浅析中国研制的几款隐身无人机最新进展

macheng0824

国产"利剑"隐身无人攻击机
利剑"是我国继歼20、歼31之后的第三款隐身飞机，也是继美国X-47B之后，世界上第二款已进入工厂测试阶段的大型隐身无人攻击机。
目前先进大型无人机大致可以分为两类：一类是以美国MQ-1"捕食者"、MQ-4"全球鹰"、MQ-9"死神"为代表的高空长航时无人机，这类无人机的主要任务是在敌区上空进行长时间监视，而MQ-9在反恐战争中还承担了大量"定点清除"任务。中国近年也研制了与MQ-1类似的"翼龙"，与MQ-4类似的"翔龙"无人机。另外一类受到青睐的则是隐身无人攻击机，美国有X-47B、中国有"利剑"、俄罗斯有"电鳐"、欧洲也有"神经元"。

与X-47B、电鳐、神经元一样，利剑采用的也是飞翼式布局，进气道布置在背部。飞翼式布局没有垂直尾翼和水平尾翼，机身剖面接近于翼型，所以雷达隐身性能要优于常规布局飞机。飞翼式飞机翼身融合良好、浸润面积小，因此亚音速飞行阻力较小，具有更好的航程性能。飞翼式飞机的优点还在于将大部分重量集中在重心附近，结构重量较轻，具有更好的载荷性能。美军B-2A隐身轰炸机就是飞翼式飞机的成功典范。

X-47B的飞翼式布局、背部进气道已成为隐身无人攻击机的标准。
飞翼式布局飞机的劣势是气动控制面少、安定面少，机动性远远不及常规布局飞机。这也是为什么X-47B宣称是联合无人空战系统(J-UCAS)，但仍被视为一款攻击机的原因。这跟F-117一样，尽管归为F（fighter，战斗机）系列，但实际上是一款攻击机/轻型轰炸机。飞翼式布局还有一个劣势是超音速飞行难以控制，X-47B、电鳐、神经元的最大速度都小于音速，估计"利剑"也是一款亚音速飞机。
利剑采用了一台俄制RD-93涡扇发动机。这意味着"利剑"的大小、航程和载荷可能与电鳐无人机差不多。后者最大起飞重量为10吨，机长10.25米，翼展11.5米，机高2.7米，发动机为一部RB-5000B涡扇发动机，是RD-93发动机的无加力型，最大推力5000公斤左右。电鳐的最大速度M0.8，航程4000公里，作战半径1200公里左右，载荷2000公斤。
尽管气动布局和尺寸大体一致，但利剑与电鳐在设计上仍大有区别。电鳐的机身与机翼的过渡较为生硬，进气口前沿与机身垂直，这原因可能是电鳐采用了水平S形进气道设计，进气道内有一个中心锥形体，将进气道左右分开，进气道向外弯曲后再进入机体之内从而避免雷达电波直接照射发动机叶片和压气机。这样设计的优点就是进气道完全在机身上方通过，不占据机身的下方空间，可以给起落架舱、弹舱提供较大的空间，这对于内部空间有限的无人机来说是非常有利的。但这样做的缺点是进气道、机身与机翼出现了垂直交接面，隐身处理不理想。X-47B、神经元均采用了垂直S进气道，从图片来看，估计利剑的设计应该也是如此。三者的机身、进气道前沿与机翼的连接处都是倾斜过渡，雷达隐身性能更好。

