花開並蒂 - 國產高空長航時無人機_風聞

這兩天有一位初中生給我留言，問了幾個問題，其中一個是珠海航展的亮點是什麼，我就回答了三個字：無人機。

雖然沒有身臨現場，感觸最大的仍然是無人機已經撐起了航展的半邊天。各大集團、各廠商院所都在成系列地研發無人機，從微型機、巡飛彈到中高空長航時大型機，琳琅滿目。

無人機應用已經來到了一個從量變到質變的臨界點，例如陸軍列裝“羣蜂1號”這樣的巡飛彈蜂羣，讓基層部隊擁有了自己掌握的大規模空中偵察、干擾、打擊兵力，全時覆蓋戰場，無需傳統的跨兵種/軍種地空協同，可以更快捷地應對戰場變化，指揮控制流程更順暢，陸軍將跳出二維的地面具備可靠的立體作戰能力。雖然和坦克、自行火炮等傳統陸軍重裝備相比，裝在猛士3代底盤上的48聯裝巡飛彈發射系統顯得相當不起眼，它卻可能改變未來陸軍的作戰模式，意義非凡。

從更高的層面看，未來海、陸、空、天戰場上火力投射已經不再是主要問題，只要目標被發現將立即遭到來自不同平台、不同射程、不同種類彈藥的聯合打擊。交戰雙方首先需要比拼的是信息戰能力，依靠分佈式傳感器全面實時掌握戰場態勢，破壞對方的信息流，才能奪取戰場主動權做到發現既摧毀。

要實現這樣的目標，沒有駕駛艙、不受飛行員生理限制的無人機具備天生的優勢，尤其是位於無人機金字塔頂端的高空長航時無人機，航程遠、滯空時間長、運行成本低，機體小不能攜帶大型設備的問題可以依靠模塊化結構通過多機分工協作完成。憑藉高速數據鏈、高精度傳感器和人工智能等先進技術，大型無人機可以極大地拓展傳統上由昂貴而稀少的U-2、RC-135等有人駕駛偵察機提供的戰略級航空偵察、監控、通信中繼甚至電子戰能力。

對於時間敏感目標、防空保護嚴密的高價值目標則有無偵-8這類高空高速隱形無人偵察機，速度、飛行高度、隱身性能均遠超SR-71。這樣的裝備一旦白菜化，戰區級地幅上空能夠隨時維持大型無人機的全天候存在，全軍的戰場信息獲取與分發能力將實現質的飛躍。

在目前已正式公開的機型中，首次在珠海航展展出的無偵-7和彩虹-6實機代表了我國高空長航時無人機的最高水平，下面我們就來品鑑一番。

無偵-7

無偵-7由中航成都所設計，貴飛生產。它的前身就是成飛的“翔龍”，早在2006年的珠海航展上就展出過縮比模型，以無人機中首見的菱形聯翼氣動佈局引起轟動，2013年實體樣機被爬牆黨拍到。

其實聯翼佈局在航空器中並不算罕見，以GBU-39為代表的“鑽石背”套件就是成功的應用範例，洛馬的KC-X選型方案、法國的FLY-R系列無人機都採用這樣的設計。

聯翼可以看作是雙翼機的一種變形，前翼後掠、後翼下反前掠和前翼搭接在一起，兩者可以翼展相同，也可以後翼較短。這樣的構型對無人機來説最大的好處就是可以在維持翼面積和展弦比大體不變的同時縮短翼展，形如把細長的機翼向後翻折。小翼展機翼結構簡單、製造難度低；地面適應性更強，小機場就可以運作；機體緊湊、雷達反射面積小。據央視在珠海航展上的報道，無偵-7機長14米，翼展22.8米，長度和“全球鷹”接近，翼展僅為後者的57%。

在霍爾木茲上空的鷹一文中提到過“全球鷹”39.9米翼展的超長機翼重量僅有1814公斤，沒有任何支撐加強結構，完全依靠先進的複合材料和製造工藝解決翼尖氣動彈性發散問題，技術水平極高，造價也非常高昂。

