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暗劍無人機骨骼清奇,只要發動機好超機動可秒殺殲20


亮相的“暗劍”無人機全尺寸模型

近日, 12年前首度現身的“暗劍”無人機, 如今以全尺寸模型照片重新回到人們的視野, 顯示背後仍有發展動作仍在進行。 “暗劍”最早是在2006年珠海航展上公開小尺寸模型, 展板介紹其特性為“具有超音速、超高機動能力與低可探測性, 主要用於未來對空作戰”。

值得注意的是, “暗劍”的氣動外形與國外無人機有著極大差異, 這顯示中國的飛機設計已經走上了自己的軌道。 那麼“暗劍”為何與眾不同呢?今天, 北國防務就來說說這事。


“暗劍”無人機最早于2006年珠海航展亮相, 當時說明為一種具有超音速、超高機動性與隱身性能的對空用無人機

自從智慧控制技術讓無人機實用以來, 無人機就成為各國空軍的“明日之星”。 其主要優點其實來自于三項人類飛行員的缺點:

1, 重量:飛機為了搭載飛行員升空, 除了要騰出座艙空間讓飛行員可以工作外, 還得提供生命維護設施、顯示裝置、控制設備等等才可以讓人類飛行員工作, 如果省略人類, 就可以省去這些設施的重量與阻力。 例如, 有些雙座戰機/攻擊機就會藉由省略後座飛行員, 塞入油箱來拓展航程。

2, 飛行時間:人類由於生理與心理的限制, 工作時間不能無限制加長, 限制了有人飛機的航程與滯空時間, 如果省略飛行員自然可以在油料耗盡前持續飛行。

3, 機動性:即便受過訓練的飛行員, 在抗G飛行服的協助下, 也無法承受9G以上的機動。 如果省略飛行員, 以現代結構技術可以製造出20G以上的機體, 其機動性就會超越任何有人戰機。

現今的軍用無人機大多是利用上述的第一或第二點來發揮優勢。 至於第三點的機動性, 早期美國空軍研究無人戰機時, 曾經構想過一種可以超過人類極限進行機動的無人機, 除了用來空戰外, 也能用來規避防空導彈。 不過, 後來發展的無人機卻都改用隱身性進行突防, 這種“超高機動”的無人機構想就被西方束之高閣。


“暗劍”無人機(上)將進氣道設于下方, 且有垂直尾翼與腹鰭。 強調隱身的X-45A無人機(下)則將進氣道設于上方, 並取消所有尾翼

例如美國空軍資助的X-45計畫就是隱身無人攻擊機的典型例子, 後來也成為歐洲與俄羅斯參考的範本。 而“暗劍”機與X-45的設計就有很大的差別:首先, 隱身無人機大多會將進氣道置於上部, 原因是地面防空雷達會由斜下方往上照射, 機背進氣道能利用機身阻隔雷達波, 降低進氣道的吸波要求。

然而, 有人戰機卻寧可付出雷達截面積的代價將進氣道置於下方或側方, 原因是機背進氣道在高攻角容易吃進機身產生的亂流, 限制了飛機機動的攻角。 而“暗劍”採用的機腹進氣道則能用前機身整流, 降低氣流攻角, 顯示其重視高攻角的機動性。

其次, 隱身無人機多半會省略尾翼, 原因是尾翼的前後緣都會對法線方向散射雷達波,

而省略尾翼的隱身效果比任何吸波材料都好。 “暗劍”機不但有2片大型垂直尾翼, 還有2片腹鰭, 表示它對橫向穩定性有很高的要求, 通常也是為了在高攻角或超音速狀態維持穩定。


“暗劍”無人機(上)的前翼似乎是伸縮型式, 伸出後可能無法改變傾角, 與X-36(下)的全動前翼不同

美國其實也有一些無人機強調機動性, 例如波音與NASA合作的X-36。 不過, 該飛機的原始計畫其實是要研究無尾翼有人戰機的機動性, 因此波音雖然認為前翼對隱身較為不利, 但仍加上前翼搭配向量噴嘴來彌補拆掉垂直尾翼所損失的機動性。 而該計畫是因為沒有足夠的預算才以無人機方式進行研究, 因此機上仍有“假座艙”來模擬有人機的氣動特性;至於其實驗目的其實是研究那特殊的向量噴嘴,

而不是發揚無人機的機動性。


F-14的翼套小翼在伸出後可將升力中心略為拉前, 降低超音速的穩定性

“暗劍”無人機也有前翼, 不過從模型上觀察, 其前翼似乎是以旋轉方式伸縮的, 似乎不能再上下轉動進行氣動控制。 這種伸縮前翼也曾出現在F-14上, 其用意是降低穩定性來提升超音速的機動性。 因為F-14的可變翼在超音速可後掠到68度來降低波阻, 然而高度後掠角加上超音速的升力中心後移現象, 會讓戰機像鉛塊一樣難以轉向機動。 此時從翼套伸出的小翼可產生抬頭力矩來減緩升力中心的後移。 “暗劍”採用類似的伸縮前翼顯示其對超音速機動性的重視。


