無人機已經成為航空科技領域中最活躍和最重要的發(fā)展方向之一，無人作戰(zhàn)飛機極有可能取代常規(guī)有人作戰(zhàn)飛機稱雄未來的天空。無人機的發(fā)展離不開動力技術的推動，作為無人機系統(tǒng)發(fā)展的基石，無人機動力的發(fā)展直接關系到無人機裝備的發(fā)展。本文在分析國外與我國無人機及其動力現(xiàn)狀的基礎上，提出了未來我國無人機動力發(fā)展的思考。
國外無人機及其動力發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
無人機現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
從國外無人機的發(fā)展來看，無人機的研發(fā)工作得到了很多國家的高度關注，全世界范圍內約有30多個國家和地區(qū)開展無人機的研究工作，有50多個國家裝備了無人機，全球已有10多萬架無人機。無人機以其平臺特有的能力成為了牽引21世紀航空科技發(fā)展的核心力量。無人機的飛行高度涵蓋了從低空到20000米以上，航程從短程到5000千米以上。
隨著無人機越來越受到重視，其承擔的任務種類越來越多，從最初的靶機、偵察機、通信聯(lián)絡機等輔助性作戰(zhàn)任務到從執(zhí)行空中偵察、戰(zhàn)場監(jiān)視到壓制敵方防空系統(tǒng)、對地攻擊等主要任務，實現(xiàn)偵察/打擊/攻擊一體化，所發(fā)揮的作用越來越大。未來無人機發(fā)展主要沿著“靶機—ISR—察打一體化—無人作戰(zhàn)飛機—空天一體化”的軌跡發(fā)展。
從國外無人機的發(fā)展特點來看，未來無人機發(fā)展將會有以下四個發(fā)展趨勢：
第一、無人偵察機從低空偵察向高空長航時發(fā)展。高空長航時無人偵察機將具備高隱身、高速、高空、長航時等發(fā)展特點。
第二、無人機從單一偵察向察打一體、無人作戰(zhàn)飛機發(fā)展。無人作戰(zhàn)飛機以任務為中心，無需考慮飛行員的承受能力等因素，它能夠壓制敵防空、實施對地轟炸與攻擊，可以實現(xiàn)大過載，確保零傷亡，在速度、高度、航程和隱身性、機動性方面有鮮明的優(yōu)勢。
第三、無人作戰(zhàn)飛機從對地攻擊向制空型無人戰(zhàn)斗機發(fā)展。無人戰(zhàn)斗機除具有對地攻擊的特點外，側重于進行空中攔截、空中格斗，一般用于消耗戰(zhàn)，爭奪制空權，既可以縱深打擊，又可以遠程偵察和監(jiān)視，具有多用途、高機動、自適應等特點。
第四、無人機從低空低速向高空高速、臨近空間高超聲速發(fā)展。從航空航天技術發(fā)展方向與技術制高點出發(fā)，無人機向高空高速、臨近空間高超聲速無人機發(fā)展是必然的發(fā)展趨勢，其發(fā)展特點是：飛行馬赫數(shù)3以上；具有時效敏感性；能夠快速打擊與偵察；能夠空天往返；可實現(xiàn)全球到達等。
無人機動力發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
目前，國外無人機的動力主要以活塞發(fā)動機和燃氣渦輪發(fā)動機為主。活塞發(fā)動機適用于低速、低空以及起飛重量小的無人機。對于速度、高度、質量都較高的無人機而言，燃氣渦輪發(fā)動機是最合適的動力裝置。隨著燃氣渦輪發(fā)動機技術的不斷發(fā)展進步，關鍵技術指標如耗油率、推進能力和壽命等越來越優(yōu)，燃氣渦輪發(fā)動機在無人機上的應用越來越廣泛。
國外高端無人機動力的發(fā)展趨勢是以渦扇發(fā)動機為主。渦扇發(fā)動機耗油率相對較低，具有壽命長、成本低、易于實現(xiàn)系列化等優(yōu)點，非常適合于未來無人機平臺對動力的需求。從國外無人機的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢看，目前在研和擬研的高端無人機動力也基本以渦扇發(fā)動機為主。例如，歐洲的“神經元”驗證機選用“阿杜爾”渦扇發(fā)動機。美國“聯(lián)合空戰(zhàn)系統(tǒng)計劃”(J-UCAS)中發(fā)展的X-45A／B和X-47無人戰(zhàn)斗機的驗證樣機選擇了現(xiàn)有渦扇發(fā)動機。