採用聯翼後前後翼相互支撐，融合了前掠翼和後掠翼的優點，避免了各自的缺點，可以獲得諸多益處：

兼顧大航程和高速度

 “全球鷹”和U-2都採用傳統的大展弦比平直機翼以獲得高升阻比和大航程，但是這樣的翼型高速飛行時阻力急劇增大，無法進一步提高航速，“全球鷹”最高速度只有629公里/時，巡航速度570公里/時。

“翔龍”的菱形聯翼前翼後掠角和後翼前掠角相同，超過35度，可以有效減小高亞音速時的波阻，最高速度據説達到750公里/時，巡航速度超過700公里/時。更高的航速可以更快地到達任務區，及時發現時間敏感目標，或者可以在相同時間內掃描探測更大的區域。

優化機體結構

菱形聯翼構成兩個堅固的三角型，超長翼展和前掠翼固有的翼尖氣動彈性發散問題不復存在，機翼受力情況大為改善，可以提高結構效益、減輕結構重量、降低翼載荷。

機翼強度和剛度問題解決後，前後翼的展弦比可以設計得非常大，也就是翼展一定的條件下弦長縮短，機翼顯得很窄，降低誘導阻力，提高全機升阻比，巡航高度達到2萬米，超過“全球鷹”的1.8萬米。全機縱向橫截面分佈更均勻，進一步降低高亞音速飛行時的空氣阻力。

穩定性高、可控性強

“全球鷹”常規佈局的配平升阻特性決定了它的操縱效率不高，機動性相當差。而“翔龍”的前掠後翼在亞音速範圍內天然具備的優秀氣動性能，帶來更好的機動性。後翼還可以看作是一副超大號的水平尾翼，氣動靜安定性高，姿態恢復能力強，可以在不改變姿態的情況下對飛行軌跡進行控制，有利於高空偵察作業。前掠翼的失速性能好，翼尖在整個機翼失速後才會進入失速狀態，大仰角飛行時後掠的前翼失速後後翼仍然能維持正常升力，產生一個自然的低頭力矩，可控性強。

菱形聯翼有這麼多好處主流的飛機設計為什麼都不採用呢，一來它只適用於載重量低、機動性要求不高的長航時飛行器，應用範圍很窄；二來多翼面相互之間、和機體之間的氣動干涉複雜，對氣動、飛控的設計要求很高，商業運作的飛機設計製造企業不願意離開舒適區去探索這種全新的構型。因此無偵-7成為了世界上第一種實用化的菱形聯翼飛機，它也是我國第一種現役大規模裝備的噴氣式無人偵察機。

早期的“翔龍”和現在的無偵-7還是有相當大區別的，2017年前後黃皮實機曝光時已經修改為今天的樣子，從外觀上看主要有5大改進：

高大的單垂尾改為較小的V字型垂尾，機高從5.4米降低到3.9米，而且消除了一大直角強反射源，增強了隱身性能；大仰角飛行時垂尾不會被機身遮擋，垂直穩定性更好。相應的後翼翼根從原來單垂尾的後端前移到V尾前端，起到渦流發生器的作用，垂尾頂端和根部都安裝了天線和電子設備艙。

翼展從原先的24.86米縮小到22.8米，前後翼連接處由原來的單片結構改為整流罩式，內部可能容納了襟、副翼的驅動系統，擴大的容積也可以作為設備艙搭載電子或者偵察設備。後翼的下反角度增加，機翼厚度似乎也有所增加，靠近機身的後緣有兩片顏色不同的蒙皮，可能是保型電子天線。

後機身下方增設了2片腹鰭，同樣也是增加穩定性的措施，暗示着該機的機動性和高速性相當好。

發動機噴口形狀從配合機體橫截面的三角型改為圓形，顯示發動機進行了升級，排氣量增大。

機體厚度增大了很多，容積增加，導致後機身底部折線由近乎直線變成大麴度的弧線。

除了氣動佈局上的創新，“翔龍”對隱身能力也下了一番大功夫。機頭比 “全球鷹”更尖鋭，側面的稜線一直延伸到前翼，上下表面內傾收窄，具備良好的隱身外形。發動機進氣口位於機背上，正面被隆起的機頭設備艙遮擋，雷達波從前方或者地面無法照射到進氣口。進氣道呈現明顯的S型，發動機深埋在機體內部（“全球鷹”是一個直筒型的發動機短艙不帶彎曲，從進氣口可直視風扇葉片）。

