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首款可实现航母起降无人机

发布时间:2021-06-30 08:53:44 浏览数:


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美国军方近年来大力引进各式无人作战系统,不仅空军率先成立全球第一个无人机连队,陆军也在部队更新计划中配置了各种新型无人地面和空中作战系统,力求让基层连队也能使用无人作战系统,以降低作战风险。虽然美国陆军和空军对无人作战系统投入极大热情,美国海军的态度却相对保守。就在美空军已经将无人机从单纯的侦察任务扩展到侦察、搜索和救援等联合作战任务时,美海军却依然在原地踏步。直到2000年才勉强拨出200万美元进行海军无人机的初步概念验证研究。为了节省成本,美海军最后决定直接以国防部高级研究规划局正在进行的X-47“飞马座”(Pegasus)无人机计划为蓝本,从而发展出首款可实现航母起降的海军无人空中作战系统——

在X-47A“飞马座”无人机基础上诞生

在评估了X-47“飞马座”无人机的研究报告之后,美国海军正式决定,进行X-47A试验型无人机的研发。该机外观像一只风筝,采用全翼融合式设计,整体机身没有多余的突出物。可有效降低雷达波的反射,增强了无人机的隐形能力。

X-47A试验型无人机由一具加拿大普拉特·惠特尼公司(P&W Canada)生产的IT15D-5C涡扇发动机提供动力,额定推力14200牛顿。为了减少雷达与红外信号特征,将发动机和进气口都安装在机背,进气口采用平齐式设计,将不规则边缘反射雷达波信号的几率降到最低。进气道内部也特别设计,使发动机涡轮桨叶不会暴露在进气口范围内。不过相对于进气口和发动机位置的巧妙配置,X-47A的排气口就有些简单了,仅是一个圆柱形金属喷嘴。

至于在机体结构方面,X-47A大量采用复合材料,只需加压成型并且安装组件之后就可完成,和传统航空器制造流程相比,颇有塑料模型组合之感。也正是由于制造流程的改变,X-47A的平均制造工时和成本比同级无人机降低了35%。

X-47A于2003年在加州中国湖试验基地首飞,除了常规飞行性能测试之外,还针对航空母舰(下文简称“航母”)起降和海上作业需求进行了测试。根据此次测试结果,美海军在2006年选定诺斯罗普一格鲁曼集团领导,下辖多个著名军工企业,包括洛克西德·马丁公司、普拉特·惠拉特尼公司等,共同发展海军版X-47B无人机。但因为经费问题,加上美海军内部对于无人机的有效性仍未达成共识,因此曾经一度传出打算取消X-47B无人机发展计划,不过后来又决定继续发展,只是量产计划延期到2013年以后。

航空母舰操作的限制

美海军之所以迟迟没有向美空军看齐引进无人机,其原因很多,一方面是人为心态影响,一方面是技术限制使然。从人为心态来说,美国空军拥有庞大的编制,换装一个无人机作战连队对空军来说没有太大影响,但对于海军而言,换装一个无人机作战连队可能意味着要裁撤一个飞行员连队,而海军飞行员本来就不多,因此海军航空队军官团对引进无人机持反对意见也就不难理解了。

而从技术层面来说,要在航母上使用无人机的第一大问题就是要能够实现航母起降。无人机会占去航母上原本就有限的机库空间,这个问题如何解决?最初并没有应对方案。

另外,航母与陆上跑道不同,不但会移动,而且还会受到气象条件的影响。即便在风和日丽的天气,操纵无人机降落在航母上也困难重重,更不要说在恶劣海象下返航降落时可能发生的事故了。

当然也有不同意见指出,如果无人机配合航母导引助降系统就能更为准确地降落在航母上,但问题是这种装备不可能百分之百有效,总有失灵的时候。而且航母飞行甲板空间狭小,为避免事故发生,无人机从机库到甲板,再从甲板到弹射器定位的过程都需要牵引。全程牵引,故障率显然较高。如果建立半自主引导机制,相对来说又耗用有限的甲板空勤人力。而半自主引导虽然能节省人力,但万一出错就可能撞机。在作战行动中,航母上的许多舰载机都是在甲板上挂弹加油,只要一架无人机出事,就可能殃及其他舰载机,酿成不可挽回的损失。