隨著無人機從低空低速向高空高速、臨近空間高超聲速發(fā)展，常規(guī)渦扇發(fā)動機已經不能完全滿足其對動力裝置的要求，需要研制新型動力，如發(fā)展變循環(huán)發(fā)動機(VCE)和渦輪基組合循環(huán)動力(TBCC)等。
通過對國外無人機動力發(fā)展趨勢的分析，可以推斷出未來無人機的動力將主要以渦扇發(fā)動機為主，其推力量級大致處于200～10000kgf之間，低油耗將是未來無人機動力最關鍵的一項技術指標。未來的無人機向高空、高速發(fā)展，要求待機時間長、留空時間長和續(xù)航能力強，因此對發(fā)動機的耗油率要求非常嚴格，最優(yōu)的耗油率將是未來無人機選擇動力的關鍵因素。未來無人作戰(zhàn)飛機具有非常好的機動性、靈活性和突防能力，因此最大過載有可能達到15～20，無人機動力必須要考慮無人機的大過載設計要求。未來無人機，特別是無人作戰(zhàn)飛機的隱身設計要求非常高，需要全程隱身、全方位隱身和全頻段隱身，這對發(fā)動機設計提出了新的挑戰(zhàn)。未來的無人機要根據(jù)任務需要，能夠進行自適應控制，適應多任務平臺需求，因此動力裝置設計時肯定要考慮自適應控制的要求?？傊?，未來無人機的動力關鍵技術將以低油耗、大過載、高隱身、自適應控制、長壽命等為發(fā)展重點。
我國無人機及其動力現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
無人機發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
我國作為一個幅員遼闊的大國，身處復雜的國際環(huán)境，現(xiàn)代化國防對無人機發(fā)展的需求同樣十分強烈，特別是隨著人們對未來戰(zhàn)爭觀念、作戰(zhàn)形式和任務要求的改變，無人機的研發(fā)得到了一定的關注。由于我國地域寬廣，陸海空覆蓋面積大，無人機是朝著高中低空、遠中近程、低速和高速無人機搭配使用方向發(fā)展。
未來的空戰(zhàn)將是無人機之間的空戰(zhàn)，為了滿足戰(zhàn)爭的需要，我國需要有從短程到遠程，從低空到高空，從輕型到重型，從偵察到作戰(zhàn)，涵蓋各個范圍、各種用途全系列的無人機。我國現(xiàn)有的無人機類型遠遠不能滿足未來戰(zhàn)爭的需要，為了滿足國防發(fā)展需求，更好的發(fā)揮無人機作為有效軍事武器的潛力，有必要發(fā)展以下類型的無人機：特種作戰(zhàn)偵察使用的微型無人機；近程戰(zhàn)術偵察或者作戰(zhàn)需要的無人機；采用渦軸發(fā)動機的旋翼無人機；中高空中遠程無人機； 超高空超高速無人機。
我國無人機的發(fā)展很大程度上受制于動力，隨著我國無人機譜系的健全，現(xiàn)有動力裝置的發(fā)展越來越無法滿足平臺的需求。現(xiàn)有的發(fā)動機譜系只能滿足無人機動力的“有無”，不能滿足平臺對飛行速度、飛行高度、起降方式、續(xù)航時間、航程和經濟性等指標的不同要求。
為使動力與平臺更好的匹配，未來無人機動力的發(fā)展趨勢大致為：由于無人機平臺的多樣性，需求推力范圍大約為100～10000kgf的渦噴/渦扇發(fā)動機來配裝中高端無人機；功率不大于100kW活塞發(fā)動機配置低速無人機；功率不大于500kW的渦軸配裝旋翼無人機；功率不大于600kW的渦槳發(fā)動機配裝中低速無人機；沖壓組合發(fā)動機是最有希望用于高超聲速無人機的發(fā)動機；隨著新型發(fā)動機技術的發(fā)展，燃料電池推進系統(tǒng)、太陽能推進系統(tǒng)、脈沖爆震發(fā)動機、核動力渦輪發(fā)動機等新型動力也將發(fā)展成為于無人機的動力。其中，未來需求最強烈、裝備意義最大的幾型發(fā)動機包括用于高空長航時無人機的高性能大涵道比渦扇發(fā)動機、對地型無人攻擊機和制空型無人機配套的中等推力渦扇發(fā)動機，以及臨近空間超聲速無人機使用的渦輪沖壓組合發(fā)動機。
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