個完整的察打一體系統(tǒng)了。但彩虹-7的速度太低，除了適合在目標(biāo)區(qū)徘徊待機，作為遠程攻擊平臺并不優(yōu)秀?？罩写驌暨€是有時效要求的，m0.9+的高亞音速是必須的，再低速度的話，遠程趕赴戰(zhàn)場的時間太長，有可能失去戰(zhàn)機。超音速當(dāng)然更快，但代價也太大。x-47b正好是m0.9+，這不是巧合。

為了考慮艦上起降的需要，x-47b的翼展比較小，機身比較長

彩虹7這個尺寸和翼展，基本就不可能登上航母甲板了

但跳出察打一體的定式思維，彩虹-7其實是大有可為的。航母是中國海軍走出第一島鏈的關(guān)鍵，但中國航母離配備齊全的預(yù)警機、反潛機和加油機還有距離。預(yù)警機對航母艦隊的作用不言而喻，現(xiàn)在用直-18預(yù)警機是不得已的，在離艦距離、轉(zhuǎn)移速度、工作高度、留空時間等關(guān)鍵方面都不理想，即使搭載最先進雷達，也因為平臺的天然局限而難以發(fā)揮最大功效。由于中國航母（至少是第一、二艘）采用滑躍起飛，殲-15難以在滿油、滿載情況下安全起飛，應(yīng)該滿載減油起飛，以保存最大的戰(zhàn)斗力，但一升空就空中加油，延長航程和留空時間。即使以后采用彈射起飛，只要彈藥足夠，在目標(biāo)區(qū)加倍留空時間可以等效于有雙倍的艦載戰(zhàn)斗機可用，戰(zhàn)術(shù)價值不言而喻。反潛機是中國航母的另一個短板，現(xiàn)有直-18也只能說是過渡。

研發(fā)專用的艦載預(yù)警機、加油機、反潛機是長遠之計，在近期用岸基長航時平臺補充未必不是行之有效的辦法，彩虹-7這樣的平臺就有用武之地了。當(dāng)然，現(xiàn)有的彩虹-7或許還需要加大才能滿足這樣的要求，重要的是，彩虹-7的隱身性能是這樣的遠洋非武裝高空平臺的生存力關(guān)鍵，常規(guī)的由民航客機改裝而來的預(yù)警機、加油機、反潛機在遠洋、高對抗、無護航環(huán)境里很難保證生存力。

彩虹-7據(jù)說正面雷達反射面積在0.01平方米水平，這可能是有意的低調(diào)，也可能是外銷的“光版”的隱身水平。在“天資優(yōu)秀”的無尾飛翼基礎(chǔ)上，加上適當(dāng)?shù)碾[身涂層和進氣口、尾噴口處理，彩虹-7沒有理由達不到f-22、殲-20的0.0001平方米的水平，如果不是成數(shù)量級地進一步降低的話。

彩虹-7還有為更多、更大的無尾飛翼平臺開路的作用。無尾飛翼在很多方面與傳統(tǒng)飛機有顯著不同。除了前述升阻比、翼載、機體結(jié)構(gòu)等，無尾飛翼的飛控是很大的挑戰(zhàn)。相對于翼展而言，無尾飛翼的長度很短，使得尾翼（或者后緣控制面）的控制力矩很短，只能增加后緣控制面面積來補償。b-2的后緣設(shè)計本來像彩虹-7一樣簡潔，但為了增加盡量靠后的控制面，而把機體中線的v形尾端改成w形。由于沒有垂尾，也必須用兩側(cè)擾流片不同開度造成的不對稱阻力來控制偏航。這不僅導(dǎo)致不必要的阻力，而且影響隱身，在長遠應(yīng)該用矢推解決。

飛控挑戰(zhàn)反過來影響氣動設(shè)計。傳統(tǒng)飛機的機翼后掠角由速度決定，低速可用平直翼，高亞音速只需要中等后掠角，超音速可能以大后掠角為好。但后掠角導(dǎo)致升力中心隨速度上升而后移，無尾飛翼的氣動控制力矩短的缺點使得有效配平和陣風(fēng)補償不容易保證。翼展很大時，后掠角可能導(dǎo)致翼尖后緣大大超過機體中線尾端，造成飛控問題。這可能反過來限制后掠角，進而影響飛行速度。彩虹-7的巡航速度較低，可能與較淺的后掠角不無關(guān)系。x-47b機翼內(nèi)段后掠角較大，外段較小，在速度和配平之間折中，回避了這個問題。rq-180則類似彩虹-7，采用大翼展、小后掠的機翼平面形狀。洛克希德“暗星”索性使用大展弦比平直翼，簡化了飛控問題，同時極大地限制了速度。

諾斯羅普·格魯曼提出的“折線風(fēng)箏”構(gòu)型

翼展、后掠角、飛控的互動是有尾飛機設(shè)計中不需要太多顧慮的挑戰(zhàn)。由于翼身一體，展弦比、根梢比等也不僅是機翼的氣動問題，更是機體的結(jié)構(gòu)問題。翼身融合體在結(jié)構(gòu)上便于設(shè)計和制造，尺度越大，優(yōu)點越明顯；但純飛翼在結(jié)構(gòu)上更加緊湊、輕巧。這些有別于常規(guī)飛機設(shè)計的挑戰(zhàn)都需要在實踐中理清。

