晨楓：彩虹-7號的意義何在？
【文/觀察者網專欄作者 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。
嚴格來説，這是翼身融合體（簡稱BWB），而不是飛翼。兩者的差異主要在結構，而不是外觀。翼身融合體還是有中央筒形機體結構的，由傳統框架作為主要承力結構，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，整個結構就是完整的機翼。但在外觀上兩者實際上很難區別，在氣動和飛控上兩者也沒有多少差別，因此通常混為一談。
彩虹-7實際上應該是高度翼身融合的構型
航天科工海鷹集團的“天鷹”無人機相比之下屬於比較傳統的“飛翼”構型
B-2作為第一種實用的飛翼，其設計對於後來者來説有很大借鑑意義
飛翼把整個結構都用於產生升力，因此升阻比達到最大。換句話説，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，也降低雷達反射特徵。典型飛翼的下表面是完全平坦的，在高空飛行時，把地面或者低空戰鬥機雷達的反射削弱到最低，進一步強化隱身。由於整個結構都相當於機翼，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，都大大高於B-2。距離是隱身最大的戰友，高空巡航天然增加了距離，所以B-2的初始設計是為高空優化的，低空突防要求是後來增加的。
根據在航展上公佈的數據，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。採用兩台50kN級渦扇發動機。設計留空時間15小時，按M0.5計算，約9200公里。機腹的兩個大型彈艙內可攜帶2噸彈藥，包括反輻射導彈和空艦導彈。
傳聞中的RQ-180無人機為了提高航程性能，也是採用了大展弦比設計，不過它比兼顧攻擊任務的彩虹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，採用單台普拉特-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。這説明彩虹-7的氣動設計以長航時為重點，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-監視-偵察（簡稱ISR）為重點。也就是説，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，很少有公開的數據。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，定位也相似，屬於ISR平台，察打一體並不是重點。
彩虹-7與X-47B相比，長度更短，翼展更大，發動機推力更大，但最大起飛重量反而更小，速度也更低，這很奇怪。100kN級的推力對於彩虹-7來説似無必要。翼展增加接近一倍、留空時間和航程大大增加的RQ-180採用一台羅爾斯-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實際上只有一台50kN級渦扇，而不是兩台，那就比較合理了。從現有的圖片上看，彩虹-7的進氣口和尾噴口也不像雙發的樣子。中國也沒有已知的單台非加力推力達到100kN級的軍用渦扇發動機，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，據説有意安裝機翼前緣雷達和機腹光電系統，加上自帶的武器，這就可以構成一個完整的察打一體系統了。但彩虹-7的速度太低，除了適合在目標區徘徊待機，作為遠程攻擊平台並不優秀。空中打擊還是有時效要求的，M0.9+的高亞音速是必須的，再低速度的話，遠程趕赴戰場的時間太長，有可能失去戰機。超音速當然更快，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鍵，但中國航母離配備齊全的預警機、反潛機和加油機還有距離。預警機對航母艦隊的作用不言而喻，現在用直-18預警機是不得已的，在離艦距離、轉移速度、工作高度、留空時間等關鍵方面都不理想，即使搭載最先進雷達，也因為平台的天然侷限而難以發揮最大功效。由於中國航母（至少是第一、二艘）採用滑躍起飛，殲-15難以在滿油、滿載情況下安全起飛，應該滿載減油起飛，以保存最大的戰鬥力，但一升空就空中加油，延長航程和留空時間。即使以後採用彈射起飛，只要彈藥足夠，在目標區加倍留空時間可以等效於有雙倍的艦載戰鬥機可用，戰術價值不言而喻。反潛機是中國航母的另一個短板，現有直-18也只能説是過渡。
研發專用的艦載預警機、加油機、反潛機是長遠之計，在近期用岸基長航時平台補充未必不是行之有效的辦法，彩虹-7這樣的平台就有用武之地了。當然，現有的彩虹-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台的生存力關鍵，常規的由民航客機改裝而來的預警機、加油機、反潛機在遠洋、高對抗、無護航環境裏很難保證生存力。
