新概念飛行器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

李偉　李香　劉小光　秦琳晶

摘 要：創(chuàng)新是事物發(fā)展的源動(dòng)力，新概念飛行器成為了當(dāng)代飛行器發(fā)展的靈魂，也是科技快速發(fā)展的核心價(jià)值。文章介紹了新概念飛行器的意義及特點(diǎn)，闡明了國(guó)內(nèi)外新概念飛行器的進(jìn)展，分析了我國(guó)較國(guó)際先進(jìn)水平的差距并重點(diǎn)對(duì)各學(xué)科的綜合協(xié)調(diào)是新概念飛行器的關(guān)鍵所在加以明確。

關(guān)鍵詞：新概念；飛行器；綜合設(shè)計(jì)

1 新概念飛行器的提出及其意義

眾所周知，創(chuàng)新是事物發(fā)展的源動(dòng)力，伴隨著科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展的推動(dòng)，以及人們對(duì)高精尖飛行器的需求為牽引，促使了新概念飛行器的誕生。概念創(chuàng)新是未來(lái)各行業(yè)領(lǐng)軍人士不可或缺的殺手锏。所謂新概念飛行器，即集空天、仿生、綠色、變體于一身的尚處于探索和研發(fā)狀態(tài)的一類(lèi)飛行器。新概念飛行器成為了人們探索空天領(lǐng)域，促進(jìn)飛行相關(guān)事業(yè)發(fā)展的靈魂，是國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)相研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。

2 與傳統(tǒng)飛行器相比的具體特點(diǎn)

新概念飛行器與傳統(tǒng)飛行器相比在設(shè)計(jì)上，其飛行原理以及氣動(dòng)布局等方面有較大的提升，如果用時(shí)代性、節(jié)能性、作戰(zhàn)性等詞語(yǔ)來(lái)形容最為貼切。

具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：噪聲污染、廢氣排放控制、氣動(dòng)一體化設(shè)計(jì)等方面均可應(yīng)用于大型客機(jī)設(shè)計(jì)以及新一代環(huán)保型超聲速客機(jī)的設(shè)計(jì)，使其在環(huán)保性方面突出優(yōu)勢(shì)；而高生存性綜合設(shè)計(jì)方法則可用于大型軍用運(yùn)輸機(jī)和第六代戰(zhàn)斗機(jī)的設(shè)計(jì)，為提高其作戰(zhàn)能效奠定基礎(chǔ)；對(duì)于一些極端隱身性技術(shù)、遠(yuǎn)航程及超常續(xù)航能力方面的設(shè)計(jì)方法可用于先進(jìn)布局無(wú)人機(jī)、高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)； 寬包絡(luò)、多任務(wù)一體化設(shè)計(jì)將為設(shè)計(jì)適應(yīng)性更強(qiáng)的高超聲速飛行器模型提供保障，可用于吸氣式和超高速飛行器的設(shè)計(jì)。

簡(jiǎn)言之，新概念飛行器將具有高復(fù)雜性、高精密性、高先進(jìn)性，其綜合設(shè)計(jì)的方法將在現(xiàn)有多學(xué)科設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，向高度協(xié)同與學(xué)科耦合設(shè)計(jì)的方向發(fā)展。

3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

2012年6月，美國(guó)波音公司“鬼眼”氫動(dòng)力無(wú)人機(jī)成功首飛。最為突出的技術(shù)特點(diǎn)是它的動(dòng)力和燃料，發(fā)動(dòng)機(jī)采用兩臺(tái)以液氫為燃料的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，單臺(tái)功率11KW，巡航速度241Km/h，而排放的廢物只有水，是軍用飛行器中的收款綠色軍用飛機(jī)，此外，它的性能突出，其翼展約為45.72m，飛行高度可達(dá)20000m，留空時(shí)間長(zhǎng)達(dá)4天，這是目前大多數(shù)無(wú)人偵察機(jī)做不到的，可能成為未來(lái)無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向。

