中航工業燃氣渦輪研究院副院長的文章：無人機動力發展的思考

作者：中航工業燃氣渦輪研究院副院長、總設計師 黃維娜

無人機作為一支新興的空中力量在現代戰爭中發揮了重要的作用，特別是在海灣戰爭、阿富汗反恐戰爭和伊拉克戰爭中，無人機執行了偵察、監視、電子對抗和遠距攻擊等任務，取得了相當好的戰果，使人們更加確信無人機作為有效軍事武器在未來戰爭中的重要作用。無人機已經成為航空科技領域中最活躍和最重要的發展方向之一，無人作戰飛機極有可能取代常規有人作戰飛機稱雄未來的天空。無人機的發展離不開動力技術的推動，作為無人機係統發展的基石，無人機動力的發展直接關係到無人機裝備的發展。本文在分析國外與我國無人機及其動力現狀的基礎上，提出了未來我國無人機動力發展的思考。

國外無人機及其動力發展現狀與趨勢

無人機現狀與發展趨勢

從國外無人機的發展來看，無人機的研發工作得到了很多國家的高度關注，全世界範圍內約有30多個國家和地區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。無人機以其平台特有的能力成為了牽引21世紀航空科技發展的核心力量。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、通信聯絡機等輔助性作戰任務到從執行空中偵察、戰場監視到壓製敵方防空係統、對地攻擊等主要任務，實現偵察/打擊/攻擊一體化，所發揮的作用越來越大。未來無人機發展主要沿著“靶機—ISR—察打一體化—無人作戰飛機—空天一體化”的軌跡發展。

從國外無人機的發展特點來看，未來無人機發展將會有以下四個發展趨勢：

第一、無人偵察機從低空偵察向高空長航時發展。高空長航時無人偵察機將具備高隱身、高速、高空、長航時等發展特點。

第二、無人機從單一偵察向察打一體、無人作戰飛機發展。無人作戰飛機以任務為中心，無需考慮飛行員的承受能力等因素，它能夠壓製敵防空、實施對地轟炸與攻擊，可以實現大過載，確保零傷亡，在速度、高度、航程和隱身性、機動性方麵有鮮明的優勢。

第三、無人作戰飛機從對地攻擊向製空型無人戰鬥機發展。無人戰鬥機除具有對地攻擊的特點外，側重於進行空中攔截、空中格鬥，一般用於消耗戰，爭奪製空權，既可以縱深打擊，又可以遠程偵察和監視，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展。從航空航天技術發展方向與技術製高點出發，無人機向高空高速、臨近空間高超聲速無人機發展是必然的發展趨勢，其發展特點是：飛行馬赫數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；可實現全球到達等。

無人機動力發展現狀及趨勢

目前，國外無人機的動力主要以活塞發動機和燃氣渦輪發動機為主。活塞發動機適用於低速、低空以及起飛重量小的無人機。對於速度、高度、質量都較高的無人機而言，燃氣渦輪發動機是最合適的動力裝置。隨著燃氣渦輪發動機技術的不斷發展進步，關鍵技術指標如耗油率、推進能力和壽命等越來越優，燃氣渦輪發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展趨勢是以渦扇發動機為主。渦扇發動機耗油率相對較低，具有壽命長、成本低、易於實現係列化等優點，非常適合於未來無人機平台對動力的需求。從國外無人機的現狀和發展趨勢看，目前在研和擬研的高端無人機動力也基本以渦扇發動機為主。例如，歐洲的“神經元”驗證機選用“阿杜爾”渦扇發動機。美國“聯合空戰係統計劃”（J-UCAS）中發展的X-45A／B和X-47無人戰鬥機的驗證樣機選擇了現有渦扇發動機。

隨著無人機從低空低速向高空高速、臨近空間高超聲速發展，常規渦扇發動機已經不能完全滿足其對動力裝置的要求，需要研製新型動力，如發展變循環發動機（VCE）和渦輪基組合循環動力（TBCC）等。

通過對國外無人機動力發展趨勢的分析，可以推斷出未來無人機的動力將主要以渦扇發動機為主，其推力量級大致處於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、高速發展，要求待機時間長、留空時間長和續航能力強，因此對發動機的耗油率要求非常嚴格，最優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，這對發動機設計提出了新的挑戰。未來的無人機要根據任務需要，能夠進行自適應控製，適應多任務平台需求，因此動力裝置設計時肯定要考慮自適應控製的要求。總之，未來無人機的動力關鍵技術將以低油耗、大過載、高隱身、自適應控製、長壽命等為發展重點。

我國無人機及其動力現狀及發展趨勢

無人機發展現狀與趨勢

我國作為一個幅員遼闊的大國，身處複雜的國際環境，現代化國防對無人機發展的需求同樣十分強烈，特別是隨著人們對未來戰爭觀念、作戰形式和任務要求的改變，無人機的研發得到了一定的關注。由於我國地域寬廣，陸海空覆蓋麵積大，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展。

未來的空戰將是無人機之間的空戰，為了滿足戰爭的需要，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，涵蓋各個範圍、各種用途全係列的無人機。我國現有的無人機類型遠遠不能滿足未來戰爭的需要，為了滿足國防發展需求，更好的發揮無人機作為有效軍事武器的潛力，有必要發展以下類型的無人機：特種作戰偵察使用的微型無人機；近程戰術偵察或者作戰需要的無人機；采用渦軸發動機的旋翼無人機；中高空中遠程無人機； 超高空超高速無人機。