美國的X-24B(左)是高超音速升阻比達到2.5的升力體計畫, 美國NASA希望這可延長其從軌道重返的高超音速滑翔距離,與扣掉主翼與前翼的“暗劍”無人機(右)相當類似

那“暗劍”機的速度到底有多高呢?如果扣除前翼與主翼不看,其後掠角約80度三角形邊條翼與機身融合的構型,搭配外傾垂直尾翼相當類似美國的X-24B升力體實驗機。升力體其實就是當前熱議的“高超音速滑翔器”,NASA在上世紀60年代就希望能作為軌道重返載具,能直接降落到跑道上而不是用降落傘迫降。

X-24B是升力體中較高速的版本,可以高超音速飛行較遠的距離,或者做出大半徑轉向,因此也有人認為“暗劍”機可以高超音速飛行。然而,“暗劍”機外加的兩片50度後掠主翼看不出有伸縮機構,則其產生的阻力就很難讓它達到高超音速飛行。


(1)波音的ExMAN計畫是少數強調機動性的無人機,(2)其構想是利用隱身性與瞬間20G的機動性,可以在空戰中快速轉向而擊落多架敵機,(3)其極速雖僅略微超過1.2馬赫,但利用飛翼構型的高升力可提升高空(黃色區域)的機動能力,(4)但它需要兩台發動機來提供足夠的推重比

從外型上來看,“暗劍”機的大比例三角形邊條翼加上主翼似乎帶來相當大的升力,加上機腹進氣與尾翼的特徵顯示其重視高攻角的穩定性,顯示其的確以“超高機動性”為主要目標。

然而,高機動性仍需要高動力才能支撐。例如,波音也提出過一種超高機動性的ExMAN無人機概念,其構想是利用超越人類極限的瞬間轉彎在空戰中快速斬殺敵機,就能用短程導彈達到高交換比。其50度後掠角與“暗劍”機的主翼相同,但採用飛翼構型可產生20G瞬間機動所需的最大升力。然而,大升力也會帶來大阻力,需要極高規格的發動機才能克服。波音規劃了2台發動機,其推力必須相當於F-15的F100發動機,但重量只能有6.5成,才能達到其規劃的航程與機動性,而這種發動機其實還不存在。

對於“暗劍”機也是一樣,從小尺寸模型觀察,其發動機不但只有一台,而且噴嘴相當小,後續可能要換裝大型發動機才能達到超越殲-20、F-22以及蘇-57等最新有人五代機的“超高機動性”。

美國NASA希望這可延長其從軌道重返的高超音速滑翔距離,與扣掉主翼與前翼的“暗劍”無人機(右)相當類似

那“暗劍”機的速度到底有多高呢?如果扣除前翼與主翼不看,其後掠角約80度三角形邊條翼與機身融合的構型,搭配外傾垂直尾翼相當類似美國的X-24B升力體實驗機。升力體其實就是當前熱議的“高超音速滑翔器”,NASA在上世紀60年代就希望能作為軌道重返載具,能直接降落到跑道上而不是用降落傘迫降。

X-24B是升力體中較高速的版本,可以高超音速飛行較遠的距離,或者做出大半徑轉向,因此也有人認為“暗劍”機可以高超音速飛行。然而,“暗劍”機外加的兩片50度後掠主翼看不出有伸縮機構,則其產生的阻力就很難讓它達到高超音速飛行。


(1)波音的ExMAN計畫是少數強調機動性的無人機,(2)其構想是利用隱身性與瞬間20G的機動性,可以在空戰中快速轉向而擊落多架敵機,(3)其極速雖僅略微超過1.2馬赫,但利用飛翼構型的高升力可提升高空(黃色區域)的機動能力,(4)但它需要兩台發動機來提供足夠的推重比

從外型上來看,“暗劍”機的大比例三角形邊條翼加上主翼似乎帶來相當大的升力,加上機腹進氣與尾翼的特徵顯示其重視高攻角的穩定性,顯示其的確以“超高機動性”為主要目標。

然而,高機動性仍需要高動力才能支撐。例如,波音也提出過一種超高機動性的ExMAN無人機概念,其構想是利用超越人類極限的瞬間轉彎在空戰中快速斬殺敵機,就能用短程導彈達到高交換比。其50度後掠角與“暗劍”機的主翼相同,但採用飛翼構型可產生20G瞬間機動所需的最大升力。然而,大升力也會帶來大阻力,需要極高規格的發動機才能克服。波音規劃了2台發動機,其推力必須相當於F-15的F100發動機,但重量只能有6.5成,才能達到其規劃的航程與機動性,而這種發動機其實還不存在。

對於“暗劍”機也是一樣,從小尺寸模型觀察,其發動機不但只有一台,而且噴嘴相當小,後續可能要換裝大型發動機才能達到超越殲-20、F-22以及蘇-57等最新有人五代機的“超高機動性”。

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