除了基本作业问题之外,无人机进出航母群防空包围圈时的管理与识别也是一大问题。目前提出的方案有两种,除了传统的敌我识别器之外,还包括设立管制空域和等待区,也就是未来无人机在进出防空包围圈时,必须遵循特定航道并且在等待区盘旋,这样就能避免因为识别错误导致的误击事件。

虽然限制很多,但美海军也很清楚换装部分无人机将给航母群带来的优势:由于无人机的体积相对较小,因此能够在有限的甲板空间内搭载更多的无人机。美国航母上的升降机可同时运送3架X-47A,是当前有人舰载机运送效率的1.5倍,提前了舰载机的出动和回收效率。对于有人舰载机尺寸越来越大的状况,这的确是最大的好处。美海军目前使用的F-18E空机质量已近14吨,最大起飞质量可达30吨,这也是美海军航母越造越大,但是舰载机数量却难以增加的主要原因。如果将部分有人舰载机换成体积较小的无人机,那么舰载机连队可供调派的出击架次就会大为增加。特别是在需要长期空巡的低强度冲突和维和行动中,采用有人机和无人机互相搭配的方式。将能减少飞行员的出勤负荷。

X-47B的基本设计

为了配合航母作业需求,X-47A无人机在外形尺寸上力求紧凑。虽然其翼展和F/A-18相去不远,但是长度足足缩短了近7m,高度也降低了1m,在外侧机翼收折后,宽度更是减少到9m——这意味着在相同机库空间内可以装进更多的X-47B。

X-47B采用传统的三点式起落架,但结构经过特别加强,以适应航母起降的严苛标准。

由于大量采用复合材料,X-47A的空机质量仅有6.35吨,但最大起飞质量却可达到20,2吨。出于隐形考虑,X-47B采用内埋式武器和设备舱,为了适应不同武器尺寸的需求,X-47B放弃X-47A的两个独立武器舱,改为单一型武器舱。武器舱位于机腹中部,装有伸缩式武器挂架,方便地勤人员挂载武器。根据美海军设想,X-47A将负责协同F/A-18有人机进行对地打击任务,必要时也能单独出动,增加有人机的任务架次弹性。不过因为内载武器数量有限,X-47B初期将以精确打击点目标为主。目前X-47B预定的主要武器为质量0.9吨的GBU-31(V)2/B联合直攻弹药。

X-47B预定换装普拉特·惠特尼公司的F100-PW 220涡扇发动机,这也是美空军现役F-15/16战斗机的发动机。该发动机的最大军用推力可达79000牛顿,能使X-47B以高亚音速飞行。为了减少排气口热信号特征,X-47B采用了类似B-2轰炸机的二维排气口,不过目前从原型机来看,并未采用矢量推力设计。就隐形设计而言,X-47B和诺斯罗普格鲁曼集团早年为美国空军研制的B-2隐形轰炸机颇有相似之处,同样采用飞行翼设计(全翼融合、无尾翼),发动机配置和进、排气道结构也很类似。

因为技术限制,目前诺斯罗普一格鲁曼集团尚未启动为X-47B增加空中加油系统的计划,但未来极可能会有空中加油型出现,以提高无人机远程,长时间飞行的能力。以机载油量执行攻击任务时,X-47B的最大航程为3889km,扣除10%的预备燃料,未来X-47B量产型作战半径预计在1500km以上,足可弥补目前F/A-18机队航程不足的问题。

第一架X-47B技术展示原型机已经在2008年底出厂,预计将进行为期3年的测试,于2011年进行航母操作测试。如果一切顺利的话,第一批量产型X-47B将在2013年以后配属美军航母打击群。

未来发展

目前X-47B发展计划最大的难题就是军事预算,在经济不景气的大环境下,新任美国政府对于无人机计划的军事预算持何种态度,将最终决定海军版X-4713无人机的未来走向。

编辑 刘兰芳

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