全球獵人高超聲速無人平臺(tái)

1、Global-Hu nter 全球獵人高超聲速無人平臺(tái)全球獵人線框三圖離超聲速無入偵察#攻擊乎臺(tái)全球獵人大氣層內(nèi)機(jī)動(dòng)飛行G/obsIHunter令球秸人髙趙肖連無人偵斛攻去乎臺(tái)全球獵人發(fā)射高超聲速導(dǎo)彈全球獵人臨近空間高超聲速Global-Hunter“全球獵人”高超聲速無人偵察/攻擊平臺(tái)引言隨著航空技術(shù)的不斷進(jìn)步， 尤其是人類在吸氣式?jīng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)、 先進(jìn)氣動(dòng)布局 設(shè)計(jì)、可重復(fù)使用熱防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域的不斷突破， 高超聲速飛行已不再是一個(gè)遙 遠(yuǎn) 的夢(mèng)想。縱觀人類的航空發(fā)展史， 追求“更高、 更快”的飛行目標(biāo)一直都是航空 工程師難以割舍的夢(mèng)想。然而，強(qiáng)調(diào)多用途、高機(jī)動(dòng)、隱身性能的第四代作戰(zhàn)飛 機(jī) 的出現(xiàn)似

2、乎模糊了這個(gè)目標(biāo)，與追求“更高、更快”的飛行夢(mèng)想漸行漸遠(yuǎn)。 然而，四代機(jī)以后呢？誰能代表未來作戰(zhàn)飛機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)？無人機(jī)？高超聲速飛 機(jī)？還是 “4+”一增強(qiáng)型四代機(jī)？。隨著無人機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的突飛猛進(jìn)和高超聲速技術(shù)的不斷成熟， 以及人類 對(duì)于臨近空間一一這個(gè)尚未被占領(lǐng)的神秘戰(zhàn)場(chǎng)的高度關(guān)注， 可以想象：集無人 駕 駛、高超聲速飛行、臨近空間作戰(zhàn)等特征為一身的飛行器， 勢(shì)必成為航空和武器 裝備領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。Global-Hunter一一“全球獵人”高超聲速無人偵察/攻擊平臺(tái)正是基于以 上分析，并立足于未來20-50年的航空各領(lǐng)域前沿技術(shù)的發(fā) 展，提出的一種關(guān) 于未來作戰(zhàn)飛行器的概念設(shè)想。Gl

3、obal-Hunter技術(shù)參數(shù)翼展30m最大燃油航程23000km機(jī)長(zhǎng)42m升限50km機(jī)高7.0m最大飛行速度M10最大起飛重量110t巡航飛行速度M5-M6有效載荷重量10t最大載重航程19000km空機(jī)重量55t巡航高度40km燃油重量45t起飛距離1400m單臺(tái)最大推力450KN著陸距離：1200mGlobal-Hunter僅依靠自身攜帶的發(fā)動(dòng)機(jī)就能夠完成從起飛、亞音速、跨音 速、超音速和高超音速飛行到降落的全過程，能夠以M5-M6的巡航速度馳騁在30km-50km之間的高空。還能以最大飛行速度M10進(jìn)行突防偵察或攻擊，19000km的航程使其可以從本土起飛，飛抵全球任何地 區(qū)，擁有遠(yuǎn)

4、程快速部署、突防偵 察與精確打擊能力。能深入敵縱深對(duì)關(guān)鍵目標(biāo)或“時(shí)間敏感”目標(biāo)進(jìn)行有效偵察 與打擊。Global-Hunter以其無與倫比的速度優(yōu)勢(shì)， 在瞬間跨越巨大時(shí)空， 使對(duì)方的 防空系統(tǒng)無法獲得足夠的反應(yīng)時(shí)間對(duì)其進(jìn)行預(yù)警。 高達(dá)M10的突防速度， 使大多 數(shù)攔截武器望洋興嘆。因此，Global-Hunter具有突防能力強(qiáng)， 被攔截概率低， 能夠達(dá)到出其不意的攻擊效果，成為名副其實(shí)的“全球獵手”。Global-Hunter以其臨近空間的作戰(zhàn)高度優(yōu)勢(shì)和快速反應(yīng)優(yōu)勢(shì)， 不僅能夠?qū)?地面目標(biāo)進(jìn)行打擊，還可以對(duì)其他臨近空間飛行器，如高空長(zhǎng)航 時(shí)無人機(jī)、臨 近空間飛艇等進(jìn)行有效攻擊。Global-H

