近期,土耳其自行研制的飞翼无人机安卡-3首飞成功,成为土耳其航空发展的最新成果。印度的自主飞翼技术演示机完成了全状态飞行试验,标志着印度在国产隐形无人机研制方面迈出重要一步。伊朗伊斯兰革命卫队也在德黑兰大学展示了最新研发的“见证者-191”等多款飞翼无人机。大名鼎鼎的俄罗斯“猎人-B”飞翼无人机更是多次执行军事任务,实战表现良好。事实证明,凭借高气动效率、高隐身性能等突出优势,飞翼无人机正在成为越来越多国家无人机研发的重点,具有广阔的发展前景。那么,飞翼布局的优势和短板有哪些?飞翼无人机当下现状怎样?未来趋势如何?请看解读。
优势突出,劣势明显,飞翼布局成为难以割舍的执念
提起飞翼无人机,很多人立刻会想到略显古怪的“另类”外形。事实上,随着时代的发展和科技的进步,飞行器的结构早就摆脱了千篇一律,各种布局形式的飞行器承载着人类的“飞天梦”不断推陈出新。在各式各样的飞行器中,飞翼布局飞行器优势凸显,已成为航空大国逐鹿空天的重要方向。
常规布局飞行器主要由机身、机翼、尾翼和发动机四部分组成。机身用于容纳乘员及货物,是整个飞行器的基础部件。机翼和尾翼是主要的气动部件,机翼在空气中产生升力,尾翼用于维持整机平衡及姿态控制。发动机是动力部件,为飞行器提供动力。机翼和尾翼上还有大量舵面用于姿态操控。这样飞行器就具备了较好的可控性,能完成各种空中机动动作,这是飞行器诞生以来的主流设计。
飞翼布局飞行器与常规布局外形迥异。机身与机翼融为一体,最纯粹的无尾飞翼布局更是将发动机藏入机身机翼融合体内,取消尾翼,使机翼与机身功能融合、界限模糊,整个飞行器外形极大简化,就像一个巨大的翼面,飞翼由此得名。
飞翼布局设计的优点较多。首先,机翼与机身形成融合体并将发动机包含其中,尾翼部分甚至完全取消,飞机主要部件之间过渡平滑,降低了部件间的干扰阻力。同时,因浸润面积的减小而削减了摩擦阻力。基于翼型设计的翼身融合体产生的升力较大,气动效率较高。
其次,飞翼布局通过翼身融合或取消部件使整机结构重量大幅减小,且机身承重基本沿机翼的伸展方向分布,与所受气动载荷基本一致,获得刚度设计上的先天优势,具备优秀的载重比。
另外,由于飞翼布局没有明显的垂直尾翼,机身又与机翼高度融合,使其外形的正向及侧向投影面积小,全向雷达散射截面积(Radar Cross Section,RCS)大大降低,雷达隐身效果出色。
优势如此抢眼,为何飞翼布局的飞行器至今未能在世界航空史上占据主流呢?这是因为飞翼布局的机体几乎省略了一切能省的部分,所有的控制舵面基本上只能基于翼身统合体后缘,使得整个飞行器的横侧向稳定性问题突出,操纵耦合问题更是难以克服,仅靠常规布局飞行器积累的经验和传统的人工操纵很难解决。
再者,飞翼布局机体极简,很难获得常规布局兼顾亚音速、超音速、巡航及高机动飞行的能力。因而飞翼布局飞行器不得不进一步分化,往往通过后掠角大小的不同来强化不同的能力。“术业有专攻”当然利于“扬长”,但势必难以同时满足多样性的任务需求。
飞翼布局的另一个隐患是容易引发气动弹性问题。飞行器飞行过程中,受气流作用力影响,翼面、舵面等会产生一定的弹性形变,形变后的结构又进一步改变原来的气动外形,如此循环往复,不断积累,就可能出现气动弹性问题。展弦比较大的飞翼,由于机翼尺寸大,更容易被气动弹性问题诱发翼面震颤,威胁飞行安全,因而对材料、工艺及设计要求更高。
由于以上主要原因,美国、德国等著名航空设计团队的很多大咖,虽然从上世纪二、三十年代起就对飞翼布局寄予厚望,但很长时间内都未突破核心技术。
初审:孙世奇
复审:成自来
终审:陈光中