何肇雄，鄭震山，馬東立，周　嶠（. 中國人民解放軍978部隊，上海 0046；. 北京航空航天大學，北京 009；. 北京理工大學，北京 0008）

國外跨介質(zhì)飛行器發(fā)展歷程及啟示

何肇雄1，鄭震山1，馬東立2，周嶠3
（1. 中國人民解放軍92728部隊，上海 200436；2. 北京航空航天大學，北京 100191；3. 北京理工大學，北京 100081）

跨介質(zhì)飛行器是指既可在空中飛行，又能完成水下潛航的新概念特種飛行器。跨介質(zhì)飛行器集成了空中和水下2種航行器的能力，即飛機的空中飛行能力和潛艇的潛水隱身能力。本文結(jié)合國外跨介質(zhì)飛行器的發(fā)展歷程，介紹了潛水飛機、潛射無人機等新型兩棲跨介質(zhì)裝備，并分析了其對我國的啟示。

跨介質(zhì)飛行器；潛水飛機；潛射無人機

0　引　言

跨介質(zhì)飛行器是可在空中飛行和水下潛航的新概念飛行器，俗稱“會飛的潛艇”或者“能潛水的飛機”，它兼有飛行器的速度和潛航器的隱蔽性，可獲取空中、水面、水下的敵我信息，并可針對敵方防御體系弱點，綜合利用空中和水中的突防手段突防，具有高效突防打擊能力和多任務能力。作為單純的作戰(zhàn)武器，跨介質(zhì)飛行器具有很好的隱身性能，可以作為突防利器；作為輔助性武器，與潛艇搭配可使兩者互補長短，大幅提高潛艇的綜合作戰(zhàn)能力。本文從最早的潛水飛機 LPL 開始，介紹了跨介質(zhì)飛行器的發(fā)展，并分析其對我國的啟示。

1.跨介質(zhì)飛行器及其發(fā)展歷程

早在 20 世紀 20～30 年代就有人提出了潛水飛機或者飛行潛艇的設(shè)想，但限于技術(shù)水平，均未成功轉(zhuǎn)化為工程型號。近年來，美國正逐步實施重返亞太戰(zhàn)略，將對沿海地區(qū)爭奪的重要性放到了更高層次。在裝備研發(fā)方面，美國加強的適于近海作戰(zhàn)的裝備的投入，加快研制、服役速度，最典型的例子就是美海軍的瀕海戰(zhàn)斗艦，目前已服役 2 級共 4 艘。借此東風，跨介質(zhì)飛行器也開始進入全面研究階段。但最早提出該設(shè)想的是蘇聯(lián)人。

1.1蘇聯(lián)“飛行潛艇”（LPL）方案1俄文名稱為Лeтaющaяпoдвoднaялoдкa，意思是會飛的潛艇。

蘇聯(lián)在第二次世界大戰(zhàn)之前就提出了飛行潛艇計劃。1934 年，鮑里斯·烏沙可夫率先提出飛機和潛艇結(jié)合的武器裝備設(shè)計草案，蘇聯(lián)組建了以其為首的設(shè)計小組。1937 年，這一課題進入了軍事科學委員會的相關(guān)計劃，但在反復審核后遭到打回并進行進一步的計劃完善。

1938 年 1 月，烏沙可夫設(shè)計小組經(jīng)過反復設(shè)計和修改，完成了這種飛行潛艇或是潛水飛機的方案，即LPL 項目。由蘇聯(lián)軍事科研委員會完成了對 LPL 設(shè)計草案和主要技戰(zhàn)術(shù)指標的審定。LPL 是一種用于打擊海面上或處于雷場及浮柵保護下的敵方水面艦艇，或?qū)嵤┗匮策?、雷場維護、艦隊護衛(wèi)的潛水飛機。這種潛水飛機可在預定作戰(zhàn)區(qū)域自行搜索目標，從空中確定敵人航路后，降落并潛入到敵方艦船行進線路上，并在目標到達飛行潛艇攻擊點之前，在穩(wěn)定、不消耗多余航程能量的深度上潛伏。當敵方艦船航線偏差在允許范圍內(nèi)時，LPL 伺機向其接近攻擊；若目標航線偏差較大，LPL 將放棄目標，上浮、起飛并重新搜索目標準備進攻。蘇聯(lián)方面在設(shè)計時認為，如果潛水飛機實施編組行動，3 艘 LPL 即可成為 10 nmile 寬度上敵人不可逾越的障礙［1］。