5、unter高達(dá)30-50km的飛行高度， 使其能 夠作為一種優(yōu)秀的攻擊平臺(tái)用于“對(duì)天作戰(zhàn)”，攻 擊低軌衛(wèi)星和其他航天器。 因此，它將成為未來高技術(shù)戰(zhàn)場(chǎng)的主角，“獨(dú)步”空天一體化未來戰(zhàn)場(chǎng)。獵手獵殺目標(biāo)時(shí)還需要有強(qiáng)有力的武器才能成功，Global-Hunter將安裝高 精度的光電/紅外傳感器和能夠透過云層和和障礙物的三維激光/雷達(dá)成像傳感 器，從而使任何目標(biāo)都無法遁形。Global-Hunter攜帶的高超聲速導(dǎo)彈能以極高 的馬赫數(shù)飛行， 借助速度以獲取巨大的動(dòng)能， 通過直接 碰撞來獵殺目標(biāo)。 同時(shí)， 高速飛行產(chǎn)生的超激波能夠在與目標(biāo)未接觸之前， 將目標(biāo)粉碎形成破片， 從而擴(kuò) 大了攻擊范圍，增強(qiáng)了殺

6、傷威力。圖4 Global-Hunter發(fā)射高超聲速巡航導(dǎo)彈的假想圖巨大的作戰(zhàn)效能來源于其優(yōu)異的飛行性能， 而優(yōu)異的飛行性能來源于卓越的 平臺(tái)設(shè)計(jì)，Global-Hunter將采用一系列創(chuàng)新技術(shù)以提高飛機(jī)的 總體性能，從 而實(shí)現(xiàn)其巨大的作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)。下圖給出了Global-Hunter將要采用的一系列創(chuàng)新技 術(shù)。在以下的幾章中，將對(duì)這些創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的闡 述。、高、低速兼顧的先進(jìn)氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)Global-Hunter將氣動(dòng)布局與推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，創(chuàng)造性地采用 乘 波前體+翼身融合+邊條翼升力面的無尾布局設(shè)計(jì)（如圖5），這種布局能夠很 好地兼顧低速、超聲速、高超聲速的飛行要求， 同時(shí)最大限度

7、地發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)性能。圖6高、低速兼顧的先進(jìn)氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)示意圖Global-Hunter飛機(jī)的機(jī)身前體采用乘波體設(shè)計(jì)， 借助先進(jìn)的數(shù)值仿真和試 驗(yàn)手段對(duì)機(jī)身前體的幾何模線進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)，在超聲速飛行時(shí) 可以生成按精 確角度分布的激波系，使激波產(chǎn)生的所有壓力直接作用于飛機(jī)的下表面， 由于上 表面沒有壓力與之平衡，因此會(huì)產(chǎn)生額外的激波升力，同時(shí)乘波前體的 前緣和 上表面與激波同面，不會(huì)形成大的壓力差，因此，阻力不會(huì)有太多的增加，飛機(jī) 像騎在激波上飛行一樣。 因此，乘波前體構(gòu)型在超聲速飛行時(shí)具有比其他構(gòu)型 大 得多的升阻比，非常適合于作遠(yuǎn)程高超聲速飛行的飛行器。雖然乘波體布局在超聲速和高超聲速飛行時(shí)具有

8、優(yōu)異的升阻特性， 但在亞音 速和起飛著陸時(shí)等低速條件下， 氣動(dòng)性能較差， 而且內(nèi)部容積率偏低， 很難滿 足 燃油和其他電子設(shè)備的安裝要求。 對(duì)于高超聲速飛機(jī)來說， 不論你飛多高、 飛多 快，總要返回地面，如果在起飛或著陸時(shí)升力不足，滑跑速度將會(huì)很大，滑跑距 離 勢(shì)必很長(zhǎng)，飛機(jī)將難以控制。因此，為了改善飛機(jī)的低速性能、提高內(nèi)部容 積率，緩解高、低速之間的矛盾，Global-Hunter創(chuàng)造性地采用乘波前體、 翼 身融合和大后掠邊條翼升力面布局有機(jī)融合的氣動(dòng)布局。Global-Hunter機(jī)翼與機(jī)身采用高度地翼身融合設(shè)計(jì)， 整架飛機(jī)沒有明顯的 機(jī)翼與機(jī)身的分界線，這時(shí)機(jī)身也可以產(chǎn)生升力，從而增大了

9、升 力面積，而且 光滑過渡的翼身融合體還可以降低氣流的相互干擾， 進(jìn)一步降低阻力， 同時(shí)增加 了飛機(jī)內(nèi)部可用空間，為燃油和其他設(shè)備的安裝提供了充足的空間。Global-Hunter的機(jī)翼形狀從俯視圖的角度來看， 是一種典型的邊條翼升力 面布局，是由一個(gè)中等展弦比的基本機(jī)翼和一個(gè)大后掠邊條翼組 成的復(fù)雜平面 形狀的機(jī)翼構(gòu)型。這種布局具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.在亞聲速大迎角飛行時(shí)具有非線性的渦升力特性， 可以利用邊條翼卷起的 渦來提高大迎角飛行時(shí)的升力。 與基本機(jī)翼相比， 升力要增加很多， 因此，可 以有效提高Global-Hunter的起降性能和機(jī)動(dòng)性能。2.這種布局使得機(jī)翼的根部弦長(zhǎng)很大， 可以使用相

