英国不甘人后,积极发展无人机技术

早在20世纪初,无人机(UAV)就已经问世。在无人机近百年的发展历程中,无人机的所执行的作战任务随着航空技术发展不断扩展,从早期遂行空中侦察、监视任务等非攻击性任务扩展到执行反舰、对地攻击等攻击性任务。现役无人作战飞机(UCAV)通常由战术无人侦察机改装而来,如美国MQ-1L“捕食者”就是在RQ-1L无人侦察机基础上发展而来的无人作战飞机,MQ-1L在机翼中段增加了两个外挂点,对翼梁和铝制挂架进行了加强,加装了相应的发射控制系统,可使用AGM-系列导弹和“毒刺”空空导弹,后来美国又在MQ-1L的基础上发展了尺寸更大的MQ-9“死神”无人作战飞机,可携带更多的弹药,攻击能力进一步增强。

上世纪90年代中期以后,随着气动布局、飞控系统和电子设备等技术的不断成熟,美国等一些航空大国开始发展以低信号为主要特征的隐身无人作战飞机。经过10余年的发展,一些航空大国研制的隐身无人作战飞机逐渐面世,如美国的X-47B、欧洲六国的“神经元”、中国的“利剑”等无人机都已经试飞成功。从各国已经研制成功或正在研制的隐身无人作战飞机技术特征来看,现在隐身无人作战飞机出现了技术趋同性,即大多数都采用无尾飞翼式布局、背负式长S型进气道、遮蔽式隐身固定尾喷管等措施,主要目的通过多种措施尽量提高无人机的隐身能力,提高其对现代防空体系的穿透能力。

随着气动布局、飞控系统和电子设备等技术的不断成熟,美国等一些航空大国开始发展以低信号为主要特征的隐身无人作战飞机,图为美国海军X-47B无人作战飞机

作为世界上重要的航空大国,英国在这一轮隐身无人作战飞机研制热潮中可谓不甘人后,投入了较多的资源和精力发展隐身无人作战飞机。早在上世纪80年代,英国国防部就与BAE系统的前身英国航空航天公司(BAe)联合启动了替换“狂风”攻击机的“未来攻击机”(FOA)计划。计划经过多次演变,年英国国防部首次公开了一项被称为“战略无人机试验”(SUAVE)的计划,并授予BAE系统公司一项风险降低合同,旨在针对无人机的共同需求,重点发展通信、飞行控制等多项通用技术,这表明英国正式将发展隐身无人作战飞机列入未来空中力量发展计划。

BAE系统公司通过“茶隼”、“渡鸦”等无人验证机研究了隐身无人作战飞机的多项关键技术。年12月,英国国防部将隐身无人作战飞机全尺寸验证机合同正式授予BAE系统公司(除了BAE公司,罗罗公司、GE航空公司等公司也参与了这项计划),合同价值1.24亿英镑。英国国防部将这项计划命名为“雷神”。年11月,BAE系统公司在沃顿工程举行了机体加工启动仪式。年7月,BAE系统公司完成了首架“雷神”验证机的装配工作,随后该机进入了地面系统测试阶段,据称首架“雷神”验证机的造价为3亿美元。根据计划,“雷神”验证机本应在年下半年完成首飞,但直到年10月才完成首次飞行,可能是由于技术问题导致首飞时间推迟。

在消音室进行测试的”雷神“验证机

采用无尾飞翼式布局,隐身性能突出

由于已经研制出来或在研的隐身无人作战飞机的战术地位和执行任务的大致相同,气动外形综合性能更好的飞翼式布局成为隐身无人作战飞机主流气动布局。和大多数隐身无人作战飞机一样,“雷神”验证机也采用了飞翼式布局。从英国国防部公布的图片来看,“雷神”验证机采用了中置翼布局,中置翼布局的优点是飞机外形流畅圆滑,有利于进一步提高飞机的隐身能力。机翼前缘后掠角较大,后缘呈M形状,后缘安装了2个操纵面,结合电传飞控系统进行综合控制。“雷神”验证机没有独立的外翼和尾翼,主体结构可分为中央翼和两侧外翼,两侧外翼上下翼面上各设置了两片控制面。该机采用前3点式起落架,前机轮设置在机头下方,后机轮设置在中央翼和两侧外翼的连接处。