彩虹-7據説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，也可能是外銷的“光版”的隱身水平。在“天資優秀”的無尾飛翼基礎上，加上適當的隱身塗層和進氣口、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、更大的無尾飛翼平台開路的作用。無尾飛翼在很多方面與傳統飛機有顯著不同。除了前述升阻比、翼載、機體結構等，無尾飛翼的飛控是很大的挑戰。相對於翼展而言，無尾飛翼的長度很短，使得尾翼（或者後緣控制面）的控制力矩很短，只能增加後緣控制面面積來補償。B-2的後緣設計本來像彩虹-7一樣簡潔，但為了增加儘量靠後的控制面，而把機體中線的V形尾端改成W形。由於沒有垂尾，也必須用兩側擾流片不同開度造成的不對稱阻力來控制偏航。這不僅導致不必要的阻力，而且影響隱身，在長遠應該用矢推解決。
飛控挑戰反過來影響氣動設計。傳統飛機的機翼後掠角由速度決定，低速可用平直翼，高亞音速只需要中等後掠角，超音速可能以大後掠角為好。但後掠角導致升力中心隨速度上升而後移，無尾飛翼的氣動控制力矩短的缺點使得有效配平和陣風補償不容易保證。翼展很大時，後掠角可能導致翼尖後緣大大超過機體中線尾端，造成飛控問題。這可能反過來限制後掠角，進而影響飛行速度。彩虹-7的巡航速度較低，可能與較淺的後掠角不無關係。X-47B機翼內段後掠角較大，外段較小，在速度和配平之間折中，迴避了這個問題。RQ-180則類似彩虹-7，採用大翼展、小後掠的機翼平面形狀。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“折線風箏”構型
翼展、後掠角、飛控的互動是有尾飛機設計中不需要太多顧慮的挑戰。由於翼身一體，展弦比、根梢比等也不僅是機翼的氣動問題，更是機體的結構問題。翼身融合體在結構上便於設計和製造，尺度越大，優點越明顯；但純飛翼在結構上更加緊湊、輕巧。這些有別於常規飛機設計的挑戰都需要在實踐中理清。
中國已經研發了一些小型的無尾飛翼無人機，這些都是寶貴的經驗。但工程研發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常假定均勻性質，但大尺度的實際問題必須考慮各種分佈。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問，升温速度也可能比火候的挑戰更大，局部熱點、冷點不僅影響味道，嚴重的話可以徹底毀了一鍋湯。道理是一樣的。
彩虹公司屬於航天科技集團11院，氣動是他們的本行。但工程實踐是幹出來的，不必通過中航系統就有實踐的機會，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有意涉足艦載應用。無尾飛翼上艦既有優勢，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。低翼載也對陣風很敏感，B-2在着陸的時候，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，就是在對並不算大的地面風不斷補償。
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摺疊起來，減少佔地，但起飛、着陸的時候就特別佔地方了。艦載機的翼展一般較小，F-18E只有13.6米，F-14在最小後掠的時候為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裏面“最輕巧”的E-2的一半。換句話説，功能更加強大的重型無尾飛翼（比如説最大起飛重量超過30噸）的翼展可能大而無當，造成航母上的運作不便，甚至無法起飛、着陸。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。
對於彩虹乃至中國航空業界來説，各種無尾飛翼不是重複建設，而是在不同角度、不同層次的實幹中摸索經驗，為更多的成功應用鋪路，比如隱轟、大型無人機甚至隱身加油機、預警機、戰略偵察機等。
陸基大型特種平台的隱身化目前已經引起了很大的關注，未來戰場上，不隱身的飛機將越來越難生存
波音MQ-25是在特種平台隱身化方面的第一個嘗試
另一方面，彩虹-7不僅需要外慧，更需要內秀。對於中國來説，大型無尾飛翼的氣動和一般飛控已經沒有解決不了的問題了，但高度自主的任務決策系統還是挑戰。這對全世界都是挑戰。
美國在反恐戰爭中大量使用“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層面都是遙控的，在涉及確認目標和發射武器時，還是“人在迴路中”而不是自主的，儘管一般的起飛、着陸、編隊、按預定航線巡航這些任務要高度自動化已經不難做到了。
但反恐戰爭的經驗在高烈度戰爭中不大管用。有可能被打下來只是威脅的一部分，更要命的是電磁環境，不僅有帶寬不夠用和遙控滯後誤事的問題，在強烈的電磁對抗環境下，可能根本無法執行任務。另外，有人-無人空中組隊作戰是很吸引人的思路，但即使有雙座戰鬥機的後座指揮無人僚機，依然只能下達指揮意圖，而不是事無鉅細的手把手控制。所以無人作戰飛機的技術關鍵已經從基本的氣動和飛控轉移到任務控制。
彩虹系列在中東市場取得很大的成功，但這與反恐的設定相似，基本上是單向對抗。彩虹-7是更高層次的作戰平台，要面向高烈度環境，不能套用老經驗，不能滿足於放大和無尾飛翼化的彩虹-5，也不能坐等“有關方面”的自主任務控制技術完善起來後採納。作為業界先驅，彩虹公司有必要擴大根據地，不光要吃螃蟹，要自創菜系，彩虹-7是理想的契機。
航天科技11院在空氣動力學方面有着深厚的基礎，今年引起很大關注度“星空2號”高超音速飛行器也是該院的產品
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