LPL 有3臺 1 200 馬力的發(fā)動機，能以 200 km 的時速飛行，最大飛行高度 2 500 m；水下靠蓄電池驅(qū)動螺旋槳電機航行，電機功率為 10 馬力，航速僅為 2～3 kn，活動距離最多不過 9～10 km。LPL 的一種作戰(zhàn)方式是在白天接近敵方港口，在空中偵察，尋找有利航道，然后降落到水面。天黑后，LPL 將航行到敵港附近并潛入水下，滲透、襲擊敵港口。LPL 有 3 名乘員、2 個駕駛艙，飛行時啟用前部飛機艙和脊背上高聳的航海艙。LPL 起飛重量 15 000 kg，航程 800 km，潛深 45 m，下潛用時 1.5 min，上浮用時 1.8 min，最多可以在水下停留 48 h；機腹下可攜帶 2 枚 457 mm 潛射魚雷，另配有 2 挺自衛(wèi)機槍，戰(zhàn)斗載荷為全重的 44.5%。

LPL 結(jié)構(gòu)上分為 6 個獨立的艙段，其中前 3 艙安裝 AM-34 航空發(fā)動機，發(fā)動機配備有增壓器，第 4 艙為人員艙（中心控制室），LPL 的水下控制由 3 名機組成員在這一艙段執(zhí)行，第 5 艙安裝蓄電池，第 6 艙段安裝螺旋槳電機。機體蒙皮采用 6 mm 厚度的硬鋁鉚接形成直徑為 1.4 m 的筒形加強結(jié)構(gòu)，機翼和尾鰭設(shè)計采用鋼材，并采用油漆噴涂防止腐蝕。

LPL 的下潛包括 4 個階段：封閉發(fā)動機艙、將水隔斷在散熱器之外、轉(zhuǎn)換為水下控制方式、成員從駕駛艙轉(zhuǎn)入中心控制室。

下潛階段，除了機組成員所在的中心控制艙和儀器儀表、蓄電池、電機所在的艙段密封部分，其他艙段在 LPL 下潛時由排水孔將海水自由注入。燃油和潤滑油存放在位于設(shè)備中間的專用橡膠容器中，航空發(fā)動機的水冷系統(tǒng)進出管道密封，防止在艙外水壓作用下造成損壞。

此方案確定了飛機基本參數(shù)并制定了技戰(zhàn)術(shù)指標，但對于當時的技術(shù)條件來說進入工程化研發(fā)的技術(shù)風險大，同時由于二戰(zhàn)的爆發(fā)，蘇聯(lián)將精力更多地投入到技術(shù)風險小、見效快的項目中，最終由于技術(shù)和政策的雙重影響，LPL 項目未進入詳細設(shè)計階段。1938 年，工農(nóng)紅軍軍事科研委員會終止了 LPL 計劃。

圖1　LPL“飛行潛艇”Fig. 1　LPL‘Flying submarine’

