技术派｜中航宣传片出现神秘战机，舰载无人机可提升航母战力

在歼-8战斗机首飞50年之际，近日，中国航空工业公司推出了一部以沈飞产品为主角的宣传片。在宣传片的结尾部分，出现了一组神秘的舰载飞翼型无人机的电脑模拟画面。这再次引发外界对舰载无人机的关注。

该隐身无人机采用飞翼式布局

目前，各国航母仍然主要使用有人驾驶飞机，航母搭载的固定翼无人机尚处于开发验证阶段，但是伴随着无人机技术的进步和任务的拓展，舰载无人机编入航母编队舰载机联队，只是时间问题了。那么，这些舰载无人机将主要完成哪些任务？未来需要走哪些技术路线呢？

舰载无人机发展美国是“领头羊”

陆基无人机早已服役很多年，但是各国军方对舰载无人机的使用始终非常谨慎。这是因为舰载无人机起降的控制要比陆基要求更高，在堆满飞机的狭窄的甲板上起降必须绝对可靠，否则可能对航母带来严重毁坏。

随着技术进步，本世纪初以来，以美国为代表的航母拥有国开始研究无人机上舰问题。目前以及未来相当长一段时间的舰载无人机可能主要集中于以下任务领域。

首先是中远程对地打击，这也是目前的中大型无人机的一个重点任务领域。美国航母打击群舰载机的一个主要任务是对敌方实施对地打击，这占用了大量的飞行任务量。美国舰载机往往能在对方战斗机作战半径外发起打击，以确保航母平台安全。然而，随着反航母手段的进步，有些国家可以从一两千公里外对航母实施精确打击。为了在对方反航母武器攻击范围外发动空袭，延长航母编队打击范围，研制专门的远程攻击机变成为一个选择。

美国海军就曾于2007年 8月曾与诺思罗普·格鲁曼公司签署一份价值6.358亿美元、为期6年的“无人空中作战系统演示计划”（UCAS-D）项目合同。这个演示计划实际上就是为了研制一种对地打击无人机进行技术验证。最终上舰试验的X-47B机长11.65米，翼展18.9米，机体高3.17米，最大起飞总重约20吨，武器载荷2041千克，极限过载6G，最高速度为高亚音速。该机翼展长于F/A-18E/F，最大起飞重量接近F/A-18C，不进行空中加油时续航时间大于6小时，最大航程大于2100海里，而这个数据是比较保守的。当然，最后这个项目在完成上舰试验后就取消了。

其次是进行空中加油。空中加油对于航母舰载机来不可或缺的，它可用于确保恶劣海况条件下协助回收战机，另一方面也有助于提高现有飞机的作战半径。目前，舰载加油机通常以改装现有战斗机进行伙伴加油的方式进行。美国F/A-18E/F“超级大黄蜂”20%-30%的任务被用来进行空中加油。研制一种专职无人机加油机则能“解放”这些担负伙伴加油任务的战斗机。目前正在进行的MQ-25“黄貂鱼”无人机主要用于担负这一任务。MQ-25可将大约15000磅燃油运送至距航母约500海里的空域，可将己方战机的打击半径增大400海里，而目前F/A-18E/F的典型作战半径只有450海里，这相当于让其作战半径延长一倍，达到850海里。

第三用于情报保障任务，可用于实施雷达、红外、光学侦察和电子侦察，或者担负通信中继任务。用舰载战术飞机进行情报支援保障对于美国这样的全球强国来说紧迫性没那么强。因为其位于全球基地的大型情报保障飞机比较多。对于远离航母战斗群的区域，可以依托大型空基、天基平台提供支援，或者用RQ-170这样的隐身平台完成。也可以依靠F-35这类战斗机执行这类任务，这类平台具有很强的侦察任务载荷。而对于不具备上述侦察体系的国家来说，这类舰载侦察平台在大洋作战往往是不可或缺的。