無人機動力現狀與發展趨勢

我國無人機的發展很大程度上受製於動力，隨著我國無人機譜係的健全，現有動力裝置的發展越來越無法滿足平台的需求。現有的發動機譜係隻能滿足無人機動力的“有無”，不能滿足平台對飛行速度、飛行高度、起降方式、續航時間、航程和經濟性等指標的不同要求。

為使動力與平台更好的匹配，未來無人機動力的發展趨勢大致為：由於無人機平台的多樣性，需求推力範圍大約為100～10000kgf的渦噴/渦扇發動機來配裝中高端無人機；功率不大於100kW活塞發動機配置低速無人機；功率不大於500kW的渦軸配裝旋翼無人機；功率不大於600kW的渦槳發動機配裝中低速無人機；衝壓組合發動機是最有希望用於高超聲速無人機的發動機；隨著新型發動機技術的發展，燃料電池推進係統、太陽能推進係統、脈衝爆震發動機、核動力渦輪發動機等新型動力也將發展成為於無人機的動力。其中，未來需求最強烈、裝備意義最大的幾型發動機包括用於高空長航時無人機的高性能大涵道比渦扇發動機、對地型無人攻擊機和製空型無人機配套的中等推力渦扇發動機，以及臨近空間超聲速無人機使用的渦輪衝壓組合發動機。

未來我國無人機動力發展思考

為了更好地發揮無人機作為有效軍事武器的作用，發揮平台的潛力，我們應高度重視無人機動力的研發。美國在《無人機係統路線圖（2005-2030）》指出：“推進技術和處理器技術是無人機的兩大關鍵技術”，由此可見動力技術的發展對無人機係統的發展起著尤為關鍵的作用。我國無人機動力發展應該以我國各軍兵種無人飛行器發展需求為依據，針對未來重點發展的無人作戰飛機、高空長航時無人機、高超聲速空天無人機等高端無人機平台，兼顧其他無人機需求，以核心機及渦輪衝壓組合發動機為主線，遵循“加強預研、自主創新，統籌規劃、係列發展，填補空白、占領高端”的發展原則，突破無人係統動力裝置關鍵技術，通過新研和現有動力係列發展等方式，研製出滿足國內軍民用無人機係統發展需要的各類動力裝置。

為了滿足高端無人機對動力的需求，本文提出以下無人機動力發展設想：

（1）戰鬥機是天空當仁不讓的主角，無人作戰飛機以其“零傷亡”、“非接觸”、“無流血”和超機動、大過載等特有優勢成為未來空戰的主力，因此無人作戰飛機的發展迫切。無人作戰飛機的發動機，一方麵可以在現有的先進中等推力渦扇發動機核心機基礎上，研製無人作戰飛機專用動力裝置。這種發展方法，技術風險較小，成本可控。另外一方麵可以發展新一代的具有低油耗、大過載、矢量推力、隱身性能好等特點的先進航空發動機。

（2）知己知彼方能百戰不殆，高空長航時無人機作為戰場偵察的主力，是信息時代戰爭不可或缺的組成元素，它可以使我們了解戰場的變化，從而做出應對。對高空長航時無人機，鑒於其長壽命，高經濟性的特點，可以采用大涵道比渦扇發動機，但由於其對高空低速性能要求較高，需要考慮高空低雷諾數的情況。國內高空低雷諾數設計技術基礎較為薄弱，可以優先發展。

（3）善攻者攻於九天之上，更高的高度、更快的速度始終是任何一個國家、一支軍隊不懈的追求。超高空超高速無人飛機或空天飛機則始終是更新更強的裝備，也是世界各國都不遺餘力努力發展的方向。針對這類具有前瞻性發展潛力的無人機，其動力的發展我們可以根據現有的技術儲備，優先考慮發展渦輪衝壓組合發動機、超燃衝壓發動機等新型動力。

措施與建議

1.加大投入，強化基礎。

我國發動機研製基礎本身就比較薄弱，而對於無人機發動機研究才起步不久，對應的基礎設施更加薄弱。由於無人機動力使用特點對發動機的特殊要求，如高空低雷諾數、大過載等，需要在研製過程中提前進行驗證與研究。同時，由於用於無人機所帶來的交聯控製、電磁環境等方麵的技術挑戰，一方麵需要建立相應的試驗設施，另一方麵需要開展大量的基礎研究工作。所以，發展無人機動力首先就要加大投入，強化基礎。

2.加強預研，自主創新。

應長期堅持動力先行的原則，積極開展無人機動力技術的預先研究和自主創新工作，為適應未來無人機發展的要求打好基礎。動力裝置的類型不同，預先研究的關鍵技術也不同，應分別製訂針對各種無人機動力的預研計劃，建議國家用類似於民用飛機發動機計劃的形式，將無人機動力技術預研項目打包，重點抓關鍵技術驗證和轉化。

3.統籌規劃，係列發展。

無人機是當前國防裝備研究的熱點，應製定合理的無人機發展路線，合理謀劃無人機動力的發展戰略，尤其對國防和經濟建設有顯著影響的中小型渦扇發動機應予以重點研究。在高性能核心機的基礎上，係列化派生發展發動機，解決不同類型無人機平台對動力裝置的需求。

4.填補空白，占領高端。

重點突破中等推力渦扇發動機和高空長航時大涵道比渦扇發動機技術，填補無人機動力型譜空白。圍繞高空長航時、無人作戰以及臨近空間高超聲速等高端無人機，解決相應動力裝置研製的關鍵技術，重點研製幾型發動機，滿足高端無人機的動力需求。（中航工業燃氣渦輪研究院副院長、總設計師 黃維娜）






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