圖2　美國大型潛水飛機Fig. 2　American huge flying submarine

1.2美國大型潛水飛機方案

20 世紀 70 年代，美國為了將戰(zhàn)略核武器分散部署以提高生存力，提出一種大型潛水飛機方案，執(zhí)行戰(zhàn)略導彈發(fā)射任務。這種潛水飛機具有機動性強、隱蔽性好等優(yōu)點。潛水飛機構(gòu)型與大型水上飛機相似，在機腹下設(shè)計有可收放的水翼，可縮短起飛距離；飛行時使用普通的渦扇發(fā)動機，起飛重量 180 t，空中作戰(zhàn)半徑超過 4 000 km；潛航時使用斯特林發(fā)動機，可在水下停留 5 天；任務載荷方面，可攜帶 2 枚“北極星”A-3 潛射戰(zhàn)略導彈。這個方案并不強調(diào)水下航行能力，在水下只有有限的機動能力。

此方案進行了概念設(shè)計，給出了技戰(zhàn)術(shù)指標。在動力系統(tǒng)方面，AIP（Air-Independent Propulsion）系統(tǒng)已經(jīng)有所進步，但仍然不成熟，不足以實現(xiàn)有戰(zhàn)術(shù)價值的水下待機和潛航；材料方面，可采用鈦合金甚至復合材料結(jié)構(gòu)，增強對水空 2 種環(huán)境的適應能力，但成本高昂。該項目完成概念設(shè)計后，由于美軍調(diào)整了整體核戰(zhàn)略，海軍的核武器全部由戰(zhàn)略核潛艇搭載，水面艦艇不再配屬機載核武器進行戰(zhàn)略值班，大型潛水飛機的方案隨之擱置，未進入研制階段。雖然該項目未能實施，但也應看到此時研制跨介質(zhì)飛行器的技術(shù)正逐漸走向成熟。

1.3法國“埃利烏斯”潛水飛機

2005 年，法國波爾多航空技術(shù)公司在巴黎布爾歇航空展上提出要發(fā)展一種既可在空中飛翔，也可浮在水面甚至潛入水下的無人機。2007 年，據(jù)法國巴黎媒體報道，名為“埃利烏斯”（Aelius）的無人機樣機于吉倫特省卡佐飛行測試中心接受一系列檢測并開始試飛，最早 2009 年設(shè)計定型。但此后未見報道［2］。

“埃利烏斯”集深水勘測的水下機器人和森林火災監(jiān)控的無人機功能于一身。它能夠在水上起降，飛行時機翼展開，潛水航行時機翼折疊。該機機長 2 m，翼展 4 m，重 75 kg，依靠遠程遙控?！鞍＠麨跛埂毖b有 2 臺發(fā)動機，1 臺是小型航空煤油發(fā)動機，另 1 臺是水下電動渦輪機。續(xù)航能力為空中飛行 360 km/水下航行 40 km，最大升限 5 000 m 高空，潛深 300 m。這種無人駕駛飛機將率先被應用于海洋學研究、海洋鉆探或港口和海岸警戒。例如，在岸上或船上的技術(shù)人員的操縱下，這種無人飛機能夠航拍海面油污的照片，隨后再潛入水下檢測油層厚度。

“埃利烏斯”的設(shè)計方案內(nèi)容詳細，且隨著技術(shù)的發(fā)展，方案的可行性也越來越高。動力能源方面，如鋰離子電池、鋰聚合物電池的工業(yè)化生產(chǎn)，為跨介質(zhì)飛行器的水下航行提供了良好能源設(shè)備，未來比能更高的鋰硫電池甚至燃料電池更能大幅提高跨介質(zhì)飛行器的技戰(zhàn)術(shù)指標；材料方面，復合材料技術(shù)愈發(fā)成熟，能有效解決跨介質(zhì)飛行器的輕質(zhì)耐壓殼、高比強機體結(jié)構(gòu)等一系列問題，將跨介質(zhì)航行的可行性向前推進了一大步?！鞍＠麨跛埂钡目s比驗證機正是采用復合材料制造，使用燃油與鋰電池分別供應能源的混合動力系統(tǒng)，較好地滿足了跨介質(zhì)航行的要求。