10、對(duì)厚度較小的翼型來有效 降低超音速時(shí)的波阻，提高了超音速飛行時(shí)的升阻比。同時(shí)，還使機(jī)翼內(nèi)部 空 間增大，可以儲(chǔ)存更多的燃油。較大的弦長(zhǎng)還提高了雷諾數(shù)，減少了亞、跨、超 聲速飛行時(shí)的摩擦阻力，在超聲速和高超聲速時(shí)也能保證較高的氣動(dòng)特性。3.這種布局可以使氣流在較長(zhǎng)的距離方向上產(chǎn)生升力， 從而減弱音爆； 可以 實(shí)現(xiàn)沿弦向和展向的均勻氣動(dòng)載荷，減小根部彎矩，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有利。對(duì)于超音速飛機(jī)來說， 超音速飛行時(shí)氣動(dòng)焦點(diǎn)將大幅后移， 從而使縱向穩(wěn)定 性過大，導(dǎo)致配平阻力增大， 同時(shí)降低了縱向的操縱性。 以往的解決方法是通 過 在機(jī)頭加裝可伸縮、展開的扇形鴨翼，亞音速時(shí)伸縮進(jìn)機(jī)身，超音速時(shí)打開，來 調(diào)節(jié)超音

11、速時(shí)氣動(dòng)中心的移動(dòng)。然而這樣的設(shè)計(jì)破壞了結(jié)構(gòu)的完整性、連續(xù)性， 給 氣動(dòng)熱防護(hù)帶來難度。因此，本方案采用另一種思路：人類現(xiàn)有的主動(dòng)飛行 控制技術(shù)已經(jīng)可以將飛機(jī)設(shè)計(jì)成亞音速是靜不穩(wěn)定的， 即重心位于焦點(diǎn)之后， 這 時(shí)通過先 進(jìn)的控制增穩(wěn)系統(tǒng)來提供亞音速飛行時(shí)的穩(wěn)定性與操縱性；超音速飛 行時(shí)，焦點(diǎn)后移至重心的后面，這時(shí)飛機(jī)又變成靜穩(wěn)定的，從而有效地解決了這 個(gè)難題。這種放 寬靜穩(wěn)定性設(shè)計(jì)還可以減小飛機(jī)的配平阻力，增加升阻比，提 高巡航效率。Global-Hunter與現(xiàn)有高超聲速飛行器最顯著的不同還在于進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)： 現(xiàn)有的高超聲速飛行器普遍采用乘波體布局和矩形截面的楔形進(jìn) 氣道組合設(shè)計(jì)， 利用機(jī)

12、頭前緣產(chǎn)生的激波直接打到超然沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)壁， 生成一串斜激波， 利 用其特殊的乘波構(gòu)型對(duì)流入進(jìn)氣道的氣流進(jìn)行預(yù)壓縮，以實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣 的控制。與此不同的是，Global-Hunter采用的是直接進(jìn)氣方式：位于機(jī)身兩側(cè)的圓 柱形進(jìn)氣道的前端直逼機(jī)身的前緣，這樣避開了機(jī)頭激波的影 響，使自由來流 能夠直接“灌”入進(jìn)氣道?？汕昂笠苿?dòng)的激波調(diào)節(jié)器(一個(gè)可沿機(jī)身軸線前后移 動(dòng)的激波錐)使高超聲速飛行時(shí)激波錐產(chǎn)生的圓錐面形激波， 剛好打 在超燃沖壓 發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)形壁面， 生成一串斜激波， 使流經(jīng)燃燒室的氣流仍為超聲速流， 以達(dá) 到超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣流的與壓縮與燃燒室流場(chǎng)的控 制。圓柱形進(jìn)氣道加

13、可前后移動(dòng)的激波調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)， 將優(yōu)于傳統(tǒng)的矩形截面， 主 要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 首先，圓形燃燒室承受熱壓力的能力要高于矩形燃燒 室； 其次，在相同的尺寸下，圓形較矩形有更大的氣流捕獲面積；再次，圓形燃燒室 能夠擴(kuò)大燃燒面積、均勻受熱，避免矩形燃燒室的角流效應(yīng)和熱量在角點(diǎn)的積 聚， 因此，效率更高；最后，由于圓柱形的結(jié)構(gòu)特征，能夠很好地與其他圓柱形發(fā)動(dòng) 機(jī)在結(jié)構(gòu)上融合在一起。對(duì)于高超聲速飛行器來說， 高馬赫數(shù)飛行時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的氣動(dòng)加熱， 駕駛艙 玻璃將難以忍受如此高的溫度，“乘波”外形的機(jī)頭也無法提供給飛行員在起 飛、降落時(shí)足夠的視野，而且，突起的駕駛艙也增加了飛行阻力。采用無人駕駛 飛行的G

