在殲-8戰(zhàn)斗機(jī)首飛50年之際，近日，中國(guó)航空工業(yè)公司推出了一部以沈飛產(chǎn)品為主角的宣傳片。在宣傳片的結(jié)尾部分，出現(xiàn)了一組神秘的艦載飛翼型無人機(jī)的電腦模擬畫面。這再次引發(fā)外界對(duì)艦載無人機(jī)的關(guān)注。

該隱身無人機(jī)采用飛翼式布局

目前，各國(guó)航母仍然主要使用有人駕駛飛機(jī)，航母搭載的固定翼無人機(jī)尚處于開發(fā)驗(yàn)證階段，但是伴隨著無人機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和任務(wù)的拓展，艦載無人機(jī)編入航母編隊(duì)艦載機(jī)聯(lián)隊(duì)，只是時(shí)間問題了。那么，這些艦載無人機(jī)將主要完成哪些任務(wù)？未來需要走哪些技術(shù)路線呢？

艦載無人機(jī)發(fā)展美國(guó)是“領(lǐng)頭羊”

陸基無人機(jī)早已服役很多年，但是各國(guó)軍方對(duì)艦載無人機(jī)的使用始終非常謹(jǐn)慎。這是因?yàn)榕炤d無人機(jī)起降的控制要比陸基要求更高，在堆滿飛機(jī)的狹窄的甲板上起降必須絕對(duì)可靠，否則可能對(duì)航母帶來嚴(yán)重毀壞。

隨著技術(shù)進(jìn)步，本世紀(jì)初以來，以美國(guó)為代表的航母擁有國(guó)開始研究無人機(jī)上艦問題。目前以及未來相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間的艦載無人機(jī)可能主要集中于以下任務(wù)領(lǐng)域。

首先是中遠(yuǎn)程對(duì)地打擊，這也是目前的中大型無人機(jī)的一個(gè)重點(diǎn)任務(wù)領(lǐng)域。美國(guó)航母打擊群艦載機(jī)的一個(gè)主要任務(wù)是對(duì)敵方實(shí)施對(duì)地打擊，這占用了大量的飛行任務(wù)量。美國(guó)艦載機(jī)往往能在對(duì)方戰(zhàn)斗機(jī)作戰(zhàn)半徑外發(fā)起打擊，以確保航母平臺(tái)安全。然而，隨著反航母手段的進(jìn)步，有些國(guó)家可以從一兩千公里外對(duì)航母實(shí)施精確打擊。為了在對(duì)方反航母武器攻擊范圍外發(fā)動(dòng)空襲，延長(zhǎng)航母編隊(duì)打擊范圍，研制專門的遠(yuǎn)程攻擊機(jī)變成為一個(gè)選擇。

美國(guó)海軍就曾于2007年 8月曾與諾思羅普·格魯曼公司簽署一份價(jià)值6.358億美元、為期6年的“無人空中作戰(zhàn)系統(tǒng)演示計(jì)劃”（UCAS-D）項(xiàng)目合同。這個(gè)演示計(jì)劃實(shí)際上就是為了研制一種對(duì)地打擊無人機(jī)進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證。最終上艦試驗(yàn)的X-47B機(jī)長(zhǎng)11.65米，翼展18.9米，機(jī)體高3.17米，最大起飛總重約20噸，武器載荷2041千克，極限過載6G，最高速度為高亞音速。該機(jī)翼展長(zhǎng)于F/A-18E/F，最大起飛重量接近F/A-18C，不進(jìn)行空中加油時(shí)續(xù)航時(shí)間大于6小時(shí)，最大航程大于2100海里，而這個(gè)數(shù)據(jù)是比較保守的。當(dāng)然，最后這個(gè)項(xiàng)目在完成上艦試驗(yàn)后就取消了。

其次是進(jìn)行空中加油?？罩屑佑蛯?duì)于航母艦載機(jī)來不可或缺的，它可用于確保惡劣海況條件下協(xié)助回收戰(zhàn)機(jī)，另一方面也有助于提高現(xiàn)有飛機(jī)的作戰(zhàn)半徑。目前，艦載加油機(jī)通常以改裝現(xiàn)有戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)行伙伴加油的方式進(jìn)行。美國(guó)F/A-18E/F“超級(jí)大黃蜂”20%-30%的任務(wù)被用來進(jìn)行空中加油。研制一種專職無人機(jī)加油機(jī)則能“解放”這些擔(dān)負(fù)伙伴加油任務(wù)的戰(zhàn)斗機(jī)。目前正在進(jìn)行的MQ-25“黃貂魚”無人機(jī)主要用于擔(dān)負(fù)這一任務(wù)。MQ-25可將大約15000磅燃油運(yùn)送至距航母約500海里的空域，可將己方戰(zhàn)機(jī)的打擊半徑增大400海里，而目前F/A-18E/F的典型作戰(zhàn)半徑只有450海里，這相當(dāng)于讓其作戰(zhàn)半徑延長(zhǎng)一倍，達(dá)到850海里。

