■ 陳玉潔 周軍 / 中國(guó)航發(fā)渦輪院

近年來(lái)，美國(guó)海軍著力探索艦載無(wú)人機(jī)發(fā)展，經(jīng)過(guò)反復(fù)摸索與論證，最終呈現(xiàn)出由X-47B彈射起飛/攔阻著艦型無(wú)人機(jī)驗(yàn)證機(jī)轉(zhuǎn)為MQ-25“黃貂魚(yú)”艦載無(wú)人加油機(jī)的發(fā)展路徑。根據(jù)無(wú)人機(jī)平臺(tái)任務(wù)的改變，其動(dòng)力裝置也隨之進(jìn)行了調(diào)整。

X-47B項(xiàng)目發(fā)展與變遷

2004年8月，諾斯羅普-格魯門(mén)（諾格）公司與美國(guó)國(guó)防預(yù)先研究計(jì)劃局（DARPA）簽署了一份X-47B無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)研制合同，在“聯(lián)合無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)”（J-UCAS）項(xiàng)目下按照要求生產(chǎn)了3架X-47B，并對(duì)驗(yàn)證機(jī)進(jìn)行了飛行測(cè)試，以驗(yàn)證隱身無(wú)尾布局無(wú)人機(jī)對(duì)航母環(huán)境的適應(yīng)能力，提升關(guān)鍵技術(shù)成熟度等級(jí)。

2006年年底，美國(guó)海軍提出了“海軍無(wú)人作戰(zhàn)航空系統(tǒng)”（N-UCAS）計(jì)劃，欲將無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)引入航母艦載機(jī)聯(lián)隊(duì)。

2007年2月，美國(guó)海軍發(fā)布了招標(biāo)書(shū)，啟動(dòng)了“無(wú)人作戰(zhàn)航空系統(tǒng)驗(yàn)證機(jī)”（UCAS-D）計(jì)劃。

2007年8月，諾格公司憑借X-47B最終贏得競(jìng)標(biāo)，獲得美國(guó)海軍授予的一份為期6年的UCAS-D合同。

2011年2月，X-47B首 飛， 并于2012—2014年完成了多次航母彈射、著艦、觸艦復(fù)飛等高難度試驗(yàn)，成為世界上第一款能夠從航空母艦上起飛并自行回落的隱身無(wú)人機(jī)。

2015年4月，X-47B成功進(jìn)行自主空中加油，成為全球首架實(shí)現(xiàn)空中加油的無(wú)人機(jī)。

X-47B成為全球首架實(shí)現(xiàn)空中加油的無(wú)人機(jī)

X-47B研制里程碑

后續(xù)項(xiàng)目MQ-25啟動(dòng)

2015年，X-47B實(shí)現(xiàn)了自主空中加油后，航母艦載無(wú)人機(jī)驗(yàn)證項(xiàng)目也隨之結(jié)束。此后，美國(guó)海軍啟動(dòng)了“艦載無(wú)人空中監(jiān)視和打擊”（UCLASS）項(xiàng)目，但項(xiàng)目要求與具體方案卻長(zhǎng)時(shí)間難以確定。

由于美國(guó)國(guó)會(huì)和美國(guó)海軍對(duì)項(xiàng)目的發(fā)展定位不能達(dá)成一致，加上其他國(guó)家拒止能力的增強(qiáng)以及B-21遠(yuǎn)程轟炸機(jī)項(xiàng)目的擠壓，UCLASS被迫調(diào)整為“艦載空中加油系統(tǒng)”(CBARS)項(xiàng)目，由此開(kāi)始了MQ-25“黃貂魚(yú)”艦載空中無(wú)人加油機(jī)的研發(fā)。

2018年8月，波音、洛克希德-馬?。羼R）和通用原子等3家公司參與項(xiàng)目競(jìng)標(biāo)，波音成功勝出，獲得價(jià)值8.05億美元的MQ-25原型機(jī)的研制和試飛合同。

波音的MQ-25原型機(jī)

波音MQ-25在2019年9月19日實(shí)現(xiàn)首飛

MQ-25原型機(jī)采用機(jī)背式進(jìn)氣道，扁平機(jī)頭的頂部配有3個(gè)空氣數(shù)據(jù)傳感器、下方裝有攝像頭，主起落架可收入機(jī)翼內(nèi)側(cè)的機(jī)體，機(jī)翼折疊后機(jī)體大小與F/A-18相當(dāng)，整體呈現(xiàn)翼身融合、菱形機(jī)身截面、V形尾翼、埋入式進(jìn)氣口、矩形噴管等隱身設(shè)計(jì)特點(diǎn)。此外，MQ-25原型機(jī)機(jī)翼下設(shè)有加油吊艙掛架，可發(fā)射導(dǎo)彈或投擲炸彈，具有一定的空中打擊能力。2019年9月19日，MQ-25原型機(jī)在圣路易斯機(jī)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)首飛，持續(xù)2h的首飛檢驗(yàn)了MQ-25的飛行性能和地面控制站的遙控功能。

