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【原创】斩死神,利剑出鞘!从利剑看中国无人机的发展

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发表于 2013-8-4 15:49 | 显示全部楼层 |阅读模式


       作 者: 灵云ら苍月 原创作品,未经许可不得转载,否则后果自负。






       现代战争中,无人机发挥着举足轻重的作用。近年的历次实战证明,无人机已经覆盖了战略、战术侦查到火力打击的几乎各方面。技术的进步和作战思想的发展下,今后的现代化战争中,没有无人机参与是不可想象的。目前,无人机已经成为各国竞相发展的新锐武器。以新近露面的国产最新型“利剑”隐身无人攻击机为代表,中国无人机进入井喷式大发展时期。可以说,“利剑”是非常好的典型。他已经代表了现阶段和今后一段时期内,中国在无人机领域最高技术成就。灵云认为。从“利剑”身上,我们可以看出中国无人机的发展和缺陷。在此,灵云欲以自己所知和网友们就此进行一下分析。因为灵云能力有限,所写的肯定有不足之处。还请网友们多多指教。



      “无人机”是“无人驾驶飞机”的简称。通俗讲,就是指安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。利用无线电遥控或自身程序等自控装置操纵飞行的的无人驾驶飞机。广义讲,只要是无人驾驶而又可操控的飞机如航模,都可以叫做“无人机”。最早的无人机诞生于一战期间。在二战起开始大规模量产并使用。


       无人机最初是作为防空火炮的靶机来使用。二战时期,英、美等发达国家曾经试验过用无线电遥控的无人机携带炸药去攻击目标,结果受技术制约没能实现。战后随着技术的飞速进步,无机得到极大的发展,广泛用于打靶、空中侦察-监视、核生化检测、通信、反潜、电子干扰、对地/海打击等作战。
         

       美国的无人机技术一度还不如以色列,但经过多年发展后已经成为无人机技术最发达、使用经验最丰富的国家。尤其是攻击型无人机领域,美国拥有绝对优势地位,“捕食者”系列就是最有名的代表。美国也是这方面经验最丰富的国家。已经有大量各种类型、用途的无人机在美军广泛服役。


       美军无人机屡次实战的“活报剧”极大的刺激了其他军事强国竞相发展无人机。加之技术的发展使无人机的研制门槛不断降低,无人机不再是某些国家垄断的“高端货”,目前有能力研制并使用无人机的国家正逐步增加。但是,能完全独立自主研制出技术含量较高、用途广的高端无人机的国家依旧屈指可数,中国便是其中之一。


       中国军用无人机研制起步相当早。较早、较典型的机型,是仿制自缴获的美军BQM-34“火蜂”无人机而来的无侦-5大型无人侦察机。越战期间,美军“火蜂”数度窜犯中国领空进行侦察,被中国空军击落数架,其中某些被相当完好地缴获。北京航空航天大学集中了多架残骸上缴获的完好零件,修复了一架基本完整的“火蜂”并成功地试飞。进而仿制出了无侦-5。


       无侦-5几乎就是“火蜂”的翻版。是中国第一种大型高空长航时战略无人驾驶侦察机。使用一台涡喷发动机。机体依次由雷达舱、照相舱、油箱、发动机短舱、航空电子舱和伞舱组成。机载设备主要包括光学照相机和前视可见光/红外摄像机。理论上可昼夜执行侦察拍照任务。机重1.06吨,最大航程2500公里,续航时间3小时,最大升限17500米。采用母机空投发射、伞降回收的方式。初期由改装的苏制图-4轰炸机,后期改用国产运-8E运输机空中投放,


       无侦-5曾作为中国空军极少数几种参战的机种,在中越自卫反击战中使用过,发挥了相当的作用。很长时期内,无侦-5构成了中国空军无人侦察机的中坚。而且尽管已经相当老旧。但根据权威报道,一种安装了GPS/“北斗”卫星定位系统和惯性导航系统、新一代光电红外探头、激光测距-指示装置等装备,并换装一台改进型涡喷-11型涡轮喷气发动机的无侦-5升级版依旧在中国军队中大量服役。直到现在,在新型机型如“翔龙”完善前,无侦-5这种美军上世纪60年代产物的翻版,依旧是中国人民解放军空军重要的一种远程战略无人侦察机。在无侦-5服役后不久,中国北京航空航天大学还曾应对越自卫反击战前方部队需求,在两年内研制出“小鹰”-5轻型近程战术无人侦察机。“小鹰”-5是一种成功的机种,其战术性能圆满的满足了前线部队的技术需求。只是后来由于多种原因没有批量服役。