第三用于情報(bào)保障任務(wù)，可用于實(shí)施雷達(dá)、紅外、光學(xué)偵察和電子偵察，或者擔(dān)負(fù)通信中繼任務(wù)。用艦載戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)進(jìn)行情報(bào)支援保障對(duì)于美國(guó)這樣的全球強(qiáng)國(guó)來說緊迫性沒那么強(qiáng)。因?yàn)槠湮挥谌蚧氐拇笮颓閳?bào)保障飛機(jī)比較多。對(duì)于遠(yuǎn)離航母戰(zhàn)斗群的區(qū)域，可以依托大型空基、天基平臺(tái)提供支援，或者用RQ-170這樣的隱身平臺(tái)完成。也可以依靠F-35這類戰(zhàn)斗機(jī)執(zhí)行這類任務(wù)，這類平臺(tái)具有很強(qiáng)的偵察任務(wù)載荷。而對(duì)于不具備上述偵察體系的國(guó)家來說，這類艦載偵察平臺(tái)在大洋作戰(zhàn)往往是不可或缺的。

相對(duì)于艦上現(xiàn)有戰(zhàn)斗機(jī)平臺(tái)，質(zhì)量、尺寸相當(dāng)?shù)臒o人機(jī)更適合完成這些任務(wù)。因?yàn)檫@些無人機(jī)沒有進(jìn)行超聲速飛行、高機(jī)動(dòng)性的戰(zhàn)術(shù)要求。所以可以把設(shè)計(jì)重點(diǎn)放到增大航時(shí)、提高載荷等性能上。由于無人機(jī)取消了座艙和圍繞飛行員的支援保障設(shè)備和空間，又會(huì)進(jìn)一步增大上述優(yōu)勢(shì)。這一點(diǎn)對(duì)中輕型戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)更為重要。另外，這些飛機(jī)不需要太大的過載，所以結(jié)構(gòu)重量更低。比如說，常規(guī)戰(zhàn)斗機(jī)需要由9G左右的過載，而X-47B只需要6G過載。加之這些支援保障任務(wù)，例如空中加油、對(duì)地攻擊不需要在空中進(jìn)行復(fù)雜機(jī)動(dòng)，對(duì)于飛行控制系統(tǒng)的要求要比無人戰(zhàn)斗機(jī)相對(duì)較低，所以無人機(jī)率先在這些領(lǐng)域突破。

相比之下，用于空戰(zhàn)的艦載戰(zhàn)斗機(jī)可能會(huì)晚于上述支援保障和對(duì)地攻擊無人機(jī)的出現(xiàn)。因?yàn)榭諔?zhàn)無人機(jī)的要求更高，除了上述性能之外，還要有超聲速飛行、亞聲速高機(jī)動(dòng)性的要求，同時(shí)還需要基于AI的無人控制技術(shù)的突破，這些問題的解決都需要一定時(shí)間。目前的艦載戰(zhàn)斗機(jī)剛剛開始進(jìn)行換代，換裝隱身飛機(jī)，比如說美國(guó)海軍剛開始用F-35替代F/A-18，所以無人化的戰(zhàn)斗機(jī)的需求會(huì)稍晚些。當(dāng)然，后發(fā)型國(guó)家，反到可以考慮無人艦載機(jī)上艦。

艦載無人機(jī)必須具備高隱身性能

為了滿足作戰(zhàn)需要，對(duì)地攻擊型和支援保障型無人機(jī)必須具有以下性能：高隱身性能，以滿足嚴(yán)密設(shè)防區(qū)域下作戰(zhàn)要求；非常好的亞聲速巡航效率，以盡量提高航程；較高的起降性能，滿足航母大載荷起降的要求；比較大的載荷能力，以滿足任務(wù)載荷和油量的搭配。另外，外形尺寸和起飛重量也要滿足艦上起飛和降落的要求。