14、lobal-Hunter能夠避免以上問題，由于是無人駕駛，因此可省 去與之 相應(yīng)的生命保障系統(tǒng)，減輕飛機(jī)重量，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，使機(jī)體更加簡(jiǎn)潔、流 暢。由于避免飛行員生理?xiàng)l件的限制，飛機(jī)的設(shè)計(jì)約束更少了，機(jī)動(dòng)性和加減 速 性能可以得到更大的提高。二、脈沖爆震/超燃沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)Global-Hunter的飛行馬赫數(shù)非常寬：從零速度起飛，要跨越亞聲速、跨聲 速、超聲速、高超聲速四個(gè)飛行階段，要從稠密的大氣層沖向空 氣稀薄的臨近 空間。因此，能夠在很寬的飛行M數(shù)范圍內(nèi)都具有高比沖的發(fā)動(dòng)機(jī)， 是突破高超 聲速飛行的關(guān)鍵。吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)比火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖要高的多，但是一 種吸氣 發(fā)動(dòng)機(jī)只能在一段M數(shù)范圍

15、內(nèi)工作，需要將多種吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)組合在一起， 接力 工作，才能實(shí)現(xiàn)從010M的高效率飛行。目前國際上普遍采用兩種組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)： 基于渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的 組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)(TBCC),基于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)與沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)(RBCC),然而，這兩種發(fā)動(dòng)機(jī)都有一個(gè)固有缺點(diǎn)，那就是在沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)另 外一個(gè)停止工作，這樣飛機(jī)實(shí)際上是在背負(fù)著一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的死重在飛行。上圖給出了各種吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)比沖隨飛行速的變化，觀察上圖可知，在M5-M6時(shí)脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)具有比其他任何發(fā)動(dòng)機(jī)都高得多的比沖值，而在M6-M1C范圍內(nèi)，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)具有較大的比沖，考慮到本方案的設(shè)計(jì)巡航馬 赫數(shù)在M5-M6,突防馬

16、赫數(shù)M6- M10,基于以上考慮，提出了一種基于脈沖爆震 發(fā)動(dòng)機(jī)和超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)組合的新概念發(fā)動(dòng)機(jī)。脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)(Pulsed Detonation Engine)是一種利用爆震波產(chǎn)生推力 的新概念發(fā)動(dòng)機(jī)，它一般由進(jìn)氣道、爆震室、尾噴管、推力壁、爆震觸發(fā)器、燃 料供給和噴射系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成。脈沖 爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的基本工作循環(huán)包括四個(gè) 步驟：第一，爆震燃燒室充滿可爆混合物，第二，在燃燒室的開口或閉口端激發(fā) 爆震波；第三，爆震波在燃燒室內(nèi)傳播，并在開 口端排出；第四，燃燒產(chǎn)物從 燃燒室中排出。雖然整個(gè)過程是間歇性的，但爆震頻率極高，可以認(rèn)為是連續(xù)工 作的。由于爆震燃燒產(chǎn)生的爆震波可使燃料的壓力、溫

17、度迅速升高，壓力可達(dá)10MPa溫度可達(dá)2000度。因此，爆震燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)可以不用傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī) 中的 壓氣機(jī)和渦輪部件就能達(dá)到對(duì)氣體進(jìn)行壓縮的目的， 從而使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化， 成本顯著降低、重量輕，與沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)有很好的結(jié)構(gòu)一致性， 便于和沖壓發(fā)動(dòng) 機(jī) 組合使用。脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)工作方式靈活可、 工作范圍寬， 可以零速度啟動(dòng)， 它獨(dú)特的 工作原理決定它可以在非常寬的使用范圍內(nèi)（飛行M數(shù)0-12M,飛行高度0-50km）高效地工作；加速性能也非常好， 推力可以方便地進(jìn)行調(diào)解。 比沖大，耗油率低， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，推重比可達(dá)20以上；可靠性好，使用壽命 長(zhǎng)，而且爆震燃 燒充分，污染小。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是不帶

18、壓氣機(jī)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)， 它直接利用超聲速飛行時(shí)產(chǎn)生的激 波，使進(jìn)氣道內(nèi)的氣流速度從超聲速減小到亞聲速， 從而使氣流壓力幾倍、 幾 十 倍的升高， 單靠速度產(chǎn)生沖壓， 而不需要壓氣機(jī)等對(duì)氣流進(jìn)行壓縮。 沖亞發(fā)動(dòng)機(jī) 分為兩種： 亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)， 兩者的區(qū)別在于： 亞燃沖壓發(fā)動(dòng) 機(jī) 的燃燒室氣流以亞聲速燃燒，需要在進(jìn)氣道產(chǎn)生正激波將來流速度減至亞聲 速，它的實(shí)際的工作速度極限在馬赫數(shù)56；超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室氣流以 超聲速燃 燒，需要在進(jìn)氣道產(chǎn)生斜激波，使氣流進(jìn)入燃燒室時(shí)仍為超聲速，它 的工作馬赫數(shù)在M6以上，因此作高超聲速飛行時(shí)，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)是首選。為了提高超然發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，