       随着国内相关技术的极速发展,近几年中国无人机领域一概以往的沉寂。极短时间内,中国无人机在技术上突飞猛进,尤其是覆盖各领域、各种大小、用途的新机型如井喷般爆发。这其中,目前最引人关注的当属国产最新型“利剑”隐身无人攻击机。


       “利剑”隐身无人攻击机由中国航空工业集团公司负责研制。2013年5月进入地面滑行测试,近期将进行首飞。“利剑”是目前已知的中国国产最先进的大型隐身无人攻击机,代表了中国在无人机技术上的最高成就。


       “利剑”是一架纯粹的隐身无人机。采用了多种措施增强隐身性。他采用了时下非常流行的翼身融合体无尾纯飞翼布局。实验证明,无尾纯飞翼布局是除碟形外,雷达隐身性能最好的气动外形。美国的X-47B、欧洲的“神经元”、俄国的“电鳐”和英国的“雷神”都采用这一布局。


        “利剑”采用直后掠三角翼型和“W”型尾部。从目前公开图片看,“利剑”的操纵面包括升降副翼和机翼后缘的对开式阻力舵等。升降副翼的作用包括操控飞机的升降和方向滚转。对开式阻力舵关闭时为机翼一部分,即扩大机翼面积增加升力,同时也起到副翼的作用。如果只打开某一侧的,飞机则会转向另一侧,此时起到方向舵的作用,可以有效减小转弯半径;如果两侧阻力舵同时张开,则起到减速板的作用。


        此外,没有垂尾的“利剑”在后部有一整块大的可动控制面,用于飞行时抵消因垂直气流引起的颠簸,这就是所谓的“海狸尾”。而且与“神经元”和“雷神”对比,“利剑”的“海狸尾”尺寸明显更大,因此灵云认为其操控能力、飞行稳定性等性能将更强。


        与“神经元”和“雷神”等一样,“利剑”也采用了类似的背进气道。但与其他同类对比,“利剑”的三角形进气口明显更加靠近机头。在他后面的机体形成一个明显高耸、丰满的鼓包。进气道极有可能在此上弯。因此灵云认为有足够的空间采用“S”型进气道。其最大好处是可以有效遮蔽雷达波照射到发动机风扇等部件,将大大提高隐身型。同时,进气道沿鼓包布置在机身上方,可以有效扩大下方宝贵空间,这样可以使内置弹仓获得更充足、更大的空间,对增加载弹量和携带更大型的导弹都有好处。


        中国在一系列军用飞机如歼-11BS等上,已经大量使用了复合材料。从目前公开的资料推测,“利剑”的机体肯定也采用了大量环氧树脂—碳纤维等复合材料。而且其直面雷达波的重灾区机翼前缘,有可能会采用蜂窝状石墨复合吸波材料,机体外部则喷涂有国产雷达吸波图层。从照片看,“利剑”外表光滑平洁。这除了是由于喷涂了大量吸波涂层外,极有可能采用了机体复合材料蒙皮一次性整体成型覆盖技术。


        翼身融合的一大优点,就是机身与机翼结合的、丰满的过度处增加了使用空间。灵云认为“利剑”机内的飞控设备、数据传输和处理装置以及中央任务电脑等就主要布置在进气道鼓包以及两侧机身与机翼结合的翼身融合处。而图片显示,在进气口后机背上有一块占据近1/3面积的白色区域。很明显这是一块透波材料的整流罩,其内部应当就安装有卫星通讯系统的传输天线。这也是国外同类机的惯例。


        飞行器最核心的就是发动机。而军用航空发动机恰恰是中国军工最顽固的“痼疾”!中国众多军用飞机长期饱受“心脏病”的困扰,“利剑”同样未能幸免。从公开的照片上发动机的收敛式尾喷我们基本可以确定,“利剑”使用的是俄制RD-93涡扇发动机。这是俄国米格-29战斗机RD-33发动机的改进版,他也是国产“枭龙”战斗机、以及歼-31“鹘鹰”中型四代机的动力源。