电鳐的机身、进气道前沿与机翼垂直交接，隐身性能不会太理想。

利剑、X-47B和神经元都采用垂直S形进气道，隐身处理要优于电鳐。
不过利剑目前的隐身设计有一大败笔，那就是RD-93涡扇发动机的圆形收敛-扩张喷口完全暴露在外，这会增大后向和侧向的雷达反射面积，而X-47B、电鳐和神经元均采用经过隐身设计的二元喷口。这种情况主要是我国航空发动机制造业落后造成的。前面提到，X-47B等是亚音速飞机，不需要超音速飞行，没有使用加力燃烧室的需求，所以X-47B、电鳐、神经元均使用了无加力发动机。无加力发动机在使用上的好处是长度短，可以节约大量宝贵的空间，例如B-2隐身轰炸机的F118-GE-100发动机是F110-GE-100的无加力型，前者的长度只有2.5米，而后者长度超过4.6米。我国目前还没有RD-93这一级别的国产涡扇发动机，自行改进RD-93几乎不可能，也没有进口RD-93的无加力型RB-5000B，所以利剑试飞只能暂时直接使用RD-93，未来肯定要作出改变。这是国产发动机落后制约国产飞机研制的又一案例。

美军赋予X-47B多种对地攻击任务，包括纵深打击、近距离支援。
利剑无人机的机背有一块明显的浅灰色区域，与机身深色形成了鲜明的对照，笔者推测这块可能是透波材料，里面几乎可以肯定是用于安装卫星通信系统。Link16等常规数据链属于微波传输，微波的缺点就是通信距离较近，只能进行类似光线的直线传输，受地形限制较大，从而影响了飞机的活动范围。而隐身无人机往往需要深入敌后，执行距基地距离较远的任务，所以需要卫星数据链的支持。
隐身无人攻击机是目前无人机发展的前沿领域，将影响未来战争的形式。我国第一款隐身战斗机歼20首飞与美国YF-22相差了整整21年。利剑无人机应该会在今年首飞，领先于俄罗斯和欧洲，与美国X-47B相差仅2年。这说明我国航空工业在作战飞机的研制上已基本赶上美国的步伐，需要的是更多创新，以及补上发动机领域的短板。

中国“星影”隐身作战飞机首次曝光

中国某无人机系统有限公司首次公开展示了其研制的“星影”隐身无人机。从气动布局上看，“星影”采用的是类似于美国X-47B那样的飞翼式布局、背负式进气道。这种气动布局天生具有隐身性能好的优势，不过“星影”的背负式进气道有两个，而非其他类似无人机普遍采用的单个进气道。“星影”采用可收放式前三点起落架，舱门也进行了隐身设计，据悉，这可能是中国自行研制的并公开的第8中隐身飞机，之前已经曝光了歼-20、FC-31、某远程飞翼式隐身无人机、利剑无人机、翼龙X无人机、彩虹7飞翼式无人机、猎鹰100飞翼式无人机等等。

据该公司所给的宣传资料介绍，“星影”无人机全长7.3米，翼展15米，机高1.84米，机腹内置武器舱长2.5米、宽0.76米、高0.7米，空重2100公斤，最大起飞重量4000公斤，有效载荷400公斤，动力装置为1台兄弟公司专门设计和生产的供无人机使用的TWS800小型涡扇发动机，重200公斤，干推力7500牛，巡航推力2000牛，最大飞行速度698公里/小时，巡航速度400-600公里/小时，续航时间10-12小时，控制半径2000公里，升限15000米，巡航高度12000米，雷达反射截面积0.1平方米。

从尺寸和重量来看，“星影”属于大型高空长航时无人机，虽然续航时间在无人机里并不突出，但速度和升限却是很出色的。速度快，意味着该机能够更快地进行反应和到达目标空域；升限高，意味着该机能在中高空防空武器系统的打击范围之外投射武器，安全性会有很大提高。2000公里的控制半径，说明“星影”是以卫星链来传递信息以及接收指令，这也意味着该机的作战半径很大。

我国现在的察打一体无人机，如“彩虹”系列、“翼龙”系列等采用的还是重油或涡桨发动机，之前出现的“利剑”隐身无人机采用的涡扇发动机是战斗机用的RD-93，并非专供无人机使用，在很多结构上不利于无人机的设计。而“星影”则是采用专门的小型涡扇发动机，这说明在动力方面丝毫不会受制于人，这将是“星影”无人机的最大亮点之一。

