未来飞行器设计构想：潜母计划及“左右手”
未来飞行器设计构想：潜母计划及“左右手”联合效果图。联合效果图。鲲鹏效果图。龙影效果图。第一章 前言1.1 二十一世纪战场前瞻未来高技术武器发展的特点和趋势自“沙漠风暴”行动八年来，高技术战争和发达国家的武器装备发展计划大体上可以看出，2020年前后武器装备将进入到信息化时代，将逐步实现体 系化、信息化、网络化、精确化、隐身化和轻小型化，并可能呈现无人化的发展趋势。21世纪战场将成为陆、海、空、天、信息五维战场，作战空间将向外层空间 扩展。信息战武器、电子战武器、一体化装备、隐身武器、精确制导武器、军用航天装备、无人机机器人武器将成为军事大国21世纪占优势的主导武器装备，也 是发展中国家极力谋求的军事手段，动能与定向能等新概念武器也将陆续实用化。未来高技术武器装备的发展呈现以下的特点和趋势：一、信息进攻与信息防御的攻防对抗将成为未来战争的焦点。计算机网络攻击与防御是信息战的重要内容。这种攻防对抗属于静悄悄的战争较量，其战略 破坏性可与核生化大规模杀伤性武器相比。二、电子战已成为信息时代战争的“战略要素”，是夺取信息优势的重要手段。电子战装备是21世纪发展的重点。三、一体化系统的发展和运用将使21世纪战场更透明，指挥近实时，行动更敏捷，夜间变“明亮”，陆海空天作战行动一体化。四、具有高机动性和隐身性的武器平台将成为空中、海上和陆上的主力武器装备。主动隐身技术将得到更多的应用。隐身与反隐身攻防对抗将更加激烈。五、无人机、无人潜航器、无人车辆和战场机器人将成为发达国家2020年前后的重要武器，担当起侦察、探测、压制防空、 战场毁伤评估等作战任务。无人机作为空中的机器人将朝小型化、自主式、隐身、全天候方向发展。无人机将广泛用于高风险环境，完成以信息攻防对抗为主的作战任务。无人侦察 机将可能取代有人侦察机，无人作战飞机将可能部分取代战斗机和轰炸机，起到远中近程精确打击作用。随着微电子、微电技术的发展，将可能出现微小型无人机。 陆上将出现“战术无人车”、“地面无人车”等机器人车辆， 它们将采用GPS接收机、激光测距仪、热像仪及高分辨率相机等高技术，向全天候、全地形、自主式和小型化发展。有人预言，无人车辆将成为21世纪陆军的核 心武器。水中将出现完全自主式无人潜航器(UUV)，用于水下探雷、支持潜艇和水面舰艇作战行动。六、导弹攻防对抗将成为未来高技术战争的重要组成部分，对应的武器系统将呈现明显的对抗性发展格局，中远程精确打击武器装备、防空反导一体化武 器装备是发展的重点。七、精确制导武器具有高效费比特征，已成为战争的基本手段。八、以卫星为主体的军用航天系统将是一体化全球感知、全球交战系统的核心，全球卫星导航定位系统将成为未来精确指挥控制、中远程精确打击和精确 兵力投送的关键装备。夺取空间优势和控制外层空间将成为21世纪美国航天力量的首要任务。九、未来战争中，动能武器和定向能武器将成为防空反导、反卫星的利器，非致命武器将为未来军事行动提供新的选择。这些新概念武器的逐步应用将意 味着作战方式的巨大变化。十、核生化武器依然存在，战略核武器是未来信息化战争的保护伞，争夺核优势将主要在实验室内进行。1.2 未来飞行器设计方案构想潜母计划及“左右手”展望二十一世纪战争形势的发展趋势，像航空母舰这样庞大的战斗群暴露出很大的弱点。随着巡航导弹、鱼雷等速度、隐身性能和精确打击能力的提高， 航空母舰正在受到严重的威胁。而且，航空母舰要形成战斗力，必须依靠护卫舰、潜艇、反潜机等构成一个立体化战斗体系才能实展期威力，从效费比上分析，是相 当不合算的。我国的经济实力还不强盛，因此我们必须创新，量体裁衣，建设一支符合我国发展和具有战略意义的国防力量。从世界战争形势格局的不断发展中我们看出，信息化、智能化、隐身性能和高速性能等将是军事建设的主导方向。