在沒有噴塗表面漆的黃皮機上可以看到幾乎所有傳感器都採用了內置式，無需吊艙或者突兀的天線。機頭頂部安裝有衞通天線罩，可以將偵察數據實時傳輸回地面站；機頭前端的電子設備艙可更換功能模塊，安裝合成孔徑/逆合成孔徑雷達或者通信中繼設備；底部獨木舟狀的儀器艙前端開有3個光學窗口，配備了可見光和紅外探測設備；機腹兩側各有多塊透波蒙皮，可以內置側掃雷達或者電子戰設備。主起落架之間有一個紡錘體整流罩，可能是向地面傳輸的數據鏈天線。

“翔龍”唯一明顯的弱點是發動機，早期報道安裝了一台不帶加力的渦噴-7發動機，也就是殲-7早期型的動力，自重1噸，推力4.2噸。“翔龍”最大起飛重量約為7.5噸，和殲-7的正常起飛重量相當，推重比達到0.56，這個動力顯然過剩了。“全球鷹”的正常起飛重量為14.6噸，安裝的羅羅AE3007H渦扇發動機推力只有3.45噸，自重750公斤，耗油量約是渦噴-7的一半。

發動機的不匹配顯示出我國航發工業的尷尬之處：嚴重缺乏實用化的小推力高性能渦扇發動機。國字號動力系統中2噸級以下只有K-8教練機的渦扇-11（1.7噸）或者用於巡航導彈的渦扇-500（500公斤），往上就是渦扇-9/渦扇-13了（9噸），在2噸到9噸之間幾乎是一片空白。因此“翔龍”只能降級採用老舊但成熟的渦噴-7，這也造成“翔龍”自重增大，油耗很高，最大續航時間只有10小時，最大飛行距離7千公里（作戰半徑2500公里），和全球鷹的32小時/2.2萬公里差距很大，不具備洲際飛行能力。

> “全球鷹”的內部結構

不過相對大推力的渦噴發動機也帶來一個好處。“全球鷹”的推重比只有0.24，導致它的爬升和加速性能很差，起飛爬升到1.8萬米的巡航高度耗時80分鐘以上，如果任務途中下降到9千米進行高精度目標識別，想要重新回到1.8萬米高度又要花費60分鐘，這樣的爬升率讓它幾乎只能在單一高度作業。

“翔龍”飛行速度比“全球鷹”高出15%，推重比大一倍，下降再恢復到同樣的高度耗時只有“全球鷹”的1/4，因而可以在廣域掃描監控和中空近距離跟蹤識別模式之間靈活轉換，兼備戰略偵察和戰術偵察能力，任務彈性很強。也有消息説現役的無偵-7使用的是渦噴-13發動機，雖然性能有所提升，實質上並沒能改變推力過剩和油耗高的問題。今後無偵-7如果換裝新一代小推力發動機，它的作戰性能還將上一個大台階。

從“翔龍”變為無偵-7，意味着它順利進入無人機的國家隊，印上了低可視度的八一軍徽，目前已經批量投產。在近幾年的新聞報道中，無偵-7的身影出現在西藏、東北、東海、南海等熱點地區，進行了廣泛的實戰化部署，在全疆域使用中顯示出良好的環境適應性。

實際上在我軍的無人機序列中無偵-7並不是完全對標“全球鷹”的裝備，而是介於美軍“全球鷹”和“捕食者”之間的角色，這也和我軍國土防衞為主、實行積極防禦的戰略方針相適應，戰略級無人偵察機還有更加神秘、翼展超越“全球鷹”的“神鵰”雙機身無人機，它也已經拿到了無偵的“户口”。

彩虹-6

彩虹系列是中國航天科技集團公司第11研究院（航天空氣動力技術研究院）研發的無人機，主推國際市場，在中東、中亞、北非、東歐十分暢銷。彩虹-6是剛剛發佈的最新產品，它的獨特造型在這次珠海航展上十分惹眼。