“雷神”验证机在机体中线位置安装了一台“阿杜尔”MK型涡扇发动机(欧洲六国联合研制的“神经元”验证机也是采用“阿杜尔”MK型发动机)。在“雷神”验证机早期设计阶段,该机曾考虑过采用EJ型涡扇发动机,经过细致的论证,BAE系统公司放弃采用EJ发动机,原因是该发动机的尺寸过大,若运用于验证机,验证机机体尺寸就必须增大10%左右,这有可能导致该机的雷达反射截面积增大近20%。“阿杜尔”MK型的涵道比为0.8,发动机的最大推力为29千牛,该型发动机是一型优秀的中等推力发动机,已经被T-45、“鹰”式教练机等飞机采用。据悉,最终定型的“雷神”无人机会采用推力更大,综合性能更好的发动机,“阿杜尔”MK型发动机只是一个过渡。进气口设置在机体上方,进气口形状为三角形,进气道应该采用了前缘曲度较大的S型进气道,尾喷管则采用了异性遮蔽式固定喷管。

从这张图片可以看出”雷神“验证机的整体构型和一些技术特点

“雷神”验证机采用了数字式飞行控制系统,无尾飞翼布局的静不安定性突出,数字式电传操作系统结合对控制面的耦合控制,保证飞机三轴稳定和控制的能力。BAE系统公司此前在“渡鸦”验证机试验了电传操作系统,解决了电传操作系统的诸多关键问题。在研制“渡鸦”验证机时,设计人员尝试了多种操纵面,从“雷神”验证机图片来看,该机也采用了机翼上的可收放操纵面,其能根据控制指令实现差动,提供偏航力矩,此外,验证机起飞降落时放下的起落架舱门可以起到垂尾的功能,提高低速飞行时航向的稳定性。根据媒体报道,“雷神”验证机的想象图中的机翼上方出现了黑色圆孔,这表示“雷神”验证机可能试验射流推力矢量(FTV)和循环控制(CC)等技术,英国科研人员已经在“恶魔”验证机上试验了射流推力矢量技术,通过射流来获得飞机的俯仰和滚转控制力,这样飞机就可以取消襟翼和副翼等设计,有利于进一步提高飞机的隐身能力。

自主导航与控制系统是隐身无人作战飞机的关键组成部分,“雷神”验证机配备了惯性导航系统、全球定位系统、数字地图等组成的导航控制系统。这套系统能够自主控制无人机滑行、起飞,然后朝着预定目标空域飞行,在飞行过程中能够对飞行区域的威胁或意外情况做出反应。根据飞行器研制定型规律,首架“雷神”验证机可能没有装备了火控系统,据介绍,BAE系统公司为“雷神”验证机研制的火控系统包括雷达和光电传感器等搜索装置,无人机在进入目标区域后,利用机载搜索装置和数据链将目标信息传输给操作员,获得授权后无人机将自主攻击目标。

“雷神”验证机配备了惯性导航系统、全球定位系统、数字地图等组成的导航控制系统

“雷神”验证机机腹下面设置了一个弹舱,从弹舱舱门来看,该机采用的是左右开启的双扇中等尺寸弹舱门,根据已经公开的数据,“雷神”验证机机长11.35米,机高4米,翼展9.1米,起飞重量为8吨,从同级别且采用同种发动机的“神经元”无人机公开的性能诸元来看,“雷神”验证机大概能携带1.2吨左右的弹药,最大航程预计在千米左右。英国国防部曾在未来空中力量规划中公布了一种隐身无人作战飞机概念机,其可搭载的武器包括:“硫磺石”空地导弹、“阿拉姆”反辐射导弹、“宝石路”4复合制导炸弹等制导弹药。“雷神”验证机1.2吨左右的弹药携带量决定了其也可以携带上述制导弹药,较为丰富的弹药重量使其可以执行多种对地攻击任务。

“雷神”验证机对英国具有重要的政治军事意义

由于“雷神”目前只是技术验证机,只有一系列飞行试验完成之后,英国国防部才会考虑制造原型机。从英国国防部近年来提出的一些计划和报告来看,英国空军对突防能力较强的隐身无人作战飞机的兴趣正与日俱增,英国空军计划在年左右装备一种隐身作战平台,而隐身无人作战飞机是满足要求的最低限度的候选方案。在年英国国防部公布的《防务技术规划》中提出了“新颖空中系统”计划,该计划基本要求是寻求发展一种可重复使用并可突破严密防空系统进行作战的远程作战平台,这就要求作战平台需具备较大的作战半径、较强的隐身能力和较好的综合经济性。

