近日,一款來自西北工業(yè)大學的不對稱旋轉(zhuǎn)機翼變形無人機橫空出世,它將美國在冷戰(zhàn)時期擱置的技術(shù)創(chuàng)想,變成了中國航空的硬核實力。
冷戰(zhàn)時期,美國和蘇聯(lián)在天空領(lǐng)域的比拼激烈。美國工程師羅伯特·瓊斯提出一個石破天驚的想法,即讓飛機翅膀繞著機身旋轉(zhuǎn),這就是后來大名鼎鼎的斜翼飛機構(gòu)想。
羅伯特·瓊斯的設(shè)計試圖讓飛機的機翼通過中央樞軸繞機身旋轉(zhuǎn),最大的旋轉(zhuǎn)角度可以達到60度。
在飛機起飛和亞音速巡航時,機翼呈平直狀態(tài),能夠充分利用平直翼的氣動優(yōu)勢。而當飛機接近音速的時候,機翼逐漸旋轉(zhuǎn)至45度,呈斜翼布局,能夠推遲激波的產(chǎn)生。在進入超音速階段,機翼完全后掠,以最小的阻力切入高速飛行的狀態(tài)。
通過分析,這種設(shè)計的氣動傳輸效率是傳統(tǒng)固定翼飛機的兩倍,同時能夠大幅降低飛行的噪音,兼具亞音速的經(jīng)濟性和超音速的機動性。
然而這一構(gòu)想很快陷入了死胡同。首先是飛機的翅膀在旋轉(zhuǎn)時,左右受力有較大的差距,機身重心容易搖擺,稍不留神就可能機毀人亡。
再者,當年的鋁合金承受不住飛機機翼旋轉(zhuǎn)帶來的巨大扭力,中央旋轉(zhuǎn)軸很快就會疲勞罷工。一旦機翼夾角大于45度,飛行更是變得異常困難,飛機會失去控制陷入危險。
另外,當時的材料和技術(shù)水平較為有限,沒有辦法滿足斜翼飛機的設(shè)計需求。制造機翼和中央樞軸的材料難以承受旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的巨大扭力,很容易出現(xiàn)損壞。
不僅如此,當時的飛控系統(tǒng)較為落后,采用的是機械傳動方式,反應速度較為遲緩,無法應對機翼旋轉(zhuǎn)帶來的復雜變化,從而難以實現(xiàn)對飛機的精準操控。
再加上當時美國用于該項目的研發(fā)軍費不足,而整個計劃的研發(fā)經(jīng)費龐大,成本較高,最終在1979年黯然落幕。
在此后的幾十年中,盡管各國都沒有放棄對可變翼技術(shù)的探索,但未有突破。像美國的F14“雄貓”戰(zhàn)斗機,雖然其機翼能夠?qū)ΨQ后掠,但仍然沒有解決亞音速省油和超音速沖刺的問題。因而斜翼飛機的設(shè)計雖然在理論上非常完美,但在實際應用中卻困難重重。
近日中國西工大的科研團隊逆風而行,研發(fā)的高超音速變形無人機,不僅實現(xiàn)了美國在冷戰(zhàn)時期對斜翼飛機的構(gòu)想,而且還玩出了新的花樣。
中國研發(fā)的這款無人機設(shè)計獨特,采用了不對稱旋轉(zhuǎn)機翼技術(shù)。這與美國當年的設(shè)計大不相同,它的機翼繞著機身中軸旋轉(zhuǎn),形成了獨特的不對稱斜翼布局。這一設(shè)計不僅創(chuàng)新地解決了斜翼飛機研發(fā)的諸多問題,而且還意外地挖掘出了新的氣動優(yōu)勢。
西工大的科研團隊未采用傳統(tǒng)的鋁合金材料,轉(zhuǎn)而使用自主研發(fā)的高性能碳纖維復合材料,這種材料的密度僅為鋁合金的三分之一,重量極輕卻擁有更高的強度,不易磨損。通過一體化成型工藝,無人機的機械零件少了一半,重量降了三成,卻能夠扛住機翼旋轉(zhuǎn)時的千鈞之力。
同時,這款飛機換成了人工智能算法,搭配毫秒級響應的智能驅(qū)動系統(tǒng)。飛機上還安裝了上百個傳感器,實時監(jiān)測速度、高度、氣動壓力,動態(tài)調(diào)整機翼旋轉(zhuǎn)角度和發(fā)動機推力,保持機身穩(wěn)定。
中國無人機的不對稱的斜翼布局,使不對稱的氣流能夠產(chǎn)生額外的渦流,讓亞音速巡航效率飆升,比傳統(tǒng)飛機高出一大截。高超音速飛行時,翅膀完全貼緊機身,升力靠流線型的機身提供,再搭配上變循環(huán)發(fā)動機,可直接突破傳統(tǒng)的防空系統(tǒng)。
雖然這款無人機設(shè)計很優(yōu)秀,但若要真正列裝部隊,還需要克服幾項難題。
飛機在進行高速飛行時,機身表面溫度達到了1000攝氏度以上,雖然研發(fā)團隊使用了隔熱涂層來解決這一問題,但是否能夠長久耐用還存在困難。
再者,飛機機翼旋轉(zhuǎn)時,氣流在機翼和機身之間亂竄,容易形成渦流而引發(fā)顫振。雖然它經(jīng)過了風洞實驗,但真實環(huán)境中的氣流更為復雜,若想投入戰(zhàn)斗還需練手。
再者,飛控系統(tǒng)也面臨著極限挑戰(zhàn)。機翼每旋轉(zhuǎn)一度,飛機的重心、氣動中心就跟著改變。如今智能化的飛控雖然能夠?qū)崟r計算,但遇到強電磁干擾,傳感器數(shù)據(jù)可能會延遲,容易偏離航線或引發(fā)災難。
即使有這么多難題,這款無人機的戰(zhàn)略價值已經(jīng)讓人眼前一亮。這款飛機一旦形成戰(zhàn)斗力,可以壓縮敵方防空系統(tǒng)的反應時間,從而降低對方的攔截成功率。長航時能力能夠讓它執(zhí)行數(shù)千里的戰(zhàn)略偵察任務,若搭配合成孔徑雷達,能夠?qū)δ繕藢崿F(xiàn)精準的監(jiān)視。
更值得關(guān)注的是,它可以達到兩噸的有效載荷,既可以搭載蜂群無人機,突破敵方防空后進行飽和式打擊,也可以為戰(zhàn)場提供人力、物力的支援。
這款無人機所運用到的一些研發(fā)技術(shù),如碳纖維復合材料、變循環(huán)發(fā)動機以及智能飛控等,都得到了巨大的突破。這種突破可帶動其他飛行器領(lǐng)域的創(chuàng)新,遠比無人機本身更有價值。
中國當年跟著別的國家后面學技術(shù),如今在前沿領(lǐng)域開疆拓土。西工大團隊用實際行動證明,其他國家做不到的,中國能夠做到。美國在冷戰(zhàn)時期的創(chuàng)想,如今在中國實現(xiàn),這源于中國科技十年磨一劍的執(zhí)著。
當然,從實驗場到戰(zhàn)場,這款無人機還有很多關(guān)卡要過。但不可否認的是,它已經(jīng)為中國航空事業(yè)打開了一扇新的大門。未來空戰(zhàn)的賽場,中國已經(jīng)拿到了入場券,剩下的就是腳踏實地前行。
特別聲明:以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺“網(wǎng)易號”用戶上傳并發(fā)布,本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.