1.4美國特種運輸潛水飛機

2008 年，美國國防先期研究計劃局（DARPA）提出了一種特種部隊運輸?shù)臐撍w機研制計劃，旨在研發(fā)一種不僅能在空中飛行，還能在水面和水下航行的潛水飛機，專門用于突擊敵方海岸的特種作戰(zhàn)行動。這種潛水飛機融合了 3 種不同平臺的作戰(zhàn)模式，兼具三者的主要優(yōu)點：作戰(zhàn)飛機的速度與作戰(zhàn)范圍、作戰(zhàn)船只的巡邏能力以及潛艇的隱蔽性。

根據(jù)初步設(shè)想，潛水飛機的載重量為 910 kg，座艙內(nèi)至少可容納 8 人以及相應的作戰(zhàn)裝備。該機能以100 nmile 的時速飛行、12 nmile 的時速潛航，續(xù)航能力為空中飛行 1 000 nmile，海上航行 200 nmile，水下潛航 24 nmile。

這種飛機要能夠連續(xù)飛行 1 852 km 后，再貼著水面飛行 185 km，并在將特種部隊秘密運抵敵方海岸后，還能在水下持續(xù)潛行至少 22 km。飛機要在 8 h 內(nèi)完成上述任務，并在部隊執(zhí)行任務期間負責搜索合適的撤離地點。若有二次任務需求，飛機將停留在水面上處于待命狀態(tài)，等待海上或空中的補給［3］。

DARPA 進行了可行性研究和試驗，以證明在現(xiàn)有的技術(shù)條件下制造出這種兼具常規(guī)作戰(zhàn)飛機和潛艇功能的潛水飛機可行。潛水飛機在水下航行和飛機在空中飛行的原理有幾分相似，但設(shè)計這種兩用武器面臨的挑戰(zhàn)仍然巨大，因為飛機與潛水器的設(shè)計技術(shù)要求是截然相反——飛機需要盡量輕，以便用最少的動力飛行，潛艇則需要堅固的船體承受水壓；比空氣重的飛機通過機翼分離氣流得到升力，潛艇則通過吸入和排出水來改變浮力。

美國的一些大學和研究機構(gòu)根據(jù) DARPA 擬定的技術(shù)指標提出設(shè)計方案。其中一種設(shè)計方案采用三翼面布局，V 型尾翼，水下潛航狀態(tài)時機翼折疊。機身內(nèi)設(shè)置壓載水艙，控制下潛和上浮。利用船形機身作為水面滑行體實現(xiàn)水面起降?？罩酗w行由航空發(fā)動機驅(qū)動螺旋槳提供動力，水下潛航采用噴水推進，水下潛航時螺旋槳折疊。

隨著材料技術(shù)、動力裝置的迅猛發(fā)展，美國意識到研制跨介質(zhì)飛行器的時機已經(jīng)來到；同時美軍的作戰(zhàn)重點也轉(zhuǎn)移到濱海地區(qū)，武器研發(fā)的政策也向跨介質(zhì)方面傾斜。故提出了由美國 DARPA 牽頭，多家研究機構(gòu)參與的特種潛水飛機項目，力在探索突破潛水飛機的原理與關(guān)鍵技術(shù)。

1.5潛射無人機

潛射無人機是由潛艇攜帶、通過艦艇的魚雷發(fā)射管、導彈發(fā)射筒或其他專用裝置發(fā)射的無人機，是目前發(fā)展較為迅速的一種無人裝備。由于機體本身并不直接完成跨介質(zhì)作業(yè)，因此嚴格來說，潛射無人機并不是完全意義上的跨介質(zhì)飛行器。

20 世紀 90 年代，洛克希德·馬丁和諾斯羅普·格魯曼公司聯(lián)合研制了“海上搜索者”潛射無人機。該機采用可折疊機翼，用魚雷發(fā)射管發(fā)射。1996 年，美軍“阿什維爾”號潛艇試射“海上搜索者”，潛艇在潛航狀態(tài)下伸出天線對無人機進行遙控獲得成功。隨后，各家公司開始獨立開展?jié)撋錈o人機的研制。