相对于舰上现有战斗机平台，质量、尺寸相当的无人机更适合完成这些任务。因为这些无人机没有进行超声速飞行、高机动性的战术要求。所以可以把设计重点放到增大航时、提高载荷等性能上。由于无人机取消了座舱和围绕飞行员的支援保障设备和空间，又会进一步增大上述优势。这一点对中轻型战术飞机更为重要。另外，这些飞机不需要太大的过载，所以结构重量更低。比如说，常规战斗机需要由9G左右的过载，而X-47B只需要6G过载。加之这些支援保障任务，例如空中加油、对地攻击不需要在空中进行复杂机动，对于飞行控制系统的要求要比无人战斗机相对较低，所以无人机率先在这些领域突破。

相比之下，用于空战的舰载战斗机可能会晚于上述支援保障和对地攻击无人机的出现。因为空战无人机的要求更高，除了上述性能之外，还要有超声速飞行、亚声速高机动性的要求，同时还需要基于AI的无人控制技术的突破，这些问题的解决都需要一定时间。目前的舰载战斗机刚刚开始进行换代，换装隐身飞机，比如说美国海军刚开始用F-35替代F/A-18，所以无人化的战斗机的需求会稍晚些。当然，后发型国家，反到可以考虑无人舰载机上舰。

舰载无人机必须具备高隐身性能

为了满足作战需要，对地攻击型和支援保障型无人机必须具有以下性能：高隐身性能，以满足严密设防区域下作战要求；非常好的亚声速巡航效率，以尽量提高航程；较高的起降性能，满足航母大载荷起降的要求；比较大的载荷能力，以满足任务载荷和油量的搭配。另外，外形尺寸和起飞重量也要满足舰上起飞和降落的要求。

高隐身性能的要求很容易理解，这是未来空中作战的基本要求。在先进防空系统、预警和隐身战斗机已经逐渐普及的情况下，没有隐身性能的无人机根本无法在严密设防的空域生存。前段时间美国海军的“全球鹰”无人机被击落就是一个典型的例子。未来的无人机则可能需要完成火中取栗的任务。即便在远离别国“竞争性空域”的区域完成空中加油这类任务也对隐身性有较高要求。由于接受加油的很可能是隐身战斗机，如果其本身不具备隐身功能，无疑是对保障对象战斗力的一种削弱。

亚声速巡航效率，简单来说就是在亚声速巡航时阻力系数小，升阻比高，这样可以以较低的油耗获得更远的航程。传统的战斗机由于要考虑进行超声速飞行并尽可能提高亚声速的机动性，其亚声速巡航效率要比采用大展弦比机翼的运输机、侦察机小很多，这一点也是很难兼顾的。

飞机的起降性能对舰载机来说尤为重要。舰上起降要求飞机的起降速度尽量小，可以在低速下比较好的控制飞机；起降迎角比较小，便于观察航母甲板。无人机对起降迎角的考虑可以放宽些。有人机载着舰时要求迎角不能太大，否则飞行员无法观察到甲板，不利于降落，而无人机则无此顾虑。舰载机通常采用中小后掠角机翼，飞机的升力线斜率比较高，并使用大型的后缘襟翼增升。

为了达到这些技战术指标要求，到目前为止，舰载无人机主要使用了3类布局形式。竞标MQ-25无人加油机的3个方案就比较有代表性。

其中第一个方案是通用原子能公司基于“捕食者C”（复仇者）研制的，是3个方案中成熟度较高的，或者说最为传统的。它采用常规布局方式，使用了大展弦比、带有翼梢小翼的平直机翼，升阻比高，巡航阻力低。这是传统长航时飞机的典型布局方式，但是其设计未对隐身进行优化，隐身性能欠佳。

洛克希德·马丁公司的MQ-25方案使用了飞翼布局

美国洛·马公司提出的方案是一种飞翼布局飞机，类似该公司的RQ-170无人机。通常而言，飞翼布局具有升阻比高、隐身性能好、载重系数高的特点，在相同展弦比的情况下，通常航程最高，所以是对地攻击型隐身无人机采用最多的布局形式之一。隐身轰炸机也非常青睐这种布局形式，比如美国的B-2、B-21都使用了这种布局形式。除了类似RQ-170的这种风格的飞翼以外，还有X-47B这种双后掠角型、X-47A的风筝型，这都属于飞翼的不同形式。不过，洛克希德·马丁公司提供的方案有些粗糙，似乎并未进行专门优化。