目前“星影”无人机还处于研制状态，估计可能是概念研制阶段，因为没有明确的客户，很多技战术指标是难以确定的。在本届航展上，朗星公司展出该机很可能是为了寻找客户，同时宣传自己在新一代无人机方面的技术实力。如果有客户需求，那么“星影”将会成为中国无人机出口领域的一颗新星。


新型“天鹰”隐身长航时无人机

中国海鹰通用装备公司宣布：中国航天科工三院研制的新型“天鹰”隐身长航时无人机首飞成功，这种飞机只有少数国家具备研制实力，研发经费需求巨大，还得“自掏腰包”进行发展，但历经四年发展终于成功。从“天鹰”也是架无尾翼无人机，尺寸与神秘无人机照片相当接近，很可能是同一架飞机。这是继2013年我国曝光的“利剑”无人机之后，又一种曝光试飞的无尾无人机，代表中国相当已经掌握无尾翼飞机的控制技术。究竟这种飞机有何重要？今天，我们来说说这事。

无尾翼设计最重要的目的就是：隐身。基本上，任何飞机都不可能完全对雷达隐形，但反射面越少则被探测的机率越低，也就是“隐身”的理论基础。而飞机的尾翼主要是稳定与控制机身用，对于升力的贡献有限，如果能够省略就可以消除一个反射回波的来源。尾翼中又以垂直尾翼对升力的贡献最低，又会增加结构重量，如果能够省略对于提升飞机的升阻比，延长航程也会有贡献。

不过，失去了垂直尾翼，扁平的飞机无法维持横向稳定，随时可能失控。过去曾有人提议过用矢量喷嘴来维持稳定，但一来成本较高，二来发动机一旦故障就会连带失去横向稳定，连滑翔迫降都有麻烦。美国的B-2轰炸机不但是第一种载人飞行的无尾飞翼机，也是目前最大的一种，它将原先翼端副翼的位置换成“分离式方向舵”，藉由上下开合产生上下平衡但左右不均的偏航力。这种方式必须采取“主动控制”方式，也就是感知到多少偏差就要主动做对应的调整动作才能维持稳定，因此在数字化电传飞控系统成熟后才成为可能。2013年曝光的“利剑”无人机也可看到其翼端采用了上下开合的方向舵。


无人机通常重量不大，为了降低成本采用单发动机设计，这样发动机势必在中线位置；而进气道为了隐身效果，也得采用S形设计以遮蔽发动机叶片的正面回波。然而，为了保持良好的进气效果，S形进气道的弯曲角度有其上限，则其长度就有基本下限。因此，S形进气道加上发动机就决定了飞机的中线长度。选择完发动机后，无人机能选择的剩下翼展，翼展小则重量轻机动性高，通常属于攻击用途；翼展大则航程远但显得笨重，通常是侦察用途。

△欧洲“神经元”无人机剖面图，紫色的S形进气道加上发动机决定了机身长度


从照片判断，如果确为同一架飞机的话，“天鹰”无人机的翼展目测约10米，机身长约3.5米，其粗估2.8的宽长比约在美国洛·马的RQ-170的5.8与波音X-45C的1.25之间。由于飞翼机没有机身，因此宽长比就决定了展弦比与后掠角，也决定了基本的飞行特性。

△美国洛·马研制的RQ-170无人侦察机，其长度估计约4.5米、宽度约26米


X-45C是兼顾载荷与航程的攻击机，宽长比与“利剑”相近；而RQ-170则是首重航程的高空侦察机，以此推断“天鹰”无人机应为长航程但中高空的机型（因低速升阻比不如RQ-170），与海鹰公司的描述相符，这也表示它较适合侦察用途。由于体型较小，其试验性质仍相当明显，未来会不会换装更大的发动机并放大机身，值得后续观察。