       这一种著名的中等推力小涵道比军用涡扇发动机。长4.25米,直径1.04米,重1.2吨,最大加力推力8.3吨。优点是技术成熟,相对国际同类产品缺点则是寿命短、推力小。但纯飞翼布局最大、最致命的先天缺陷,就是由于气动控制面板少和安定面少可操控性很差,最直接的后果就是导致其机动性远不如常规布局飞机。尤其是其高速特别是超音速飞行条件下难以控制。必须有一套复杂、繁琐的操纵系统才能确保安全有效控制。这一致命缺陷一直没有克服,直接导致早期纯飞翼布局飞机一直无法实用。直到多通道、多余度数字式电传操纵系统成熟后才得到克服。

   
         
     “利剑”属于最典型的无尾纯飞翼布局,其优点是翼身融合良好、机体侵润面积小,因此亚音速飞行阻力小。加之飞翼的天生高速飞行的缺陷,因此灵云认为,“利剑”明显是一种亚音速飞行器。因此理论上说,“利剑”的发动机是不需要加力燃烧室的。美国的X-47B和欧洲的“神经元”,使用的就都是中等推力的无加力涡扇发动机。



       “利剑”机长约10米,翼展约14米。可加力版RD-93发动机4.25米的长度明显超长。这就导致一个直接恶果——“利剑”发动机粗大的金属尾喷口毫无遮拦的、赤裸裸的直接暴露在机体外。这不仅严重破坏了飞机的红外隐身效果,而且极大地破坏了雷达隐身外形。而发动机过长的长度,直接影响了后期的机体隐身修型和红外抑制。


       冒出的发动机尾喷无疑是目前为止“利剑”最大的缺陷。目前,还没有中国引进俄国RD-93无加力版本RD-500B的权威报道。而RD-93的中国山寨机“天山”暂时也没有无加力版本。因此,“利剑”尾部暂时还无法做隐身修型和红外抑制。如果今后国产“天山”成熟并衍生出无加力版后,该问题或许可以得到解决。


       在目前国产无人机中,“利剑”是唯一一种可以确认的隐身攻击机。其机腹有一个大型内置弹仓,最大载弹量约2吨。其载弹量比目前热销的国产“翼龙”无人机大了一倍!可以携带的多种国产空面打击武器。包括红箭-10空射重型反坦克导弹、雷电-10空射反辐射导弹、“飞腾”和“雷石”两大系列制导炸弹。尤其是近年亮相的“雷石”-6L-500滑翔制导炸弹。他是在原500公斤炸弹上加装一套增程滑翔翼组件,将射程提高到80公里,可以达到防区外攻击。采用GPS/北斗卫星制导和惯性导航复合制导,打击精度达15米。还可以加装半主动激光制导头近一步提高精度。此外,由于内部弹舱空间狭小,为增加携弹量,“利剑”最适合携带小口径弹药。目前国内已经有现成装备,如“飞腾”-5小直径精确制导炸弹。此外,如果弹仓有足够的尺寸,那么至少理论上,“利剑”是具备携带中、近程轻型空舰导弹如C-701能力的。这样将可以攻击对方轻型水面舰艇和高价值地面目标。


       “利剑”的典型作战模式将是“踹门”:利用自身强大的隐身性,在其他兵力如电子战兵力的支援下突入敌方防护严密的大纵深远后方,使用精确制导武器摧毁其高价值目标,如早期预警雷达、远程防空-反舰导弹或对陆攻击导弹阵地、指挥-控制中心或机场的机库-跑道、燃料-弹药仓库等。或者攻击敌方重兵防护的水面舰船。为后续己方大规模攻击铺路。或者对敌重要人员实施“偷袭斩首”。由于目前各国新一代装备都普遍强调模块化和多用途化。因此,“利剑”完全可以携带其他任务载荷,遂行战略战术侦查、电子战压制、指挥通讯中续、为己方远程打击武器如反舰弹道导弹等进行中续或末制导引导等任务。


       “利剑”的问世和即将首飞,标志着中国成为继美、法之后,世界上第三个能独立自主研制现代化大型隐身无人攻击机的国家。在该领域已经领先英国和俄国。以“利剑”为标志,中国无人机近年来异军突起,在技术和品种上急速发展壮大。在重型远程战略无人侦察机领域,中国的“翔龙”可以与美军引以为傲的“全球鹰”比肩。在无人攻击机上,中国目前热卖的“翼龙”可以与美军“捕食者”相比。中国陆军则已经拥有可以装到步兵背包里的袖珍无人机和炮射无人机等。


       目前在在无人机性能、品种和使用经验上,中国在无人机领域已经超过统军事强国俄罗斯和欧洲。这让众多军迷网友无比兴奋,很多人或媒体都认为,中国已经成为继美国和以色列之后的世界第三大无人机大国。灵云认为,如果只从无人机的品种等方面看,这种说法无疑是正确的。但如果我们仔细、冷静分析后就会发现,在这些光鲜成就的背后是中国无人机的众多“硬伤”!