中国潜艇技术基础比较雄厚，我们应该 充分利用优势，设计和建造一支具有中国特色的大海军。根据以上的分析，我提出了“潜母计划”的设想，并在此基础上设计出了一套与之配套的攻击武器，即后面 谈到的“左右手”。在“潜母计划”中，我国需要设计建造一种升级版的巨型潜艇，我们给它一个新的称谓：“潜母”(Mother Submarine)。根据设计要求，“潜母”采用核动力驱动，具有噪音低，潜航时间长等特点，能够在世界范围内快速反应。取名为“潜母”，是沿用了航空 母舰的战斗思想。作为母舰，“潜母”能够搭载多种联合作战武器，如水空飞行器、微型潜航器、鱼雷、巡航导弹等。在水空飞行器和微型潜航器的协助下，不必再 担心受到反潜机和高空反潜武器的威胁，“潜母”具有了更强的生存力；而且能够极大地扩大潜艇的作战半径和战斗力。潜艇也给飞行器和微型潜航器提供了庇护和 扩充其威力的平台。“潜母”和水空飞行器等互为补充，极大地增强了隐身性能，缩短的作战反应时间，提高了潜艇和飞行器等武器系统的战斗力。“潜母”的设计 思想和性能，决定了其作战形式的多样性。近可以阻击敌人的航母战斗群，防御我国领土和主权不受侵犯；远可以进行登陆战和“外科手术”攻击，在敌国采取侵略 行动之前，先发制人。“潜母”实可谓远可攻，近可防。“潜母计划”是对未来战争思想的一个扩充，此次我们具体设计的重点是“潜母计划”当中的“左右手”。“左右手”是指“潜母”搭载的两种潜射飞行 器。称之为“潜母”的左右手，是因为这两种飞行器使得潜艇的战斗力和作战范围的到了增强和扩充，而且也提升了其自身的防御能力，这不是相当于给潜艇增添了 两个重而有力的拳头吗？这两种潜射飞机器，具有各自不同的特点，取名为“龙影”和“鲲鹏”。“龙影”和“鲲鹏”不同于以往飞行器的概念，主要特点是其采用了水底潜射和水上回收的特殊方式。“龙影”属于高空高速飞行器，翼展小，适合于存 放于“潜母”有限的空间里；“鲲鹏”采用了变形翼技术，可以收放机翼，减小存放空间。“龙影”和“鲲鹏”具有一定的抗压能力，可以在水下，通过弹射管，从 “潜母”中发射出来，潜航到远处再浮出水面起飞。回收的时候先浅入水底，再游向母舰，从发射管中回收入机库中。这种特殊的方式，无需“潜母”浮出水面，增 强了隐蔽性，较少了被探测的机会。以上是“龙影”和“鲲鹏”的相同之处，作为两种不同的飞行器，他们又具有各自的侧重和任务。“龙影”的设计定性为高空高速攻击机，从“龙影”这个名字上可以显现它的性能特点。“龙”，神话传说里描述为一种具有喜水、飞升、通天、善变、 显灵、示威等品性的神物。经过漫长时间的创造、演化和升华，龙已成为中华民族容合、福生、谐天、奋进的精神象征。“影”，捉摸不定，变化莫测，神出鬼没。 “龙影”机身修长，翼身、发动机一体化，采用乘波体气动设计，火箭/超然冲压组合发动机提供动力，所以能够以8M速度巡航，最高速度可达10M。进气道、 尾喷管能够密封，保证在“龙影”能够潜水。在水里用发动机的火箭功能助推。尾喷管采用大宽高比二元矢量喷管，蒙皮采用具有隐身功能和自适应的智能蒙皮，控 制系统为由具有高速运算能力的分子计算机构成，这些技术的采用使得“龙影”具有高度隐身性和智能化。高速飞行，会使飞机的头部和机翼前缘等地方气动加热到极高的温度，还有发动机的燃烧室也会达到很高的温度，这些地方都学要采用被动和主动的热防 护。被动热防护，主要是在耐高温材料上下功夫。现在的耐高温材料有很多，比如耐高温陶瓷。主动热防护，可以采用发汗冷却技术和热电材料。热电材料可以把热 能转换成电能储存起来，作为激光武器的能量的部分来源。另外，“龙影”的燃料为氢气，用储氢材料存储。由于储氢材料吸-放氢时伴随着巨大的热效应，发生热 能-化学能的相互转换，且这种反应的可逆性好，反应速度快，所以这种方式是一种有效的蓄热和制冷途径。 “北冥有鱼，其名为鲲。鲲之大，不知其几千里也。