从英国国防部近年来提出的一些计划和报告来看,英国空军对突防能力较强的隐身无人作战飞机的兴趣正与日俱增

众所周知,采用飞翼式布局的飞机整个机体都是翼面,飞翼布局的优点之一就是内部空间大,这样就可以装下更多的燃油,低阻力和高升阻比的飞翼布局也是有利于提高航程的气动布局,结合低油耗的涡扇发动机,理论上都可以获得较大的航程,这也是研制成功或在研隐身无人作战飞机普遍采用飞翼式布局的主要原因。采用无尾(包括垂尾)飞翼这种纯飞翼布局也一定程度上提高“雷神”的航程。早期由于采用飞翼布局的飞机通常配备的是机械式操纵系统,其必须设置垂尾才能解决飞翼布局飞机方向安定性控制,电传操纵系统的成熟使无垂尾布局的飞翼布局飞机得以出现,取消垂尾有利于降低飞机的结构重量和阻力,进一步提高飞机的航程。上文提到“雷神”验证机的最大航程大概在千米左右,这样其理论作战半径可超过千米,具备一定的纵深打击能力。

拥有较强的隐身能力是无尾飞翼布局的重要特征。在雷达隐身方面,“雷神”验证机无尾飞翼布局采用高度一体化翼身融合结构,动力系统安装在融合体厚度较大的中央段,中央段与外翼用连续曲线逐步变薄结构,机体上的突出结构较少。内置弹舱、取消垂尾、优化进气道和尾喷口等措施也是“雷神”验证机降低全向雷达反射截面积的重要措施。根据尺寸更大,研制时间更早及同样采用无尾飞翼布局的B-2轰炸机在雷达隐身方面的出色表现,尺寸更小的“雷神”验证机的应该具有更低的全向雷反反射截面积。除了雷达隐身,“雷神”验证机还通过采用遮蔽式尾喷口、涂覆伪装色等措施提高飞机的红外隐身及声隐身能力。

通过采用多种隐身措施,”雷神“验证机具备出色的隐身性能

虽然“雷神”目前只是一架验证机,离原型机型号研制还有较大距离,但“雷神”验证机的首飞成功在政治上和军事上都有重要意义。目前由法国牵头,其他5个欧洲国家联合研制的“神经元”技术验证机已经首飞成功并向原型机阶段推进。年,英法首脑会晤的公开声明中提到了启动“未来空中作战系统空中试验论证”,这种平等的战略合作伙伴关系是英国近年来隐身无人作战飞机技术发展的结果,没有多年的技术发展,英国在欧洲隐身无人作战飞机发展说话的分量将大大减弱。“雷神”验证机的首飞成功表明了英国仍然是一个不可小视的航空大国,也证明了其仍然是欧洲这块土地上举足轻重的国家。

分析认为,隐身无人作战飞机很可能是改变未来战争模式的重要武器之一。若英国将“雷神”技术验证机推进到原型机发展阶段并在年左右装备部队,“雷神”隐身无人作战飞机将进一步增强英国的纵深打击能力。依靠其出色的隐身能力,在战争初期穿透严密防空体系,和中远程巡航导弹、F-35隐身战斗机等武器一道充当“踢门者”的角色,全方位、多维度打击敌纵深战略目标,为获得战争初期主动权提供重要支撑。除了作为空中打击平台,英国还有意在“雷神”验证机基础上发展隐身无人侦察机,侦察机将配备雷达、光学等侦察设备,承担空中侦察和监视任务,提高英国空军的战略和战术侦察能力。

作为英国冷战结束后屈指可数的“独立作品”,从“雷神”验证机上我们看到了英国不可小觑的军工实力和难以割舍的帝国情结

结语

BAE系统公司“雷神”项目团队负责人奈杰尔·怀特黑德评价“雷神”是“英国工程的巅峰之作”。作为英国冷战结束后屈指可数的“独立作品”,从“雷神”验证机上我们看到了英国不可小觑的军工实力和难以割舍的帝国情结。

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