第三种形式实际上也是常规布局方式，严格意义上讲不能算独立的布局方式，只不过在机身设计上比较用心，机身本身也能产生较大的升力。波音公司提供的方案就属于这种类型，其布局与通用原子能公司的方案有些类似，采用较大的展弦比的矩形平直机翼提高升阻比，该机的机身扁平，升力特征要比通用原子能公司的方案更优，有些升力体的设计特色，另外隐身性能更好。最后的结果也是波音公司的方案赢得了MQ-25的项目竞标。

飞翼布局无人机是否适合上舰？

中航工业宣传片中一闪而过的飞翼型无人机，外形类似X-47B。与去年珠海航展上航天科技展出的“彩虹”飞翼型型无人机也比较相似，是一种双后掠角的飞翼布局方案。对此人们或许会问，未来飞翼型无人机是否是舰载无人机的最佳选择呢？

飞翼布局的最大优势之一是隐身性能好，由于飞翼布局翼面与机身融合度高，表面由光滑连续曲面构成，几乎不存在空腔、锐角、凸起等强烈的雷达反射源。特别是取消了垂直尾翼，减少了飞机一大雷达反射源。另一个优势是亚声速巡航效率高。亚声速飞行时的阻力主要来自于摩擦阻力，摩擦阻力主要取决于飞机的浸润面积（又叫“湿面积”），这个可以简单地视为暴露在空气中的表面积。相同展弦比的情况下，飞翼的湿面积比较小。而且飞翼几乎没有机翼和机身的明显区分，都可以用来产生升力。一般来说，展弦比越大，升阻比越高。所以，衡量一架飞机的亚声速巡航效率的参数是“浸润展弦比”。相同展弦比下，浸润面积小的飞机，巡航升阻比就高，这就是飞翼的优势。此外，飞翼较大的机翼面积使得单位面积翼载荷大大降低，同时整个飞机的重量分配更加合理。

但是飞翼布局的主要问题在于控制比较难。因为飞翼取消了垂直尾翼，这会导致航向稳定性存在问题。这就会导致飞机“忽左忽”右。早期的飞翼通常在后缘使用一些小的垂直安定面，但这会降低飞翼的隐身优势，也未能根本上解决航向稳定性问题。飞翼不得不利用新的控制面来代替垂尾的功能，例如开裂式阻力方向舵。它通过增大一侧机翼阻力的方式，来控制和保持飞机的航向稳定性。

由于纵向和横航向配平都依靠机翼后缘装置进行，这很容易导致多个方向发生耦合。因为这些舵面都布置在飞翼后缘，它们往往并不是单独工作，单独发挥作用的。有时候一个舵面要同时担负多个舵面的作用，比如，它可能既是升降舵又是副翼，既是方向舵，也要当减速板。有的舵面的一个动作，可能都会带来纵向、航向和横向三个方向的耦合。这就需要在控制系统中“解耦”，这就涉及到复杂的控制问题了。因此说，飞翼最关键的是解决控制问题，这既有硬件上的创新，更多的是要解决软件和控制理论上的难题。

对于舰载机来说，由于对起降性能要求更高，这时候需要机翼后缘的控制偏频繁调整，并保持一定的迎角，这对飞翼的控制系统要求更高。

有意思的是，最初研制被外界认为“将改变航母作战方式”的X-47B舰载机的诺斯罗普·格鲁门公司放弃了利用X-47B的研制成果竞争MQ-25项目的努力，而洛克希德·马丁公司的飞翼方案中也在竞标中失利，加之美国空军论证的未来隐身加油机方案中，也没有纯飞翼出现，这也确实让外界对飞翼布局是否适合舰载，特别是是否适合担负舰载加油机（燃油的密度相对较小，对体积要求大）任务产生了怀疑。这究竟是飞行控制上的原因，还是容积率的原因，或者是一种巧合，恐怕仍然需要时间来验证。