19、需要在沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室形成一連串的斜激 波，Global-Hunter將采用激波調(diào)節(jié)器，也就是一個(gè)簡(jiǎn)單的可前 后移動(dòng)的激波 椎，超音速飛行時(shí)，激波椎產(chǎn)生的圓錐面形激波正好打在超然沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)形 壁面，形成一連串的斜激波。前后移動(dòng)激波椎可以精確地調(diào)節(jié)超然沖壓 發(fā)動(dòng)機(jī) 燃燒室的斜激波分布， 提供所要求的一定壓力、溫度、速度與流量的空氣，保證 發(fā)動(dòng)機(jī)的高效運(yùn)行。將脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)與超然沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)組合使用， 可以合理地發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)， 更高效地飛行。這種新概念發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程是：飛機(jī)打開脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)以零速度啟動(dòng)，然后加速起飛、爬升，經(jīng)歷亞音、跨音速和超音速飛行后達(dá)到30000m高度，這時(shí)飛機(jī)已經(jīng)加

20、速到M5- M6達(dá)到超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作M數(shù)，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，繼續(xù)加速至M10Global-Hunter推進(jìn)系統(tǒng)的創(chuàng)新之處還體現(xiàn)在它的環(huán)形燃燒室的設(shè)計(jì)， 一改 傳統(tǒng)高超聲速飛行器的矩形截面燃燒室設(shè)計(jì)。相對(duì)于矩形截面， 圓形截面燃燒 室有許多優(yōu)勢(shì)： 首先承力性能較矩形截面好， 除了可以減少能夠容納一定比壓的 結(jié)構(gòu)質(zhì)量外,圓柱形的設(shè)計(jì)還可以減少燃燒室內(nèi)的粘性損失,圓柱形燃燒室橫截面的液壓直徑比相應(yīng)的矩形燃燒室的要小20%，圓柱形燃燒室還可以避免矩形 燃燒室的角流效應(yīng)。隨著矩形超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)體積增大， 需要額外的支橕機(jī)構(gòu)以防止發(fā)動(dòng)機(jī)變形， 增加支橕結(jié)構(gòu)意味著增加發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量和阻力，而圓形沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)

21、則可以避免 這 種情況。三、基于熱電材料和先進(jìn)耐高溫復(fù)合材料的主/被動(dòng)組合熱防護(hù)技術(shù)高超聲速飛行器在飛行過程中將要承受極其嚴(yán)重的氣動(dòng)加熱。 如果沒有可靠 的熱防護(hù)的保護(hù),飛行器的推進(jìn)系統(tǒng)連同其他子系統(tǒng),如航電系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、 起落架等將暴露在高溫下,致使飛行器被損壞。Global-Hunter將采用主/被動(dòng)組合熱防護(hù)技術(shù)，“被動(dòng)”的一方面，采用 先進(jìn)的可重復(fù)使用的耐高溫復(fù)合材料，如：鎳基合金、難熔合 金、金屬間化合 物、陶瓷纖維增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料、 陶瓷及碳碳復(fù)合材料以及輕質(zhì)隔熱材料等。 這些材料最大的特點(diǎn)是：比重小、強(qiáng)度高、耐高溫、可重復(fù)使用，既降低了結(jié) 構(gòu)重量，又能有效抵抗高速飛行嚴(yán)重的

22、氣動(dòng)加熱?！爸鲃?dòng)的”一方面， 采用先進(jìn)的耐高溫?zé)犭姴牧希?吸收積聚的熱量， 通過熱 電轉(zhuǎn)換效應(yīng)將氣動(dòng)熱轉(zhuǎn)化為電能，供機(jī)載設(shè)備和其它傳感器使用。熱電材料是一種基于Thomson特性，利用固體內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)熱能和電 能直接相互轉(zhuǎn)換的功能材料，無須使用傳動(dòng)部件，具有無磨損、體積 小、重量 輕、適用溫度范圍廣，工作時(shí)無噪音， 能量轉(zhuǎn)換率高， 維修費(fèi)用小， 功率密度大， 生產(chǎn)成本低，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。它能夠有效地將氣動(dòng)加熱的能量源源不 斷地 轉(zhuǎn)化為電能。Global-Hunter將在受熱最嚴(yán)重的部位，如機(jī)頭、機(jī)翼前緣，采用 這種新型的主被動(dòng)組合的防熱結(jié)構(gòu)。四、革命性的材料、結(jié)構(gòu)、工藝與制造“為減輕每