2012年7月，波音公司為美軍開(kāi)發(fā)的新型X-48C翼身融合體無(wú)人驗(yàn)證機(jī)完成了首次飛行，X-48C屬于民用項(xiàng)目，主要為未來(lái)的新型運(yùn)輸機(jī)、旅客機(jī)開(kāi)發(fā)一種平臺(tái)，因?yàn)樗[身效果好、經(jīng)濟(jì)性好、噪聲低，有可能把這種民用的無(wú)人駕駛驗(yàn)證機(jī)轉(zhuǎn)變成一種軍用的無(wú)人駕駛飛機(jī)，用它實(shí)施遠(yuǎn)距離偵查甚至遠(yuǎn)程攻擊。飛機(jī)翼展6.4m，是X-48B試驗(yàn)機(jī)的雙發(fā)派生型，是繼X-47B艦載無(wú)人機(jī)和X-37B空天無(wú)人飛機(jī)后美軍開(kāi)發(fā)的另一款極為重要的新概念無(wú)人機(jī)，其獨(dú)特的翼身熔合設(shè)計(jì)，在空中受到的阻力減小，不僅可提供額外的升力減少油耗，還能實(shí)現(xiàn)降噪效果，具備超強(qiáng)的靜音性能和隱身性能。X-48C的設(shè)計(jì)概念未來(lái)將被廣泛用于民用和軍用航空領(lǐng)域。美國(guó)媒體評(píng)價(jià)稱(chēng)：“X-48C或?qū)⒊蔀橄乱淮娇诊w行器的設(shè)計(jì)典范，是一款未來(lái)主義的機(jī)型?！?012年，美國(guó)空軍先后授予通用電器公司和惠普公司自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展項(xiàng)目合同，標(biāo)志著美國(guó)空軍針對(duì)第六代戰(zhàn)斗機(jī)等下一代作戰(zhàn)飛機(jī)的新一代發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展工作已經(jīng)全面展開(kāi)。據(jù)分析，基于該項(xiàng)目的發(fā)動(dòng)機(jī)裝于第六代戰(zhàn)斗機(jī)的作戰(zhàn)半徑可提高到25%-30%，超聲速巡航半徑可提高50%，續(xù)航時(shí)間可延長(zhǎng)30%-40%。可以預(yù)見(jiàn)，自適應(yīng)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)用化將帶來(lái)作戰(zhàn)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的又一次變革，并將為下一代作戰(zhàn)飛機(jī)帶來(lái)巨大戰(zhàn)機(jī)性能優(yōu)勢(shì)。

據(jù)新聞報(bào)道，美國(guó)在2014年宣布裁軍時(shí)，其預(yù)算其實(shí)是有增有減的，在某些方面有所減少，但尤其在“高精”技術(shù)方面投入實(shí)際上是增加的。打算花260億美元，約合人民幣1592億用于新武器研發(fā)和培訓(xùn)方面，這其中，有10億美元，約合人民幣61億投入到第六代戰(zhàn)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)項(xiàng)目，美國(guó)從2006年開(kāi)始第六代戰(zhàn)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的論證工作，從2007年開(kāi)始研發(fā)，預(yù)計(jì)將在2017年完成整機(jī)地面試驗(yàn)。

在2014年天津的直升機(jī)博覽會(huì)上，我國(guó)中航工業(yè)便向人們展示出新概念高速垂直起降機(jī)“絕影”和“藍(lán)鯨”。這種新概念飛行器是對(duì)傳統(tǒng)直升機(jī)速度極限的挑戰(zhàn)，據(jù)這款新概念飛行器的設(shè)想，“絕影8”無(wú)人飛行器通過(guò)兩個(gè)副旋翼共軸反轉(zhuǎn)達(dá)到相互平衡，并提供了飛行器所需的升力；對(duì)于拉力，則是在機(jī)身前面安置了雙排對(duì)轉(zhuǎn)拉力槳，這樣能提供較好的穩(wěn)定性。中航工業(yè)在本年度再接再厲，在天津舉辦的第三屆中國(guó)國(guó)際直升機(jī)博覽會(huì)上，展示了一款科技感極強(qiáng)的名為“飛鴻”的新概念飛行器。該飛行器是一款涵道旋翼飛行器，它具有懸停、短距起飛和飛機(jī)模式前飛的能力。它通過(guò)涵道旋翼實(shí)現(xiàn)懸停起飛，螺旋槳和機(jī)翼實(shí)現(xiàn)前飛，全機(jī)重量為60kg級(jí)，可執(zhí)行情報(bào)、監(jiān)事、偵察、和目標(biāo)獲取等任務(wù)。

總體來(lái)說(shuō)，目前，我國(guó)的飛行器設(shè)計(jì)和綜合設(shè)計(jì)方法的研究提出了六代戰(zhàn)機(jī)的可能方向，并建立了六代戰(zhàn)機(jī)綜合設(shè)計(jì)需要考慮評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（氣動(dòng)、隱身、性能、重量、變體結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)、生存力、費(fèi)用、效能、全電與光傳特性、研制風(fēng)險(xiǎn)、研制周期和可生產(chǎn)性），但是在創(chuàng)新與綜合設(shè)計(jì)多學(xué)科優(yōu)化方面與國(guó)際上尚且還有一定的差距，事實(shí)表明，今后我國(guó)相關(guān)科研工作者需要在飛行器新概念方面和綜合設(shè)計(jì)方面進(jìn)行深入研究。

綜上所述，新概念飛行器是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要我們摒棄現(xiàn)有的傳統(tǒng)思想，綜合考慮動(dòng)力能源、外形設(shè)計(jì)、航電材料以及穩(wěn)定載人等方面，綜合協(xié)調(diào)各學(xué)科才能形成較理想的設(shè)計(jì)方案。新的技術(shù)必然會(huì)帶來(lái)新的困難，但也必將會(huì)更加美好的詮釋量與量之間的相互轉(zhuǎn)換，我們拭目以待。

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