中國已經(jīng)研發(fā)了一些小型的無尾飛翼無人機，這些都是寶貴的經(jīng)驗。但工程研發(fā)需要在逐級放大中逐步揭示和解決尺度帶來的問題。簡化的理論計算方法經(jīng)常假定均勻性質(zhì)，但大尺度的實際問題必須考慮各種分布。這就像煲湯一樣，小罐煲湯只要控制火候；大罐煲湯不僅要控制火候，還要注意攪拌；巨罐煲湯不僅攪拌是個學(xué)問，升溫速度也可能比火候的挑戰(zhàn)更大，局部熱點、冷點不僅影響味道，嚴(yán)重的話可以徹底毀了一鍋湯。道理是一樣的。

彩虹公司屬于航天科技集團11院，氣動是他們的本行。但工程實踐是干出來的，不必通過中航系統(tǒng)就有實踐的機會，這對11院是十分重要的。大量的實踐是中國航空科技走進自由王國的正道。

媒體還報道，彩虹-7有意涉足艦載應(yīng)用。無尾飛翼上艦既有優(yōu)勢，也有劣勢。無尾飛翼的高升阻比對航程永遠不足的艦載應(yīng)用是雪中送炭，低翼載則降低進近速度。但凡事都有個度，過了這個度就適得其反。過低的翼載在最近進近的時候老是飄啊飄，就是不肯踏實降下來，也是一個麻煩。低翼載也對陣風(fēng)很敏感，b-2在著陸的時候，襟翼的動作頻率和幅度大大超過同等重量的轟炸機、客機或者運輸機，就是在對并不算大的地面風(fēng)不斷補償。

無尾飛翼超寬的翼展則是對艦上使用不利的。停放的時候還可以翼尖折疊起來，減少占地，但起飛、著陸的時候就特別占地方了。艦載機的翼展一般較小，f-18e只有13.6米，f-14在最小后掠的時候為19.6米，e-2“鷹眼”的翼展為24.6米，彩虹-7也達22米。但彩虹-7的最大起飛重量只有這里面“最輕巧”的e-2的一半。換句話說，功能更加強大的重型無尾飛翼（比如說最大起飛重量超過30噸）的翼展可能大而無當(dāng)，造成航母上的運作不便，甚至無法起飛、著陸。這樣看來，x-47b作為無尾飛翼相對較小的翼展不是沒有原因的，速度更快，但航程也較短。

對于彩虹乃至中國航空業(yè)界來說，各種無尾飛翼不是重復(fù)建設(shè)，而是在不同角度、不同層次的實干中摸索經(jīng)驗，為更多的成功應(yīng)用鋪路，比如隱轟、大型無人機甚至隱身加油機、預(yù)警機、戰(zhàn)略偵察機等。

陸基大型特種平臺的隱身化目前已經(jīng)引起了很大的關(guān)注，未來戰(zhàn)場上，不隱身的飛機將越來越難生存

波音mq-25是在特種平臺隱身化方面的第一個嘗試

另一方面，彩虹-7不僅需要外慧，更需要內(nèi)秀。對于中國來說，大型無尾飛翼的氣動和一般飛控已經(jīng)沒有解決不了的問題了，但高度自主的任務(wù)決策系統(tǒng)還是挑戰(zhàn)。這對全世界都是挑戰(zhàn)。

美國在反恐戰(zhàn)爭中大量使用“捕食者”等無人機，很是成功。更高端的“全球鷹”、rq-170“哨兵”、rq-180等也很抓眼球。但這些無人機在任務(wù)層面都是遙控的，在涉及確認(rèn)目標(biāo)和發(fā)射武器時，還是“人在回路中”而不是自主的，盡管一般的起飛、著陸、編隊、按預(yù)定航線巡航這些任務(wù)要高度自動化已經(jīng)不難做到了。

但反恐戰(zhàn)爭的經(jīng)驗在高烈度戰(zhàn)爭中不大管用。有可能被打下來只是威脅的一部分，更要命的是電磁環(huán)境，不僅有帶寬不夠用和遙控滯后誤事的問題，在強烈的電磁對抗環(huán)境下，可能根本無法執(zhí)行任務(wù)。另外，有人-無人空中組隊作戰(zhàn)是很吸引人的思路，但即使有雙座戰(zhàn)斗機的后座指揮無人僚機，依然只能下達指揮意圖，而不是事無巨細的手把手控制。所以無人作戰(zhàn)飛機的技術(shù)關(guān)鍵已經(jīng)從基本的氣動和飛控轉(zhuǎn)移到任務(wù)控制。

彩虹系列在中東市場取得很大的成功，但這與反恐的設(shè)定相似，基本上是單向?qū)?。彩?7是更高層次的作戰(zhàn)平臺，要面向高烈度環(huán)境，不能套用老經(jīng)驗，不能滿足于放大和無尾飛翼化的彩虹-5，也不能坐等“有關(guān)方面”的自主任務(wù)控制技術(shù)完善起來后采納。作為業(yè)界先驅(qū)，彩虹公司有必要擴大根據(jù)地，不光要吃螃蟹，要自創(chuàng)菜系，彩虹-7是理想的契機。

航天科技11院在空氣動力學(xué)方面有著深厚的基礎(chǔ)，今年引起很大關(guān)注度“星空2號”高超音速飛行器也是該院的產(chǎn)品