23、一克重量而奮斗”是每一位航空工程師努力追求的目標(biāo)， “減重” 也是飛機(jī)設(shè)計(jì)的永恒話題，對(duì)于Global-Hunter這種具有全球 攻擊能力的飛行 器來說，結(jié)構(gòu)減重尤為重要，直接關(guān)系到Global-Hunter高超聲速、長(zhǎng)航時(shí)、高 精度打擊等關(guān)鍵性能的實(shí)現(xiàn)。先進(jìn)的材料、結(jié)構(gòu)及工藝 將能夠有效地減輕飛機(jī) 重量，因此，Global-Hunter將采用一系列先進(jìn)的材料、結(jié)構(gòu)及工藝新技術(shù)。如 下圖：圖11革命性的材料、結(jié)構(gòu)、工藝與制造隨著材料科學(xué)的發(fā)展， 尤其是復(fù)合材料技術(shù)的不斷進(jìn)步， 在不遠(yuǎn)的將來人類 可以根據(jù)自己的需要設(shè)計(jì)材料。 復(fù)合材料的獨(dú)特的各向異性特性， 使其可以進(jìn) 行 強(qiáng)度或剛度方向上的剪裁

24、設(shè)計(jì)， 用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以設(shè)計(jì)出強(qiáng)度更高， 剛度更好重 量更輕的飛機(jī)結(jié)構(gòu)。隨著耐高溫復(fù)合材料技術(shù)的不斷進(jìn)步與突破， 尤其是金屬基耐高溫復(fù)合材料 的成熟，Global-Hunter將主承力件上將全部使用復(fù)合材料將代 替金屬材料。 在其它部位也廣泛采用比重小、強(qiáng)度高、 承受沖擊能力強(qiáng)和耐高溫的先進(jìn)復(fù)合材 料， 從這個(gè)意義上將Global-Hunter將是一架全復(fù)結(jié)合材 料飛機(jī)。Global-Hunter外表面防熱系統(tǒng)材料的選取以熱載荷在外表面的分布情況 為基礎(chǔ)，不同的溫區(qū)采用不同的防熱材料，這樣有利于減輕機(jī)體重 量，節(jié)約成 本。對(duì)于高超聲速飛行器，其頭錐、翼前緣、側(cè)邊緣、舵面部位的氣動(dòng)加熱最為 嚴(yán)重

25、，因此在這些部位采用CC復(fù)合材料。 為了保護(hù)里面的電子設(shè)備不 致受高 溫的影響， 降低精度或破壞， 在內(nèi)層還要使用隔熱材料， 隔熱材料主要是各種高 溫?zé)o機(jī)纖維， 如氧化硅、氧化鋁、陶瓷等。外蒙皮選用耐高溫抗氧化材料及高 發(fā) 射率涂層材料，如鈦合金、鎳合金或金屬基復(fù)合材料。Global-Hunter還將大量采用輕質(zhì)復(fù)合材料， 如：蜂窩材料、泡沫金屬材料、 點(diǎn)陣材料。這些材料具有超輕、高比強(qiáng)度、高比剛度、高強(qiáng)韌 性、高能量吸收 等優(yōu)良的機(jī)械性能，以及減震、散熱、吸聲、電磁屏蔽等特殊功能,它兼具功能 和結(jié)構(gòu)雙重作用，是一種性能優(yōu)異的多功能材料。隨著整體成型工藝的成熟與完善，Global-Hunter

26、將采用先進(jìn)整體成型工藝 進(jìn)行制造，整體鑄造成型工藝將用于主要承力結(jié)構(gòu)的制造。梁、 肋、蒙皮組成 機(jī)翼也可整體成型。 采用這種工藝后，Global-Hunter全機(jī)零件總數(shù)將大大減少。 不但提高了結(jié)構(gòu)的整體性能，而且大大降低了飛機(jī)的制 造成本與周期，還可以 減少維護(hù)時(shí)間與使用費(fèi)用。五、基于熱電材料和磁流體發(fā)電機(jī)的新型供電系統(tǒng)由于脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)和超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)都沒有渦輪旋轉(zhuǎn)部件， 因此不能像常 規(guī)飛機(jī)那樣，從發(fā)動(dòng)機(jī)提取軸功率發(fā)電來提供電能，必須另辟其徑。熱電材料可將氣動(dòng)加熱的能量轉(zhuǎn)換為電能， 既能夠起到主動(dòng)熱防護(hù)作用， 又 能提供電力，但是能量有限，尚不足以維持所有機(jī)載設(shè)備及大功率共形相控陣 天