化而为鸟，其名 为鹏。鹏之背，不知其几千里也。怒而飞，其翼若垂天之云。”“鲲鹏”的命名取自庄子逍遥游的这句对鲲鹏的描述。“鲲鹏”是鱼，它拥有一对柔性的“鱼 鳍”(变形翼)。在水里的时候，模仿蝠鲼的游泳动作，扑动变形翼提供向前的动力和升力。氢化物电池给扑翼提供持续的能量。根据水翼原理，“鲲鹏”依靠不断 地游动提供升力。氢化物电池是利用储氢材料的电化学吸附氢特性及电催化活性原理制作的。在水下游动的时候，“鲲鹏”的进气道和尾喷管都是密封的。进气道模 仿鱼鳃，采用智能变形蒙皮，能够自动的根据情况控制进气量或者密封。尾喷管模仿鱼嘴，由上下两半组成，能够通过改名尾喷管的开口大小和形状来控制推力和红 外辐射，同时还能上下偏转，属于二维矢量喷管。“鲲鹏”选择泳动的方式潜行具有以下优点：1隐身性能得到巨大提高。传统的螺旋桨推动方式，噪音大，容易被敌人的海底声纳探测网发现。变形翼 能很好地模仿了鱼的游动方式，噪音分贝可接近一般鱼类的噪音强度，使得敌方声纳无用武之地。另外，红外辐射也因为没有发动机而大幅降低，这也是隐身的一个 重要方面。2机动灵活，能够迅速躲避鱼雷的攻击。缺点是：游动速度比较慢，但是可以以空中飞行的方式弥补。“鲲鹏”又是一只鸟，它能在空中自由的飞翔。要完成起飞的动作，“鲲鹏”首先需要通过游动加速，然后跃出水面滑翔，同时打开进气道、尾喷管和完 成发动机点火。这个过程相当复杂，需要“鲲鹏”具有多任务协调工作的能力。在点火的过程中，为了防止海浪进入进气道，采用背部进气的方式。点火完成后，飞 机有了升力，能够在适当高度贴近海面飞行，避免发动机进水，所以可以使飞机翻转换为腹部进气，以减小雷达反射面积，增强隐身性能。为了隐身，“鲲鹏”的设 计在很多方面都作了努力和创新，如前面提到的游动方式。另外，它的飞行方式对隐身也有很大的贡献。低空的时候，“鲲鹏”掠海飞行，腹部进气，既利用了雷达 的盲区，又能充分利用地效应升阻比高的优势；高空的飞行的时候，改为背部进气，以光滑平整、小雷达放射的另一面应对敌方的探测。“鲲鹏”选用小涵道比加力 涡扇发动机，燃料消耗率低，航程远。在智能控制方面，“鲲鹏”和“龙影”的原理和技术一样。 “龙影”和“鲲鹏”的主要任务分配。“龙影”的设计任务为：攻击低、高空反潜武器，协同打击航母舰队，高空侦察，对地面目标进行“外科手术”。 “鲲鹏”的设计任务为：攻击水下潜艇和微型潜航器，协同打击航母舰队，水下侦察，对地面目标进行突袭。第二章 “鲲鹏”设计2.1气动仿生设计外形设计与飞行器的性能密切相关，什么样的外形决定了什么样的性能。“鲲鹏”作为未来战场的一种攻击飞行器，要求具有高度隐身和高度机动的特 性。为了实现这些能力，“鲲鹏”采用了很多仿生设计。整体布局为飞翼，仿鱼鳃可变进气道和仿鱼嘴二元矢量喷管都是为了更好的隐身而设计的。变形翼可以像鸟 的翅膀一样自由弯曲，所以能够充分发挥飞机的性能，从而能够更加机动灵活地自由飞行。2.1.1 飞翼+变形翼“鲲鹏”无人歼击轰炸机采用翼身融合、无尾翼的三角形飞翼布局。飞翼布局空气动力效率高，空气阻力小，雷达反射也小。但常规操作面的操作控制性 能极差，而变形翼技术很好的解决了这方面的问题，使得飞翼布局的飞行器从轰炸机、运输机向战斗机方向迈进。变形机翼控制技术，通过在飞行中改变飞机机翼的几何构型，或用流动控制方法来调整翼面上的流动和气动力载荷，使气流的气动力在整个飞行包线中每 个飞行状态都接近最佳状态，从而达到提高飞行性能和减轻结构重量的目的，并可省掉传统的操纵面减轻结构重量并获得最佳的控制效果。改变机翼几何外形的技术 包括改变机翼形状和翼剖面弯度、通过柔性机翼等实现。2.1.2 仿鱼鳃式进气道进气道的设计关系到发动机的性能和飞机的隐身性能，必须重点考虑。“鲲鹏”不同于传统的飞行器，要求能够实现水空两用。如何解决进气道的密封和 阻力问题，成为关键。鱼鳃