第一眼看到這張呆萌的“米老鼠”照片，很多人説想到了SR-71或者A-10，我首先想到的卻是圖-22“眼罩”轟炸機。不過除了發動機佈局外，彩虹-6的整體結構還是中規中矩的，細長的機身，小後掠角大展弦比機翼，高置T型尾，和伊爾-62有些神似。

彩虹-6的機體進行了翼身融合設計，比無偵-7要扁平很多，隱身性能更好，機體容積也大，還能產生相當大的升力。機翼翼展20.5米，比無偵-7短2.3米，採用了無人機中僅見的雙叉翼梢小翼，帶來更好的減阻效果；機長15.8米，比無偵-7長1.8米；最大起飛重量7.8噸，多出300公斤。因為翼型和翼展的限制，彩虹-6的升限為1.5萬米，作業巡航高度1萬米，比菱形聯翼佈局的無偵-7低很多。

彩虹-6安裝了兩台小推力渦扇發動機，最大速度800公里/時，比無偵-7還高50公里/時；渦扇動力油耗很低，配合大機體令彩虹-6的最大航程達到1.2萬公里，續航時間20小時，無偵-7的渦噴動力只能達到7千公里和10小時，差距很大。

但是，這兩台渦扇也給彩虹-6帶來了一定的侷限性。從彩虹-6的噸位和飛行性能看，它的動力系統至少需要提供3噸以上的推力，採用兩台推力1.5噸左右的渦扇仍然是因為國內市場上沒有3-4噸級的成熟渦扇可用，即使有性能和可靠性也遠遠達不到“全球鷹”AE3007H的水準（我專門詢問過業內專家）。

這兩台小推力渦扇應該是由民營發動機公司研製的，能裝到彩虹-6上至少達到實用狀態了，但是尚未取得國軍標，在可靠性、維護性、產能等方面還有待實踐檢驗（也有説法用的是渦扇11）。

彩虹-6追求高速和大航程，因而機體相當細長，無法在機身內部容納2台發動機，只好採用A-10的方式成對佈置在機背上方兩側，相應的為了避開發動機噴流，必須採用高置T尾。

雙發固然提高了系統冗餘度和抗毀傷能力，但也增加了機械複雜性和結構重量。彩虹-6沒有采用中小型客機常見的尾吊佈局就是因為雙發相對重量過大，不得不前移以平衡重量分佈。更重要的是突出的發動機短艙嚴重破壞了隱身能力，兩台發動機的風扇直接暴露在雷達波的照射範圍內，呈直角的T型尾也是兩個巨大的角反射器，機身採用的種種隱身措施都會被抵消。

這是一種氣動佈局創新，也仍然透出一絲動力系統的無奈。如果有成熟的3噸級渦扇發動機可用，完全可以把單台發動機內置，改用V型尾，隱身性能將提升一個量級。

彩虹-6既可以攜帶合成孔徑雷達和高精度光電傳感器全天候完成偵察任務，也可以掛載空地導彈、制導炸彈、巡飛彈和反輻射導彈進行遠程對地打擊和防空壓制，最大載彈量達到2噸，還可以通過更換任務模塊擁有海上反潛、遠程預警、有人/無人協同作戰等擴展功能，航展中在就機身下就擺放了一具自主水下潛航器。

彩虹-6也是一款外貿產品，從上面的分析可以看出它強調的優勢（或者説潛在客户看重的性能）是大航程、高航速、大載荷和多功能性，飛行高度、隱身能力放在次要地位。它面對的作戰環境遠沒有無偵-7惡劣，對手的防空能力也相對較弱，因而不用全面追求過高的性能指標。據説彩虹-6的價格只有“全球鷹”的1/10，費效比很高，這對過去採購裝備彩虹-4/彩虹-5的客户來説將是相當有吸引力的。

不等不靠，以技術創新彌補現有設備的不足是我們航空航天工業的優良傳統，這點在無偵-7和彩虹-6的身上體現得非常鮮明，有突破也有取捨，為用户提供高性價比、最適合作戰體系的裝備，當發動機等技術瓶頸得到突破時性能將實現再次飛躍，一如殲-20。

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