27、線的運(yùn)行。為此，Global-Hunter將采用一種嶄新的等離子磁流體發(fā)電技術(shù)。磁流體發(fā)電也叫MHC發(fā)電，是利用高溫高速等離子體在磁場(chǎng)中切割磁力線產(chǎn) 生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來發(fā)電，與普通發(fā)電機(jī)的不同之處在于：磁流體發(fā)電機(jī)是由導(dǎo) 電 的高溫燃?xì)馇懈畲艌?chǎng)發(fā)電的， 而不是金屬導(dǎo)體切割磁場(chǎng)發(fā)電。 普通氣體大約需要 加溫到6 000C以上才能產(chǎn)生微弱的電離，這樣高的溫度是一般碳?xì)淙剂先紵?方式所不可能達(dá)到的。 要使氣體具有磁流體發(fā)電機(jī)所要求的電導(dǎo)率， 需要在高溫 燃?xì)庵刑砑右欢ㄖ亓勘?的容易電離的低電離能的物質(zhì)，對(duì)開放式循環(huán)燃燒磁流 體發(fā)電機(jī)，一般選用低電能的鉀鹽作種子。下圖給出了Global-Hunter所采用

28、的磁流體發(fā)電機(jī)技術(shù)原理， 整個(gè)裝置位于 發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的流場(chǎng)處。其工作過程大致如下：在噴管起始處安裝一個(gè)鉀鹽蒸汽注入裝置， 碳?xì)淙剂虾脱趸瘎┰诿}沖爆震發(fā) 動(dòng)機(jī)或超然沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室燃燒后，產(chǎn)生3 000 K左右的高溫燃?xì)猓诹鹘?jīng)噴管時(shí)注入容易電離的低電能鉀鹽，生成等離子體，經(jīng)過噴管加速到1 000 ms，然后進(jìn)入垂直磁場(chǎng)中的通道，洛侖茲力引起離子、電子分別趨向兩電極，從 而使2個(gè)電極間產(chǎn)生電勢(shì)差，然后就能從電極引出電流。磁流體發(fā)電是一種新型直接發(fā)電方式，具有以下優(yōu)點(diǎn)：效率高，能源的利用 率可達(dá)60%以上，是普通發(fā)電機(jī)的1.5倍；發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，啟停迅 速。因 為磁流體發(fā)電以導(dǎo)電流體（等離子體）

29、代替了一般發(fā)電設(shè)備中的轉(zhuǎn)子， 以磁體代替 了定子，省去了機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，從而達(dá)到了提高熱效率和簡(jiǎn)化設(shè)備的目的。 磁 流體發(fā)電的另一個(gè)誘人之處在于它啟停極為迅速， 從點(diǎn)火到滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)， 只需幾 十秒時(shí)間， 這是一般發(fā)電系統(tǒng)無法與之比擬的。 磁流體發(fā)電系統(tǒng)的這一優(yōu)點(diǎn)賦予 它 具有適應(yīng)某些特殊應(yīng)用的能力，如特別適用于軍事設(shè)備和科研裝置的一些需 要短時(shí)間大功率電源或尖峰負(fù)荷電源。整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)電效率高。Global-Hunter正是由于采用了以上兩種 創(chuàng)新技術(shù)，無需像其他高超聲速飛機(jī)那樣， 攜帶大量液氧或其它 機(jī)械發(fā)電裝置， 就可在吸氣式高超聲速平臺(tái)上產(chǎn)生充足電力。六、先進(jìn)的傳感器與共形天線技術(shù)G

30、lobal-Hunter將安裝未來高精度的光電/紅外傳感器和能夠敏銳地感知與 捕獲CC&併口生化目標(biāo)的高頻攝像儀。隨著激光成像 技術(shù)的不斷突破，三維激光 成像技術(shù)也講應(yīng)用在Global-Hunter上，這種先進(jìn)的傳感技術(shù)擁有極高的分辨率、 可以對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)關(guān)鍵目標(biāo)預(yù)判并三維成像，還 可對(duì)以前的目標(biāo)進(jìn)行二次辨別和定位 能力。除此之外，該平臺(tái)還能搭載核生化（NBC）傳感器，用于反恐和防御特殊武 器攻擊。對(duì)于遠(yuǎn)程飛行的無人機(jī)來說， 通信與導(dǎo)航十分關(guān)鍵。 由于地面曲率的限制必 須使用衛(wèi)星進(jìn)行通訊，所以無人機(jī)通常在機(jī)頭要鼓起一個(gè)大包用來安裝“圓蓋 狀”的衛(wèi)通天線（如美國的全球鷹），這樣不僅增加了阻力， 而且增