1.5.1XFC 潛射無人機

XFC 無人機屬于“水下發(fā)射無人機”項目的研究成果。該項目由美國海軍研究局“沼澤工廠”負責，旨在研發(fā)出一種能夠從潛艇上發(fā)射、由燃料電池驅(qū)動的情報監(jiān)視偵察無人機。XFC 擁有可折疊的十字形機翼和一個氫燃料電池動力系統(tǒng)。該型無人機從概念設(shè)計到試驗驗證只用了不到 6 年的時間。

圖3　美國載人潛水飛行器多種方案Fig. 3　Variety schemes of The U.S. manned submersible vehicles

圖4　XFC 無人機發(fā)射示意圖Fig. 4　XFC launch

圖5　美國“鸕鶿”海空兩棲無人機Fig. 5　The U.S. amphibious UAV Cormorant

2013 年 12 月 5 日，美國海軍成功進行了潛艇發(fā)射無人機的試驗。試驗時采用了與“戰(zhàn)斧”和“魚叉”導彈相同的發(fā)射原理，即通過水下運載器運載無人機，由潛艇魚雷管發(fā)射后浮至水面，而后完成發(fā)射。

此次發(fā)射的無人機簡稱 XFC 無人機，通過電力驅(qū)動，可執(zhí)行數(shù)小時任務。在此過程中，XFC 無人機將實時偵察視頻畫面?zhèn)骰亓恕捌樟_維登斯”號核潛艇、水面支援艦艇和岸上地面站。隨后，無人機在位于巴哈馬的美國海軍海上系統(tǒng)司令部大西洋水下測試和評估中心著陸［4］。

該型無人機屬于小型潛射無人機范疇，無法在水中自主巡航待機，裝載在運載器中解決了跨介質(zhì)飛行器需要適應水環(huán)境這一問題，其使用模式、通訊鏈路技術(shù)、變體技術(shù)等對跨介質(zhì)飛行器的研制有很好的參考、借鑒意義。

1.5.2美國“鸕鶿”潛射無人機

洛·馬公司研制的“鸕鶿”無人機是一種能夠在海面和水下發(fā)射并重復使用的多用途無人機。水下時，機翼折疊的“鸕鶿”可從“俄亥俄”級戰(zhàn)略核潛艇的導彈發(fā)射筒發(fā)射，升空后機翼自動展開并啟動渦扇發(fā)動機，執(zhí)行空中任務［5］。

“鸕鶿”無人機的機翼被設(shè)計成海鷗翅膀的形狀，以適應導彈發(fā)射井內(nèi)壁；機身由鈦合金制成，不僅強度高，還能抵御海水的腐蝕。飛機的空余空間填滿泡沫塑料，防止沖撞造成損壞。此外，機身其他部分還用惰性氣體加壓。機身的構(gòu)型也采用了復雜的隱身設(shè)計，飛機的進氣口位于機頭部位，呈三角形。處于水下時，飛機的發(fā)動機和武器艙門都用充氣膨脹式密封防水?！胞R鶿”無人機長 5.8 m，翼展 4.86 m。機身總重量不到 4 t，但可以攜帶 453 kg 的載荷；最大飛行速度預計將達到 880 km/h，巡航速度為 550 km/h，最高飛行高度 10.7 km，能持續(xù)飛行 3 h，作戰(zhàn)半徑達926 km。

雖然棲身導彈發(fā)射筒，但“鸕鶿”無人機并不像導彈一樣靠燃氣“彈”出水面，而是由類似機械臂的引導裝置送出發(fā)射筒。自行浮出水面后，無人機將啟動兩部固體燃料發(fā)動機，在水面垂直起飛。完成任務后，飛機返回和潛水艇匯合點，由水下機械臂帶回核潛艇?！胞R鶿”無人機能配備監(jiān)視器材或近程攻擊武器，除了執(zhí)行偵察任務，機上能攜帶“海爾法”導彈，可近距離打擊目標。此外，如果加掛特殊吊艙，它還可將特種偵察裝置投放至敵后［6］。