高隱身性能的要求很容易理解，這是未來空中作戰(zhàn)的基本要求。在先進(jìn)防空系統(tǒng)、預(yù)警和隱身戰(zhàn)斗機(jī)已經(jīng)逐漸普及的情況下，沒有隱身性能的無人機(jī)根本無法在嚴(yán)密設(shè)防的空域生存。前段時(shí)間美國(guó)海軍的“全球鷹”無人機(jī)被擊落就是一個(gè)典型的例子。未來的無人機(jī)則可能需要完成火中取栗的任務(wù)。即便在遠(yuǎn)離別國(guó)“競(jìng)爭(zhēng)性空域”的區(qū)域完成空中加油這類任務(wù)也對(duì)隱身性有較高要求。由于接受加油的很可能是隱身戰(zhàn)斗機(jī)，如果其本身不具備隱身功能，無疑是對(duì)保障對(duì)象戰(zhàn)斗力的一種削弱。

亞聲速巡航效率，簡(jiǎn)單來說就是在亞聲速巡航時(shí)阻力系數(shù)小，升阻比高，這樣可以以較低的油耗獲得更遠(yuǎn)的航程。傳統(tǒng)的戰(zhàn)斗機(jī)由于要考慮進(jìn)行超聲速飛行并盡可能提高亞聲速的機(jī)動(dòng)性，其亞聲速巡航效率要比采用大展弦比機(jī)翼的運(yùn)輸機(jī)、偵察機(jī)小很多，這一點(diǎn)也是很難兼顧的。

飛機(jī)的起降性能對(duì)艦載機(jī)來說尤為重要。艦上起降要求飛機(jī)的起降速度盡量小，可以在低速下比較好的控制飛機(jī)；起降迎角比較小，便于觀察航母甲板。無人機(jī)對(duì)起降迎角的考慮可以放寬些。有人機(jī)載著艦時(shí)要求迎角不能太大，否則飛行員無法觀察到甲板，不利于降落，而無人機(jī)則無此顧慮。艦載機(jī)通常采用中小后掠角機(jī)翼，飛機(jī)的升力線斜率比較高，并使用大型的后緣襟翼增升。

為了達(dá)到這些技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)要求，到目前為止，艦載無人機(jī)主要使用了3類布局形式。競(jìng)標(biāo)MQ-25無人加油機(jī)的3個(gè)方案就比較有代表性。

其中第一個(gè)方案是通用原子能公司基于“捕食者C”（復(fù)仇者）研制的，是3個(gè)方案中成熟度較高的，或者說最為傳統(tǒng)的。它采用常規(guī)布局方式，使用了大展弦比、帶有翼梢小翼的平直機(jī)翼，升阻比高，巡航阻力低。這是傳統(tǒng)長(zhǎng)航時(shí)飛機(jī)的典型布局方式，但是其設(shè)計(jì)未對(duì)隱身進(jìn)行優(yōu)化，隱身性能欠佳。

洛克希德·馬丁公司的MQ-25方案使用了飛翼布局

美國(guó)洛·馬公司提出的方案是一種飛翼布局飛機(jī)，類似該公司的RQ-170無人機(jī)。通常而言，飛翼布局具有升阻比高、隱身性能好、載重系數(shù)高的特點(diǎn)，在相同展弦比的情況下，通常航程最高，所以是對(duì)地攻擊型隱身無人機(jī)采用最多的布局形式之一。隱身轟炸機(jī)也非常青睞這種布局形式，比如美國(guó)的B-2、B-21都使用了這種布局形式。除了類似RQ-170的這種風(fēng)格的飛翼以外，還有X-47B這種雙后掠角型、X-47A的風(fēng)箏型，這都屬于飛翼的不同形式。不過，洛克希德·馬丁公司提供的方案有些粗糙，似乎并未進(jìn)行專門優(yōu)化。

第三種形式實(shí)際上也是常規(guī)布局方式，嚴(yán)格意義上講不能算獨(dú)立的布局方式，只不過在機(jī)身設(shè)計(jì)上比較用心，機(jī)身本身也能產(chǎn)生較大的升力。波音公司提供的方案就屬于這種類型，其布局與通用原子能公司的方案有些類似，采用較大的展弦比的矩形平直機(jī)翼提高升阻比，該機(jī)的機(jī)身扁平，升力特征要比通用原子能公司的方案更優(yōu)，有些升力體的設(shè)計(jì)特色，另外隱身性能更好。最后的結(jié)果也是波音公司的方案贏得了MQ-25的項(xiàng)目競(jìng)標(biāo)。