MQ-25無(wú)人機(jī)的關(guān)鍵性能為任務(wù)加油能力和艦機(jī)適配性，并未強(qiáng)調(diào)隱身打擊能力。此外，美國(guó)海軍要求在2020年交付首架原型機(jī)，在2025年形成任務(wù)能力，以加快部署進(jìn)度。根據(jù)這些要求，波音公司為MQ-25無(wú)人機(jī)選擇了AE3007N發(fā)動(dòng)機(jī)。AE3007由羅羅北美公司（前艾利遜公司）研制，主要用于支線飛機(jī)和大中型公務(wù)機(jī)，以及“全球鷹”高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)，迄今已交付逾3400臺(tái)。AE3007N為渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，推力范圍在30～40kN，推力適中；大涵道比，耗油率低；為民機(jī)設(shè)計(jì)，可靠性高；在維修保障方面，存在軍民通用性優(yōu)勢(shì)。

發(fā)展動(dòng)因

美國(guó)海軍無(wú)人機(jī)研發(fā)項(xiàng)目由UCLASS轉(zhuǎn)為CBARS，由研發(fā)X-47B隱身無(wú)人轟炸機(jī)到研發(fā)MQ-25“黃貂魚(yú)”艦載加油無(wú)人機(jī)，不僅反映出美國(guó)海軍對(duì)無(wú)人機(jī)地位作用的認(rèn)識(shí)在不斷深化、研發(fā)費(fèi)用緊縮等因素，而且還包括以下動(dòng)因。

外部動(dòng)因

近年來(lái)，全球多國(guó)都在研發(fā)各種中程反艦彈道導(dǎo)彈，使航母的安全距離已經(jīng)大于3700km。這種情況下，只有增加現(xiàn)有艦載機(jī)的航程，才能使航母群在反艦彈道導(dǎo)彈打擊范圍之外完成各種空中打擊任務(wù)。也就是說(shuō)，現(xiàn)代空中作戰(zhàn)的客觀環(huán)境，對(duì)空中加油機(jī)提出了迫切需求。

波音的MQ-25方案為F/A-18E加油想象圖

內(nèi)部需求

目前，美國(guó)海軍擁有的F/A-18E/F“超級(jí)大黃蜂”艦載戰(zhàn)斗機(jī)數(shù)量足夠，F(xiàn)-35C的部署也在逐步增加，正處于早期研制階段的F/A-XX六代機(jī)將具備有人/無(wú)人駕駛可選能力。此外，S-3“北歐海盜”艦載加油機(jī)退役后，F(xiàn)/A-18F不得不掛載副油箱和加油吊艙轉(zhuǎn)行執(zhí)行“伙伴加油任務(wù)”。因此，對(duì)于美國(guó)海軍艦載航空兵來(lái)說(shuō)，現(xiàn)階段最需要的是艦載無(wú)人加油機(jī)，并不是高端艦載無(wú)人打擊飛機(jī)。

技術(shù)限制

目前的無(wú)人機(jī)要完成起飛降落、飛行控制、航線規(guī)劃和障礙規(guī)避等操作，需要接受操作員的控制指令，或者根據(jù)預(yù)先設(shè)定的任務(wù)程序進(jìn)行，尚不能實(shí)現(xiàn)完全自主控制。作戰(zhàn)時(shí)，有人駕駛戰(zhàn)斗機(jī)飛行員的反應(yīng)時(shí)間約為200ms，除去數(shù)據(jù)鏈的傳輸時(shí)間，無(wú)人機(jī)的地面控制員要在更短的時(shí)間內(nèi)感知戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)并發(fā)出相應(yīng)指令相當(dāng)困難，使得遂行空戰(zhàn)任務(wù)的無(wú)人機(jī)無(wú)法對(duì)有人戰(zhàn)斗機(jī)形成優(yōu)勢(shì)，致使美國(guó)海軍退而求其次，降低任務(wù)要求，選擇在X-47B項(xiàng)目的技術(shù)基礎(chǔ)上研發(fā)以空中加油為主、監(jiān)視偵察為輔的MQ-25。