1.5.3彈簧刀

幾年前美國啟動了一項名為“阿努比斯”（Anubis）的計劃，試圖研發(fā)一種微小型武裝無人機，既可對目標實施偵察監(jiān)視，又可打擊“具有較高價值的目標”。近年來，美軍越來越多地使用“捕食者”和“收割者”等無人機，利用搭載的“地獄火”導彈，在阿富汗和巴基斯坦對恐怖分子頭目發(fā)動定點攻擊。但這些體型相對較大的無人機存在顯著缺點，比如無法確認具體擊中的目標等。為了滿足在阿富汗和伊拉克潛在的作戰(zhàn)使用需求，一種可以變身的新型巡航導彈式無人機“彈簧刀”應運而生。它集小型無人機的偵察監(jiān)視和巡航導彈的攻擊功能于一身。

“彈簧刀”微型無人機是航空環(huán)境公司生產(chǎn)的一種一次性無人機。2009 年完成開發(fā)，2011 年公諸于眾?！皬椈傻丁敝?1 kg（2.2 磅），可搭載戰(zhàn)斗部。一套完整的“彈簧刀”系統(tǒng)（包括導彈、貯存器和控制器）重 5.5 kg（12.1 磅）左右。完整的微型空中彈藥系統(tǒng)重量將接近 8 kg（17 磅），長約 45 cm［7］。

除了陸地作戰(zhàn)時用儲運管和單兵彈射器發(fā)射，“彈簧刀”還可從潛艇的導彈發(fā)射管中發(fā)射，2010年，美國海軍“三叉戟戰(zhàn)士”演習中，由一艘潛艇試射了“彈簧刀”無人機。發(fā)射過程中，潛艇處于潛望鏡深度，無人機外包有水下運載器，由潛艇的廢物處理口發(fā)射。攻擊型“彈簧刀”微型無人機可以飛向目標并引爆，其爆炸效果大約當量與1枚手榴彈相當。

“彈簧刀”微型無人機一直非常成功，美國陸軍已經(jīng)要求其制造商開發(fā)“彈簧刀”2.0 型微型無人機，又稱為“致命微型空中彈藥系統(tǒng)”（Lethal Miniature Aerial Munition System， LMAMS），其重量更重，續(xù)航時間長達 30 min，航程為 9 kg。技術(shù)指標方面，LMAMS 具有夜視能力，并能鎖定目標，攻擊目標；機載戰(zhàn)斗部除必須能夠擊毀輕型車輛外，還必須能夠殺傷半徑 10 m 內(nèi)的有生力量，但只對半徑 4 m 內(nèi)的人員致命。運用當前的技術(shù)，所有這些要求都可能實現(xiàn)［8］。

圖6　美國“彈簧刀”無人機Fig. 6　The U.S. UAV Switch Blade

1.5.4波音“快速部署水空兩棲飛機”

2015年7月，波音公司公布了一種可潛入水下的無人機設(shè)計方案。這種無人機由一架主飛機運入部署區(qū)域，后經(jīng)遠程遙控脫離主飛機自行前飛。

這種飛機有 2 種運行模式：空中模式，下飛機配備雙翼、穩(wěn)定器和 2 套共軸的螺旋槳葉（第 1 套槳葉）；水下模式，機翼、穩(wěn)定器與機身由多個連接附件（螺釘、螺栓、水溶膠等）連接，在機身入水時，雙翼和螺旋槳借助爆炸螺栓和水溶膠脫離飛機，減輕重量并優(yōu)化水動力特性，同時無人機展開新的操縱面和螺旋槳，而第 1 套槳葉將從飛機上脫離。無人機入水后可部署其負載的物資或武器，還可用于水下偵探，通過機上的壓載水艙來控制潛下的水深。水下任務完成后，它浮出水面將其收集的數(shù)據(jù)傳給其它遙控飛機或傳回指揮中心。

