水空無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)

閆曉坤

引言：“躍鯊”水空無(wú)人飛行器填補(bǔ)了目前水空兩用飛行器的空缺，是無(wú)人潛艇和無(wú)人戰(zhàn)機(jī)的結(jié)合與升華?！败S鯊”突破了無(wú)人飛行器陸路起飛的局限性，采用水中潛艇發(fā)射的方式并結(jié)合渦扇—脈沖爆震組合發(fā)動(dòng)機(jī)、超空泡技術(shù)、氫能源的利用等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了綜合優(yōu)化。其在注重科技力的現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，必將成為主力軍。

一、任務(wù)描述

（一）戰(zhàn)斗任務(wù)與目標(biāo)

隨著海洋領(lǐng)域戰(zhàn)略地位的提高，攻破由航母組成的戰(zhàn)斗群成為戰(zhàn)爭(zhēng)中取勝的一個(gè)重要戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)?！败S鯊”水空無(wú)人戰(zhàn)斗飛行器的主要作戰(zhàn)任務(wù)即定位于敵方航母及其強(qiáng)大的作戰(zhàn)群與保護(hù)群。利用“躍鯊”水空兩棲的作戰(zhàn)，水下高機(jī)動(dòng)性的特點(diǎn)，可突破航母作戰(zhàn)群機(jī)動(dòng)能力較薄弱和單一的作戰(zhàn)防御模式，對(duì)其發(fā)起致命攻擊，從而攻破敵方的?？辗谰€。

（二）戰(zhàn)斗過(guò)程

圖1戰(zhàn)斗過(guò)程模擬圖

1、發(fā)射階段

“躍鯊”由潛艇吊艙攜帶進(jìn)入作戰(zhàn)海域。在潛艇部署完畢后，經(jīng)雷達(dá)掃描發(fā)現(xiàn)敵方艦隊(duì)，通過(guò)計(jì)算作出決策，并確認(rèn)攻擊。吊艙打開(kāi)，釋放“躍鯊”。此時(shí)“躍鯊”由渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)低速推進(jìn)，離開(kāi)潛艇。

2、突防階段

（1）針對(duì)航母戰(zhàn)斗群?！败S鯊”將攜帶兩枚超高速反艦導(dǎo)彈，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為其提供潛行動(dòng)力，不斷接近對(duì)方戰(zhàn)艦，當(dāng)對(duì)方戰(zhàn)斗群發(fā)現(xiàn)“躍鯊”后，可根據(jù)以下兩種不同情況進(jìn)行攻擊：1）若敵方采用干擾技術(shù)。誤判其為“魚(yú)雷”,則可直接水下接近艦隊(duì),改由脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)，此時(shí)利用超空泡技術(shù)使飛行器全面提速，使其在短時(shí)間內(nèi)將速度提至300節(jié)以上，在戰(zhàn)斗群正下方時(shí)鎖定目標(biāo)，并發(fā)射反艦導(dǎo)彈。2）若敵方采用硬殺傷反魚(yú)雷攔截（起飛躲避攻擊）。“躍鯊”將計(jì)算相遇時(shí)間，在與魚(yú)雷相距一海里時(shí)，隨著機(jī)翼的展開(kāi)通過(guò)鴨翼和全翼展襟翼以及超空泡的導(dǎo)向功能，以一定迎角躍出水面，通過(guò)脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)功率提高到極限狀態(tài)，低空掠海飛行，并加速到超音速突破航母戰(zhàn)斗群的防御圈。因其已在水中突破了水下防御圈，敵方在發(fā)現(xiàn)“躍鯊”變軌躍出水面時(shí)，反導(dǎo)彈系統(tǒng)已無(wú)法做出反映，或敵方進(jìn)行第二輪對(duì)空防御，“躍鯊”將以超音速突防，并在距地方一海里時(shí)，發(fā)射反艦導(dǎo)彈，這相當(dāng)與二次變軌，攻擊后 “躍鯊”迅速掠過(guò)戰(zhàn)斗群上空，并降低高度，適時(shí)再次進(jìn)入水面躲避導(dǎo)彈追擊。

（2）對(duì)潛艇的打擊。當(dāng)探測(cè)到敵方潛艇確定目標(biāo)后，派出“躍鯊”進(jìn)行打擊，己方潛艇靜止，保持最高隱蔽性，以提高潛艇的生存能力。“躍鯊”采用水下大機(jī)動(dòng)接近敵方潛艇，“躍鯊”單垂尾加全翼展襟翼構(gòu)成的5個(gè)舵面及超空泡系統(tǒng)，其可靈活機(jī)動(dòng)，全方位的可能性攻擊，使?jié)撏适Х烙芰Α?/p>

