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未來技術(shù)的孵化器

2011-12-29 00:00:00楊曉波
輕兵器 2011年12期


   在無人機(jī)領(lǐng)域,英國意欲占領(lǐng)技術(shù)制高點(diǎn),其推出的“惡魔”驗(yàn)證無人機(jī)首次對(duì)無襟翼技術(shù)進(jìn)行大膽的開發(fā)探索并演示驗(yàn)證——
  
  如同世界其他軍事強(qiáng)國,英國亦在21世紀(jì)初確定將無人機(jī)領(lǐng)域作為未來航空裝備開發(fā)的突破點(diǎn),希圖在這一領(lǐng)域成為世界級(jí)的研發(fā)強(qiáng)國。
  基于這一發(fā)展策略,英國不僅全力推進(jìn)本國的無人機(jī)開發(fā)項(xiàng)目,比如BAE系統(tǒng)公司主導(dǎo)的“雷電之神”無人機(jī),而且還將目標(biāo)瞄準(zhǔn)了具有獨(dú)創(chuàng)性的無人機(jī)技術(shù),希望搶占未來無人機(jī)技術(shù)開發(fā)的制高點(diǎn)。目前,英國最重要的無人機(jī)新技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目是“無襟翼飛機(jī)綜合工業(yè)研究(FLAVIIR)”項(xiàng)目。該項(xiàng)目于2004年6月開始啟動(dòng)研制,明確要求開發(fā)不同于傳統(tǒng)無人機(jī)的無襟翼飛機(jī)。
  
  無襟翼技術(shù)的提出
  傳統(tǒng)飛機(jī)利用兩套控制舵面(水平和垂直控制舵面)來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)體航向和升降的控制。自上世紀(jì)初,人造飛機(jī)初上藍(lán)天后,這兩套控制舵面就始終存在于飛機(jī)機(jī)體之上,其中水平控制舵面最常見于飛機(jī)水平主翼后緣,因此也被稱為襟翼。在飛行過程中,襟翼通過上下擺動(dòng)改變氣體導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)對(duì)飛機(jī)俯仰的控制;垂直控制舵面則位于機(jī)體尾部主垂尾后側(cè),這也是飛機(jī)最重要的控制舵面,它通過左右擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)左右航向的控制。雖然經(jīng)過一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展,現(xiàn)代飛機(jī)不管在性能還是在外形上都與早期的飛機(jī)不可同日而語,但是無論其動(dòng)力從最初的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展為現(xiàn)代噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī),以及機(jī)體內(nèi)部各類機(jī)件的控制由原來的機(jī)械直連方式演變?yōu)楝F(xiàn)代的多余度電傳控制(多余度電傳控制系統(tǒng)即利用可編程計(jì)算機(jī)控制的電氣控制系統(tǒng),能夠控制飛機(jī)的全部控制舵面,在全部的空間維度運(yùn)動(dòng)方向上進(jìn)行控制),水平與垂直控制舵面機(jī)制一直沿用于飛機(jī)設(shè)計(jì)中。
  衡量現(xiàn)代飛機(jī)性能的重要指標(biāo)就是其低可探測性(隱形性能),而控制舵面的存在絕對(duì)不利于提升這一性能。例如,現(xiàn)代飛機(jī)的低可探測性設(shè)計(jì)主要從兩方面著手,其一是飛機(jī)的氣動(dòng)外形,其二則在于吸波涂料。其中,前者在賦予飛機(jī)低可探測性方面所起的作用更大,但是為實(shí)現(xiàn)機(jī)體控制而采用的舵面設(shè)計(jì),特別是水平升降舵面的存在,嚴(yán)重抵消了開發(fā)人員精心設(shè)計(jì)的氣動(dòng)外形。低可探測性的氣動(dòng)外形往往在襟翼上下活動(dòng)時(shí)受到很大影響。以目前現(xiàn)役的隱形戰(zhàn)斗機(jī)F-22為例,有報(bào)道稱,其隱形性能只有在其保持水平飛行狀態(tài)時(shí)可達(dá)到最優(yōu),當(dāng)它在空中進(jìn)行復(fù)雜機(jī)動(dòng)時(shí),其對(duì)雷達(dá)波的反射將急劇上升。也就是說,F(xiàn)-22所采用的傳統(tǒng)襟翼控制舵面是導(dǎo)致其隱形性能下降的一個(gè)重要因素。
  正是由于上述原因,當(dāng)技術(shù)開發(fā)到一定程度時(shí),人們對(duì)開發(fā)飛機(jī)新型控制系統(tǒng)的興趣再次濃厚起來。2004年6月在“無襟翼飛機(jī)綜合工業(yè)研究(FLAVIIR)”項(xiàng)目正式啟動(dòng)之時(shí),英國國防部就明確要求該項(xiàng)目應(yīng)主要驗(yàn)證開發(fā)一種低生產(chǎn)成本、低維護(hù)成本的無襟翼飛機(jī)。項(xiàng)目要求制造數(shù)架小比例的試驗(yàn)性樣機(jī),為未來將新技術(shù)應(yīng)用到其他飛機(jī)上做最充分的技術(shù)儲(chǔ)備。
  