此外，該無人機在結(jié)構(gòu)設(shè)計上還具備如下特點：首先，該機由 1 個或多個獨立裝置構(gòu)成，處于預安裝狀態(tài)或快速安裝狀態(tài)，排除部件冗余，使其再利用率達到最大值；其次，無人機在水下潛水安裝了使機身潛水并在水下移動的裝置。同時還有一浮力罐用來控制機身淹沒程度以及重新浮在水面；該無人機在空中、水下使用相同的發(fā)動機、導航系統(tǒng)和控制系統(tǒng)［9］。

2　跨介質(zhì)飛行器發(fā)展歷程對我國的啟示

2.1新型作戰(zhàn)力量，軍事應用前景廣泛

跨介質(zhì)飛行器是潛艇和飛機的結(jié)合體，集成了空中和水下 2 種航行器的能力，即飛機的空中飛行能力和潛艇的潛水隱身能力。作為“會飛的潛艇”，除了兼?zhèn)錆撏щ[蔽作戰(zhàn)的特點外，在空中飛行時則可避免后者難以掌握戰(zhàn)場態(tài)勢信息的先天缺陷，具有足夠的戰(zhàn)場透明度；作為“能潛水的飛機”，除了具備一定的空中飛行能力外，更重要的是具備包括水下潛伏、目標探測、隱蔽突襲等的水下作戰(zhàn)能力。通過集中 2種平臺的優(yōu)點和操作模式，跨介質(zhì)飛行器可顯著增強軍隊執(zhí)行沿?？焖?、秘密的插入式作戰(zhàn)任務的能力，甚至有可能像 20 個世紀的航空母艦一樣，在現(xiàn)代多維立體的海戰(zhàn)戰(zhàn)場中徹底顛覆和改變現(xiàn)有的海戰(zhàn)模式［10］。

2.2跨介質(zhì)航行難度大，關(guān)鍵技術(shù)多

由于空氣和水的物理性質(zhì)有著很大的差別，水的密度是空氣的 800 多倍，粘性系數(shù)是空氣的 59 倍，因此飛行器和潛航器在航行原理、布局、穩(wěn)定性、操縱性、材料、結(jié)構(gòu)、動力等方面存在較大差異存在巨大差異；跨介質(zhì)飛行器的設(shè)計卻需要協(xié)調(diào)飛行器和潛航器不同的設(shè)計要求，需要兼顧飛行狀態(tài)和潛航狀態(tài)的設(shè)計要求，難度高。

圖7　水空兩棲飛機工作原理圖Fig. 7　Operating principle of an amphibious aircraft

跨介質(zhì)飛行器設(shè)計的另一挑戰(zhàn)是重量設(shè)計。將跨介質(zhì)飛行器設(shè)計得足夠輕雖可滿足飛行的需求，但會使其下潛變得非常困難。在跨介質(zhì)飛行器漂浮于水面的情況下，目前有 2 種方法可以實現(xiàn)下潛上浮：一種方法是改變飛行器的密度，即減小飛行器的排水量或者增加重量；另一種方法是利用機翼、尾翼等升力面產(chǎn)生向下的負升力，通過改變負升力的大小來實現(xiàn)下潛上浮。

跨介質(zhì)飛行器在外形設(shè)計上也有較大難度，如飛行器不改變外形，直接進入潛航狀態(tài)，則機翼在水中仍會產(chǎn)生向上的升力。要解決這一矛盾，只能調(diào)整潛航時的姿態(tài)，使機翼的迎角減小至零升迎角或使機翼產(chǎn)生負升力，但這必然導致水下航行時阻力大大增加，變體技術(shù)是解決這一矛盾的有效手段。同時采用變體技術(shù)也可解決?；涂栈l(fā)射平臺空間有限，跨介質(zhì)飛行器的尺寸受到嚴格限制的問題。