3、回收階段

“躍鯊”掠過(guò)危險(xiǎn)區(qū)域后，飛向海平面，并最終以安全速度回到水中，通過(guò)良好的隱形能力掩護(hù)向母潛艇駛?cè)?。?dāng)其到達(dá)潛艇下方時(shí)，由潛艇吊艙回收，再次裝彈以補(bǔ)充燃料。

三、總結(jié)方案

（一）總體布局

尺寸數(shù)據(jù)：機(jī)長(zhǎng)18.00 m，翼展11.40 m，折疊寬度6.2 m，機(jī)高3.30 m，機(jī)翼前緣后掠角29°；動(dòng)力裝置采用渦輪—火箭脈沖式組合發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪螺旋槳最大推力為59 nm，火箭脈沖爆震最大推力179.5千牛；重量及載荷：空重7400 kg，最大武器載荷18500 kg，機(jī)翼面積:53 m2，翼載荷263.6 kg/m2，機(jī)載燃料量1880 L；其性能：高空最大馬赫數(shù)3.05 M，作戰(zhàn)海平面平飛速度1450 km/h，最大航程800 km，最小平飛速度190 km/h，最大爬升率350 m/s，實(shí)用升限26000 m。該機(jī)模型如下圖所示。

圖2無(wú)人飛行器模型

（二）設(shè)計(jì)思路

1、發(fā)射系統(tǒng)

目前的無(wú)人飛行器在與水中潛艇部隊(duì)的合作進(jìn)攻中仍由進(jìn)步空間?！败S鯊”采用潛艇水中發(fā)射的方式，由潛艇吊艙攜帶入水后釋放。該種發(fā)射方式的優(yōu)勢(shì)在于：（1）其是在水中發(fā)射并接近攻擊目標(biāo)，使無(wú)人飛行器的隱蔽性大幅增強(qiáng)；（2）將?？兆鲬?zhàn)合為一體，使機(jī)動(dòng)、調(diào)配能力得到提升，并能及時(shí)調(diào)整作戰(zhàn)方案，使其有效地利用雷達(dá)盲區(qū)，提高突防能力，從而實(shí)現(xiàn)精確打擊，并降低戰(zhàn)爭(zhēng)成本。其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3飛行器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖

2、動(dòng)力系統(tǒng)

“躍鯊”為了適應(yīng)不同飛行狀態(tài)的條件，采用了無(wú)壓縮進(jìn)氣道渦輪—火箭脈沖式組合發(fā)動(dòng)機(jī)。在水中低速離開(kāi)潛艇時(shí)，“躍鯊”由渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)提供動(dòng)力，由于作戰(zhàn)環(huán)境的特殊性，“躍鯊”采用無(wú)進(jìn)氣道設(shè)計(jì)，爆震燃燒產(chǎn)生的爆震波使可爆燃料的壓力、溫度迅速升高（壓力可高達(dá)100個(gè)大氣壓，溫度可達(dá)2000 ℃）。因此，爆震燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)需傳統(tǒng)的壓氣機(jī)和渦輪部件便可達(dá)到對(duì)氣體進(jìn)行壓縮的目的，來(lái)解決在水中行進(jìn)時(shí)水會(huì)通過(guò)進(jìn)氣道進(jìn)入內(nèi)部的問(wèn)題,進(jìn)而解決了發(fā)動(dòng)機(jī)受水蒸氣影響的問(wèn)題。同時(shí),沒(méi)有壓縮進(jìn)氣道,飛機(jī)結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，重量減輕，且提高了飛機(jī)性能，并降低了成本。

3、輔助系統(tǒng)

超空泡發(fā)生器由艙體、產(chǎn)氣源、流量控制器、電氣控制盒、輸氣導(dǎo)管、噴嘴等組成。以下為超空泡發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4超空泡發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖

四、結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)“躍鯊”水空無(wú)人飛行器進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，其采用水中發(fā)射的方式，彌補(bǔ)了無(wú)人飛行器陸路起飛目標(biāo)易暴露的缺陷。動(dòng)力系統(tǒng)為組合式發(fā)動(dòng)機(jī)，可滿足3種不同飛行狀態(tài)。超空泡技術(shù)的應(yīng)用大幅提升了飛行器在水中的潛行速度，且水空結(jié)合的作戰(zhàn)方式使其作戰(zhàn)更為靈活，機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)，且隱蔽性好。

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作者簡(jiǎn)介

閆曉坤（1993-），男，本科。研究方向：飛行器設(shè)計(jì)與工程。