       首先,也是最关键最核心的,就是动力系统技术问题。中国目前在无人机领域最“拉风”的,首推以“翼龙”为代表的所谓“侦—攻一体”无人机。这种机型机即可以进行传统侦查又可以直接发起攻击。“翼龙”在个头和吨位上,足以和美军现役“死神”相提并论。但在武器载荷上却有巨大的差距——“死神”拥有4个挂点,可一次性同时挂载4枚“海尔法”重型反坦克导弹和两枚GBU-12“宝石路”激光制导炸弹。而目前可以得到的资料,“翼龙”只能同时携带两枚“蓝剑”-7重型反坦克导弹。两者载弹量差距极为明显。


       造成这一局面最重要的原因,就是中国在飞行器发动机上的短板。发达国家同类产品如“死神”,使用的都是涡轮螺旋桨发动机,“死神”的发动机功率就达900马力(灵云注:单论功率而言,其已经远远超过59式中型坦克的发动机)。而中国众多螺旋桨动力的无人机如“翼龙”,采用的却依旧是老式的活塞式发动机。


       尽管活塞发动机有油耗小等优点,但其最大缺陷就是功率不足。这直接导致中国机螺旋桨动力的无人机如“翼龙”,在最大载荷、最大飞行速度和升限上,与国外同类产品相比有巨大差距。而这点同样发生在中国喷气动力无人机上——国外同类机已经基本都使用油耗低、推力大的涡扇发动机,而中国众多喷气动力无人机依旧不得不使用油耗大的涡喷发动机。


       发动机一直是整个中国军队的软肋。这点在中国军用航空上尤其突出。根据目前可以得到的公开、权威资料,中国在涡轮螺旋桨发动机技术上依然有很大差距。现有型号中,很多干脆就是山寨国外上世纪的产品。国内依然缺乏自己研制的、性能可靠可以大批量服役的大功率涡桨发动机。

       这不仅影响到无人机,更直接、严重影响了中国直升机的发展——武直—10就是因动力原因迟迟无法定型,最终还要靠减重、削弱某些部位装甲防护能力(灵云认为这几乎是可以确认的)来“凑活”国产发动机。目前,中国的军用航空涡桨发动机技术甚至不如涡扇发动机。

       中国直到现在,在军用涡扇发动机技术上依旧严重不足。大推力军用涡扇发动机上,中国至少还有国产“太行”相当成熟并已经服役。可在无人机急需的中、小推力涡扇发动机上,中国的技术和产品反倒不如大推力涡扇发动机。“猎鹰”高级教练机和“枭龙”战斗机使用的发动机,目前依然依赖进口,国内同类产品“天山”和“岷山”,则始终“只听楼梯响,不见人露脸”。


       美军“全球鹰”使用一台劳斯-来斯AE3007H涡扇发动机。而中国与其同一档次的“翔龙”动力系统如何,目前还是未知数。受技术限制,中国喷气式无人机目前使用最广泛的还是油耗巨大的涡喷发动机。动力系统的缺陷,直接导致在体积和吨位相当的前提下,中国无人机在航程、作战半径和载荷能力上都不如国外同类产品。


       其次是传输和控制系统。中国无人机如“翼龙”、“长虹”等对外推销时,最典型的配置都是:一套无人机加一套地面传输—控制站。控制人员在地面站内,通过数据链或无线电来操纵无人机。这也是无人机最典型、最基本的操控方式。其优点是技术成熟可靠且成本低廉。


       但缺点极为明显——受地球曲率对无线电波传输的影响、发射—接受功率等影响,地面遥控站模式下对无人机的控制半径,以及该控制下的无人机的作战半径不会超过200公里。但中国很多无人机如单论载油量和发动机油耗,其实际作战半径均大幅超过200公里。可受操纵半径影响根本无法充分利用,如此将极大限制无人机战斗力的充分发挥。这对一些重型远程/洲际战略无人机如“翔龙”的航程和作战半径影响巨大。而且200公里,地面站设备和人员完全处于对方火力打击范围内。安全受到很大威胁。