2.3全新的研究領(lǐng)域，研究意義重大

在20世紀由于技術(shù)發(fā)展和政策的限制，國外早期提出的設(shè)想和設(shè)計方案未取得實際進展。近年來，特別是復合材料工藝的飛速發(fā)展和高比能儲能電池的開發(fā)，為跨介質(zhì)無人飛行器的研發(fā)鋪平了道路。同時，對近海地區(qū)的爭奪、控制、隱蔽突防的重要性在軍事理論方面的提升也使得跨介質(zhì)飛行器備受重視。國外已經(jīng)對跨介質(zhì)無人飛行器的軍事用途進行了論證，并提出了一些設(shè)計方案。特別是美國 DARPA 提出大型潛水飛機研制計劃之后，美國的研究機構(gòu)已經(jīng)開始著手進行潛水飛機概念方案設(shè)計。

可見，跨介質(zhì)飛行器作為一個很新的研究領(lǐng)域，其研究對跨介質(zhì)的基本原理、能源動力、通訊導航等領(lǐng)域的相關(guān)研究均有促進推動作用；同時，隨著材料技術(shù)、能源技術(shù)的發(fā)展，研制一款成熟跨介質(zhì)飛行器也不再是科學幻想。

2.4相關(guān)技術(shù)有一定研究基礎(chǔ)，研發(fā)時機相對成熟

國外在變體無人機、無人潛航器、潛航無人機等相關(guān)領(lǐng)域進行了大量的研究工作，一些型號已經(jīng)投入使用。潛射無人機、變體無人機和無人潛航器上使用的變體技術(shù)、發(fā)射技術(shù)、水下動力技術(shù)和控制技術(shù)等都可以為跨介質(zhì)無人飛行器的研究提供技術(shù)支撐，從而大大加快跨介質(zhì)無人飛行器的研究進程。可以說，開展對跨介質(zhì)飛行器的研究工作的時機已經(jīng)相對成熟。

圖8　XFC 無人機的 X 型變體翼Fig. 8　X variant wing of XFC

3　結(jié)　語

跨介質(zhì)飛行器兼有飛行器的速度和潛航器的隱蔽性，具有高效突防打擊能力和多任務能力，軍事應用前景廣闊。近年來隨著相關(guān)技術(shù)的進步，跨介質(zhì)無人飛行器的研制又重新受到關(guān)注，國外在此領(lǐng)域的研究有加速的趨勢，特別是美國在此方面投入研制力度最大，DARPA 的特種潛水飛機研制計劃已經(jīng)完成第一階段研究，正向工程階段發(fā)展。相信在不久的將來，這種飛行器即可投入使用，實現(xiàn)“九霄破浪覓敵影，萬里騰云隱然歸”的作戰(zhàn)構(gòu)想。

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Development of foreign trans-media aircraft and its enlightenment to China

HE Zhao-xiong1， ZHENG Zhen-shan1， MA Dong-li2， ZHOU Qiao3
（1. No. 92728 Unit of PLA， Shanghai 200436， China； 2. Beihang University， Beijing 100191， China；3. Beijing Institute of Technology， Beijing 100081， China）

Trans-media aircraft refers to a new concept special aircraft which can both fly in the air and dive underwater. Trans-media aircraft integrates the capability of aircrafts and underwater vehicles， which means it carries both the maneuverability of an aircraft and the stealth capability of a submarine. In this paper， the development course of foreign trans-media aircraft is introduced， and its enlightenment to our country is analyzed.

trans-media aircraft；diving aircraft；submarine-launched UAV

V279

A

1672-7619（2016）05-0152-06

10.3404/j.issn.1672-7619.2016.05.032

2016-02-18；

2016-04-05

何肇雄（1980-），男，博士，研究方向為裝備論證。