飛翼布局無人機(jī)是否適合上艦？

中航工業(yè)宣傳片中一閃而過的飛翼型無人機(jī)，外形類似X-47B。與去年珠海航展上航天科技展出的“彩虹”飛翼型型無人機(jī)也比較相似，是一種雙后掠角的飛翼布局方案。對(duì)此人們或許會(huì)問，未來飛翼型無人機(jī)是否是艦載無人機(jī)的最佳選擇呢？

飛翼布局的最大優(yōu)勢(shì)之一是隱身性能好，由于飛翼布局翼面與機(jī)身融合度高，表面由光滑連續(xù)曲面構(gòu)成，幾乎不存在空腔、銳角、凸起等強(qiáng)烈的雷達(dá)反射源。特別是取消了垂直尾翼，減少了飛機(jī)一大雷達(dá)反射源。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是亞聲速巡航效率高。亞聲速飛行時(shí)的阻力主要來自于摩擦阻力，摩擦阻力主要取決于飛機(jī)的浸潤(rùn)面積（又叫“濕面積”），這個(gè)可以簡(jiǎn)單地視為暴露在空氣中的表面積。相同展弦比的情況下，飛翼的濕面積比較小。而且飛翼幾乎沒有機(jī)翼和機(jī)身的明顯區(qū)分，都可以用來產(chǎn)生升力。一般來說，展弦比越大，升阻比越高。所以，衡量一架飛機(jī)的亞聲速巡航效率的參數(shù)是“浸潤(rùn)展弦比”。相同展弦比下，浸潤(rùn)面積小的飛機(jī)，巡航升阻比就高，這就是飛翼的優(yōu)勢(shì)。此外，飛翼較大的機(jī)翼面積使得單位面積翼載荷大大降低，同時(shí)整個(gè)飛機(jī)的重量分配更加合理。

但是飛翼布局的主要問題在于控制比較難。因?yàn)轱w翼取消了垂直尾翼，這會(huì)導(dǎo)致航向穩(wěn)定性存在問題。這就會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)“忽左忽”右。早期的飛翼通常在后緣使用一些小的垂直安定面，但這會(huì)降低飛翼的隱身優(yōu)勢(shì)，也未能根本上解決航向穩(wěn)定性問題。飛翼不得不利用新的控制面來代替垂尾的功能，例如開裂式阻力方向舵。它通過增大一側(cè)機(jī)翼阻力的方式，來控制和保持飛機(jī)的航向穩(wěn)定性。

由于縱向和橫航向配平都依靠機(jī)翼后緣裝置進(jìn)行，這很容易導(dǎo)致多個(gè)方向發(fā)生耦合。因?yàn)檫@些舵面都布置在飛翼后緣，它們往往并不是單獨(dú)工作，單獨(dú)發(fā)揮作用的。有時(shí)候一個(gè)舵面要同時(shí)擔(dān)負(fù)多個(gè)舵面的作用，比如，它可能既是升降舵又是副翼，既是方向舵，也要當(dāng)減速板。有的舵面的一個(gè)動(dòng)作，可能都會(huì)帶來縱向、航向和橫向三個(gè)方向的耦合。這就需要在控制系統(tǒng)中“解耦”，這就涉及到復(fù)雜的控制問題了。因此說，飛翼最關(guān)鍵的是解決控制問題，這既有硬件上的創(chuàng)新，更多的是要解決軟件和控制理論上的難題。

對(duì)于艦載機(jī)來說，由于對(duì)起降性能要求更高，這時(shí)候需要機(jī)翼后緣的控制偏頻繁調(diào)整，并保持一定的迎角，這對(duì)飛翼的控制系統(tǒng)要求更高。

有意思的是，最初研制被外界認(rèn)為“將改變航母作戰(zhàn)方式”的X-47B艦載機(jī)的諾斯羅普·格魯門公司放棄了利用X-47B的研制成果競(jìng)爭(zhēng)MQ-25項(xiàng)目的努力，而洛克希德·馬丁公司的飛翼方案中也在競(jìng)標(biāo)中失利，加之美國(guó)空軍論證的未來隱身加油機(jī)方案中，也沒有純飛翼出現(xiàn)，這也確實(shí)讓外界對(duì)飛翼布局是否適合艦載，特別是是否適合擔(dān)負(fù)艦載加油機(jī)（燃油的密度相對(duì)較小，對(duì)體積要求大）任務(wù)產(chǎn)生了懷疑。這究竟是飛行控制上的原因，還是容積率的原因，或者是一種巧合，恐怕仍然需要時(shí)間來驗(yàn)證。