      
       而外军尤其是美军则是另一幅光景。美军无人机的历次作战行动。其无人机都是从海外各基地出击,但无论无人机在世界何处,其控制人员均是像职员上班或打电子游戏一样,在万里之外的美国本土基地内舒适、安全的进行操控。之所以如此,是因为美国无人机都是采用卫星控制。如此根本不会受通讯、控制距离的影响,可以实现跨洲际越洋控制。无人机的航程和作战半径将得到彻底发挥。而且人员不会有安全影响。


       此外,中国在无人机一些关键性设备、技术如航空电子设备、光电探测设备和机载雷达等,与国外同类产品相比还存在很大差距。例如,中国无人机光电探测传感器目前依然处于所谓“四合一”阶段,主打依然是传统摄像头和红外相机。而欧洲产品已经进入下一代多通道、超高分辨率的全天候广域运动图像集成系统。该系统由众多超过500万像素的高清综合摄像头阵列、以及新一代红外凝视焦平面阵列组成。具有视野广、分别率极高、传输帧率强、夜视能力更强等优点。目前国内还没有同类产品的报道。


       综上所述可以看出,以“利剑”为代表,中国近年在无人机领域取得了巨大的发展。客观讲,目前,中国在无人机技术上已经处于世界领先水平。但灵云认为。无人机无疑是一个庞大、复杂的系统化工程,涉及到动力系统、航空电子等众多技术领域。无人机绝非靠某种单一技术或品种繁多,就可以轻易下结论某国处于某一档次。只有相关产业、技术均达到一定水准,其整体无人机技术水平才会获得真正的提高。


       中国在无人机领域尽管近年已经取得巨大进步,但与国际先进水平相比,中国无人机技术,尤其是核心发动机技术上依然有相当大的差距。这将严重影响今后中国无人机,乃至整个中国航空工业的发展。但是,随着国内技术的不断高速发展,发动机问题将会逐步得到解决。例如,当“天山”发动机成熟后,其无加力版或许将是“利剑”不错的动力选择。至于卫星控制技术中国早已成熟。目前最大制约是没有足够的卫星通道用于无人机的控制和视频传输。随着今后国内通讯卫星的发展,该问题将逐步得到解决。而且,中国在无人机领域也有很多独特之处。“翔龙”战略无人机采用的“菱形联翼”,就是一大创举。比美军“全球鹰”的传统翼型有更高的升阻比和气动性能。“利剑”出鞘,标志着中国无人机技术的腾飞。可以预见。随着相关技术的成熟和发展,今后中国无人机技术的前途将不可限量!!!〔 作 者:灵云ら苍月 )

点评

文章技术性很好,如果能添上“其一”、“其二”之类的过渡词语,逻辑性就更好了,读起来的思路也会更顺畅~  发表于 2013-8-7 11:02

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1

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发表于 2013-8-5 16:14 | 显示全部楼层
说实在的,就是发动机的问题
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发表于 2013-8-5 19:37 | 显示全部楼层
没有心脏病就是逆天了


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这个急不来,好装备嘛肯定先由造出来后,经过不断地改进升级才能够达到尽善尽美。况且利剑这类兵器是未来的高科技装备啊,说明我国在未来的装备研发上已走在世界的前锋阵列。  详情 回复 发表于 2013-8-7 10:59
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发表于 2013-8-7 10:59 | 显示全部楼层
妩媚飞刀 发表于 2013-8-5 19:37
没有心脏病就是逆天了

这个急不来,好装备嘛肯定先由造出来后,经过不断地改进升级才能够达到尽善尽美。况且利剑这类兵器是未来的高科技装备啊,说明我国在未来的装备研发上已走在世界的前锋阵列。
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发表于 2013-8-11 23:51 | 显示全部楼层
边用边改。等发动机成熟的时候,我国也就该和某个邻居大打一仗了。
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发表于 2013-8-19 18:17 | 显示全部楼层
无人机才是未来的方向,包括无人战车,无人坦克,无人军舰。
现代的无线数据传输技术足以支撑对超过1千公里以上的终端之间的数据交互。
未来的作战方式就是现在的网游。无人对有人将重现当年热兵器对冷兵器压倒式的倾覆。
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发表于 2013-8-23 20:27 | 显示全部楼层
好文章!关于我国无人机的比较系统性的好文章。
中间跳跃大了点,从无侦直接到了利剑——也许是实际情况大体就是如此
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