動(dòng)力裝置上，X-47B采用了普惠公司的F100-PW-220U發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)的原型機(jī)是20世紀(jì)80年代初期為F-15戰(zhàn)斗機(jī)研發(fā)的F100-PW-100，是一臺(tái)技術(shù)并不十分先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)。美國(guó)海軍未來(lái)的無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)提出的要求越來(lái)越高，而此型老舊的發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)無(wú)法滿足，而且F100系列發(fā)動(dòng)機(jī)從未在美國(guó)海軍大規(guī)模服役，這對(duì)于裝備的后勤保障來(lái)說(shuō)也是不可取的。

動(dòng)力發(fā)展途徑

美國(guó)在《無(wú)人機(jī)系統(tǒng)路線圖（2005—2030）》中指出：“推進(jìn)技術(shù)和處理器技術(shù)是無(wú)人機(jī)的兩大關(guān)鍵技術(shù)”，由此可見(jiàn)動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。無(wú)人機(jī)動(dòng)力裝置的發(fā)展主要有3個(gè)途徑：在現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上改型；根據(jù)設(shè)計(jì)要求研制全新的傳統(tǒng)構(gòu)型發(fā)動(dòng)機(jī)；研制全新構(gòu)型的動(dòng)力裝置。無(wú)論是X-47B配裝的F100-PW-220U，還是MQ-25配裝的AE3007N，二者都屬于現(xiàn)役發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)改型。

改進(jìn)改型

出于對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)低成本和高可靠性的考慮，當(dāng)前的動(dòng)力多來(lái)源于中程公務(wù)機(jī)、輕型戰(zhàn)斗機(jī)等配裝的成熟型號(hào)，主要是依據(jù)無(wú)人機(jī)平臺(tái)的作戰(zhàn)任務(wù)、飛行包線及適用環(huán)境等的不同，對(duì)成熟型號(hào)進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)。X-47B的動(dòng)力裝置F100-PW-220U就是F100-PW-220渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的改型。為了適應(yīng)X-47B對(duì)動(dòng)力裝置的要求，它在基準(zhǔn)型的基礎(chǔ)上取消了加力燃燒室，并采用環(huán)繞的S形噴管取代全狀態(tài)可調(diào)噴管，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊，紅外信號(hào)最少，加強(qiáng)了飛機(jī)的隱身性。另外，還通過(guò)采取降低渦輪冷卻空氣流量和提高工作溫度等手段使F100-PW-220U改進(jìn)型在最大狀態(tài)下的推力提高了10%。

AE3007發(fā)動(dòng)機(jī)剖面圖

齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇（GTF）技術(shù)原本是為民用飛機(jī)開(kāi)發(fā)的，目前普惠公司正在探索將其衍生型應(yīng)用到無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中，使無(wú)人機(jī)具備良好的續(xù)航能力。據(jù)普惠公司稱，如果美國(guó)海軍UCAS-D計(jì)劃采用GTF技術(shù)，其航程將比采用F100-PW-220U的增加10%～20%。

研制全新的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)

隨著無(wú)人機(jī)平臺(tái)不斷發(fā)展，其對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)提出的要求越來(lái)越多，而在現(xiàn)役發(fā)動(dòng)機(jī)不能有效滿足無(wú)人機(jī)任務(wù)需求時(shí)，就需要研制全新的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)。GE公司認(rèn)為，對(duì)未來(lái)無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)所需的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)而言，現(xiàn)有的軍用發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比太小，而民用發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇直徑太大。尺寸太大會(huì)增加額外的質(zhì)量、成本和雷達(dá)/紅外信號(hào)，而尺寸太小又使飛機(jī)持續(xù)飛行時(shí)間太短、任務(wù)載荷少。為此，GE公司計(jì)劃研制新的先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，將小尺寸核心機(jī)和適當(dāng)直徑的風(fēng)扇結(jié)合起來(lái)，研制出可滿足需求的具有較高涵道比的發(fā)動(dòng)機(jī)，但是單獨(dú)為無(wú)人機(jī)研制一個(gè)新的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)需要較高的成本和較長(zhǎng)的研制周期。

新型動(dòng)力、兼顧發(fā)展

未來(lái)的無(wú)人機(jī)平臺(tái)將向高空高速、臨近空間超高聲速方向發(fā)展，傳統(tǒng)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)難以適應(yīng)，這就需要研制新型動(dòng)力裝置。美國(guó)已經(jīng)有了新研制高端無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的苗頭，近年來(lái)制訂了多個(gè)計(jì)劃發(fā)展自適應(yīng)變循環(huán)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，已經(jīng)研制出驗(yàn)證機(jī)型號(hào)有XA100和XA101，將會(huì)在近期進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。這種發(fā)動(dòng)機(jī)是根據(jù)未來(lái)“忠誠(chéng)僚機(jī)”戰(zhàn)法思路發(fā)展，有可能發(fā)展成為美國(guó)下一代空中優(yōu)勢(shì)或穿透性制空有人和無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)的動(dòng)力裝置。2019年2月，GE公司宣布XA100的詳細(xì)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成。發(fā)動(dòng)機(jī)的航程可增加35%，滯空時(shí)間延長(zhǎng)50%。若能應(yīng)用到F-35C上，可以增加780km的航程。