  “惡魔”驗(yàn)證無人機(jī)問世
  在FLAVIIR項(xiàng)目的指引下,研發(fā)團(tuán)隊(duì)先后制定了“日蝕(Eclipse)”、“惡魔(Demon)”無襟翼驗(yàn)證無人機(jī)樣機(jī)的開發(fā)計(jì)劃,兩種無人機(jī)機(jī)體外形相同,只是后者是前者115%的等比例放大版。英國克蘭菲爾德大學(xué)、BAE系統(tǒng)公司、另9所英國高校及研究機(jī)構(gòu)共同參與了兩種無人機(jī)的開發(fā)工作,其中“日蝕”無人機(jī)主要進(jìn)行地面試驗(yàn)和技術(shù)演示,而進(jìn)一步的空中飛行驗(yàn)證則由“惡魔”無人機(jī)完成。
  2008年,“惡魔”樣機(jī)完成制造,首度進(jìn)行公開展示。該無人機(jī)翼展2.44m,質(zhì)量約90.7kg。2010年9月17日,“惡魔”無人機(jī)在坎布里亞郡成功進(jìn)行了演示飛行,在飛行過程中,它的襟翼控制系統(tǒng)始終處于關(guān)閉狀態(tài)(機(jī)體設(shè)計(jì)有兩種控制系統(tǒng)),而是采用新的無襟翼技術(shù)進(jìn)行飛行和機(jī)動(dòng)。其試飛成功堅(jiān)定了研發(fā)團(tuán)隊(duì)的信心。
  根據(jù)FLAVIIR項(xiàng)目現(xiàn)有資料顯示,“惡魔”無人機(jī)的無襟翼控制系統(tǒng),主要利用貼近機(jī)翼后緣的噴射氣流決定空氣遠(yuǎn)離或流向機(jī)翼的機(jī)制。射流控制裝置將壓縮空氣從機(jī)翼后緣狹槽中噴出,以此改變機(jī)翼后端的氣流方向,當(dāng)一側(cè)機(jī)翼上的一排狹槽噴出的空氣壓力大于另一排,就導(dǎo)致了掠過機(jī)翼后緣的氣流偏向上方或偏向下方,飛機(jī)隨之上升或下降。
  “惡魔”無人機(jī)通過對(duì)流經(jīng)機(jī)身的空氣進(jìn)行控制,而不是改變其主翼外形來實(shí)現(xiàn)控制。此外,裝在機(jī)翼上的傳感器會(huì)隨時(shí)監(jiān)測氣流的動(dòng)向,并指示調(diào)節(jié)噴射氣流的方向。
  采用無襟翼概念設(shè)計(jì)的無人機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)低廉,而且由于減少了機(jī)體的邊緣和間隙,機(jī)體也更為平滑,易于提升其隱形性能。
  
  別出心裁的無襟翼射流系統(tǒng)
  從外形上看,“惡魔”無人機(jī)采用下單菱形主翼、無水平尾翼、單垂尾以及三點(diǎn)式起降架的傳統(tǒng)設(shè)計(jì),除菱形主翼較為特別外,其外形設(shè)計(jì)中規(guī)中矩,并無出奇之處。其機(jī)體前部主要為負(fù)載艙,配備由藍(lán)熊(Bluebear)系統(tǒng)研究公司開發(fā)的航電設(shè)備及飛行控制系統(tǒng),其搭載的先進(jìn)飛行控制算法計(jì)算機(jī)則由萊斯特大學(xué)和帝國學(xué)院共同開發(fā)。特別要注意的是,其主翼后端用于進(jìn)行機(jī)體控制的無襟翼射流裝置,由于氣體來源于機(jī)體頭部的進(jìn)氣口,因此在機(jī)體頭部配置有由WREN渦輪公司開發(fā)的用于控制氣流的壓縮機(jī)及輔助動(dòng)力裝置(APU)。機(jī)體中段設(shè)有噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)、油箱等主要設(shè)備,發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口位于機(jī)體上部后側(cè),發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口采用先進(jìn)的矢量推力控制技術(shù),具有全向轉(zhuǎn)動(dòng)能力,主要由曼徹斯特大學(xué)以及BAE系統(tǒng)公司開發(fā)。機(jī)體尾部則主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口和垂直尾翼。除少量必需的金屬部件外,整個(gè)機(jī)身主要由復(fù)合材料制成,克蘭菲爾德大學(xué)負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)體各部分進(jìn)行整合和

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