無(wú)人機(jī)動(dòng)力裝置的發(fā)展路線選擇須考慮許多因素，例如，采購(gòu)數(shù)量、成本、用途和任務(wù)類型，以及所期望的平臺(tái)能力。無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、成本以及采購(gòu)數(shù)量在很大程度上決定了發(fā)動(dòng)機(jī)是采取全新研制、還是改型的發(fā)展途徑。如果無(wú)人機(jī)的性能主要取決于配裝的發(fā)動(dòng)機(jī)，而且采購(gòu)數(shù)量相當(dāng)大，那么比較適宜全新研制發(fā)動(dòng)機(jī)。不然，則適合在現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上改型。當(dāng)然，還有其他一些影響因素，例如，適配的發(fā)動(dòng)機(jī)的推力量級(jí)、耗油率等。所以，綜合考慮各方面因素，X-47B和MQ-25都采用了現(xiàn)役發(fā)動(dòng)機(jī)的改型。

結(jié)束語(yǔ)

基于X-47B項(xiàng)目的發(fā)展、終止和后續(xù)調(diào)整，對(duì)于無(wú)人機(jī)及其動(dòng)力發(fā)展有很好的借鑒意義，尤其需要重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面。

無(wú)人化是未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的一大發(fā)展趨勢(shì)，無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)的發(fā)展路線應(yīng)該根據(jù)作戰(zhàn)需求來(lái)確定和調(diào)整。X-47B項(xiàng)目從攻擊機(jī)到加油機(jī)的轉(zhuǎn)變，正是針對(duì)軍事需求的變化而不斷調(diào)整的結(jié)果。我國(guó)無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)的發(fā)展，也要從軍事斗爭(zhēng)準(zhǔn)備的實(shí)際出發(fā)，明確軍事需求，并能根據(jù)戰(zhàn)爭(zhēng)模式的預(yù)判而靈活調(diào)整，牽引裝備技術(shù)的發(fā)展方向。

無(wú)人機(jī)動(dòng)力發(fā)展路線的選擇是一個(gè)綜合性問(wèn)題，要在需求、性能、成本之間折衷。在技術(shù)驗(yàn)證機(jī)階段通?？紤]用新機(jī)加貨架發(fā)動(dòng)機(jī)或改型發(fā)動(dòng)機(jī)的組合進(jìn)行發(fā)展，這樣可以大大縮減成本和研制周期，有利于無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展迭代。但是，既有型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)或經(jīng)適度改進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)仍然與無(wú)人機(jī)及任務(wù)需求的匹配有一定偏差，而單獨(dú)為無(wú)人機(jī)發(fā)展新型發(fā)動(dòng)機(jī)的成本又太高，可在有人機(jī)動(dòng)力發(fā)展中同時(shí)兼顧無(wú)人機(jī)動(dòng)力的需求。

從無(wú)人機(jī)動(dòng)力的選型上來(lái)看，從X-47B到MQ-25都選擇了渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。因綜合性能較好、技術(shù)相對(duì)成熟，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)將成為中大型無(wú)人機(jī)動(dòng)力的首選。但具體選用什么性能的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)取決于無(wú)人機(jī)自身的任務(wù)需求，例如，X-47B以執(zhí)行情報(bào)、監(jiān)視與偵察（ISR）和攻擊任務(wù)為主，所以選用了中小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)F100-PW-220U；而MQ-25以加油為首要任務(wù)，則選擇了大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)AE3007N。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，無(wú)人機(jī)智能技術(shù)在不斷發(fā)展，任務(wù)自主性不斷提高，屆時(shí)無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)、無(wú)人轟炸機(jī)、無(wú)人運(yùn)輸機(jī)、無(wú)人加油機(jī)等各型機(jī)種都將不斷涌現(xiàn)。因此，要將目光放長(zhǎng)遠(yuǎn)，堅(jiān)持動(dòng)力先行的原則，積極開(kāi)展無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)先研究和自主創(chuàng)新工作，完善無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)譜系，為適應(yīng)未來(lái)無(wú)人化作戰(zhàn)場(chǎng)景打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。