31、加了機(jī)構(gòu)重量， 對(duì)于高超聲速飛行器來說是不可忍受的。Global-Hunter將采用基于有源電掃描相控陣?yán)走_(dá)的共形天線技術(shù)， 共形天 線，又稱“保形天線”是由成百上千個(gè)獨(dú)立的收發(fā)和輻射單元（T/R組件）組成， 排成陣列形式， 可以和飛機(jī)的外形融合在一起。 利用電子計(jì)算機(jī)控制移相器改變 天線孔徑上的相位分布來實(shí)現(xiàn)波束在空間掃描的。與傳統(tǒng)的單 脈沖、圓錐機(jī)械 掃描體制的雷達(dá)相比， 省略了整個(gè)天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)， 降低了結(jié)構(gòu)重量與系統(tǒng)復(fù)雜度； 其中個(gè)別部件發(fā)生故障時(shí)，仍保持較高的可靠性。它不需要旋轉(zhuǎn)其 它部件來對(duì) 準(zhǔn)衛(wèi)星，也可實(shí)現(xiàn)高效的通信與數(shù)據(jù)傳輸。天線與機(jī)頭的上表面融為一體， 上面鋪有透波的耐高溫復(fù)合

32、材料和隔熱材料， 從而有效地保護(hù)天線不受氣動(dòng)加熱的影響。相控陣天線與機(jī)翼或機(jī)身的幾何形狀相融合，徹底避免了傳統(tǒng)飛機(jī)需要碩大 的雷達(dá)罩和單獨(dú)為天線安裝布置突起物對(duì)飛機(jī)氣動(dòng)性能帶來的不利影響，還可 以克服線陣和平面陣掃描角小的缺點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)全空域電掃和全向感知。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)被云層或樹葉遮蔽的隱藏目標(biāo)的偵察，Global-Hunter在機(jī)腹沿 機(jī)身軸線兩側(cè)布置了兩塊8m*1m的合成孔徑雷達(dá)天線，能夠 對(duì)隱藏的目標(biāo)實(shí)現(xiàn) 清晰的雷達(dá)三維成像，從而使任何目標(biāo)都無法遁形。七、先進(jìn)的控制、制導(dǎo)、導(dǎo)航與自主飛行綜合管理技術(shù)由于Global-Hunter是一種無人駕駛飛機(jī)，整個(gè)作戰(zhàn)任務(wù)主要由地面指揮系 統(tǒng)的指揮與導(dǎo)

33、引下才能完成，因此，高效、可靠的控制、制導(dǎo)與導(dǎo)航及數(shù)據(jù)鏈技術(shù)在充分發(fā)揮Global-Hunter的作戰(zhàn)效能中起著重要的作用。因此，Global-Hunter將采用一系列先進(jìn)的控制、制導(dǎo)、導(dǎo) 航與自主飛行綜合管理技 術(shù)。在飛行控制方面：Global-Hunter將采用光傳操縱FBL (Fly By Light)系 統(tǒng)代替現(xiàn)有的電傳操縱系統(tǒng)，以光導(dǎo)纖維代替電導(dǎo)線作為物理傳輸媒質(zhì)，應(yīng)用光 纖數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在飛控計(jì)算機(jī)之間或飛控計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)距離終端(如舵機(jī)等)之間 傳遞指令和反饋信息的飛行控制系統(tǒng)。與電傳(FBW)相比，光纖傳輸技術(shù)具有許 多非常獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：頻帶寬、信息容量大；傳輸損耗低、傳輸距離長(zhǎng)； 抗

34、干擾 性強(qiáng),使用安全，具有很高的可靠性和安全性；體積小、重量輕,便于在狹小的空 間敷設(shè)；運(yùn)用波分和時(shí)分技術(shù)，光傳操縱具有靈活的數(shù)據(jù)總線協(xié)議和結(jié)構(gòu)。在導(dǎo)航、 制導(dǎo)及數(shù)據(jù)鏈方面：Global-Hu nter將采用先進(jìn)的機(jī)載激光通信技 術(shù)用于通信、導(dǎo)航及數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。激光通信相?duì)于傳統(tǒng)的無線電通信具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、 通信容量大：激光的頻率比微波高3-4個(gè)數(shù)量級(jí)(其相應(yīng)光頻率在1013-1017 Hz)，因此它作為通信的載波有更大的利用頻帶。目前，光纖通信每 束波束光波的數(shù)據(jù)率可達(dá)20Gb/s以上，并且可采用波分復(fù)用技術(shù)使通信容量上 升幾十 倍。因此在通信容量上，光通信比微波通信有巨大的優(yōu)勢(shì)。2、 低功耗：激光的發(fā)散角很小，能量高度集中，落在接收機(jī)望遠(yuǎn)鏡天線上 的功率密度高，發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率可大大降低，功耗相對(duì)較低。3、 體積小、重量輕：由于空間激光通信的能量利用率高，使得發(fā)射機(jī)及其供電系統(tǒng)的重量減輕；由于激光的波長(zhǎng)短，在同樣的發(fā)散角和接收視場(chǎng)角要求下, 發(fā)射和接收望遠(yuǎn)鏡的口徑都可以減小。 擺脫了微波系統(tǒng)巨大的碟形天線，重量減 輕，體積減小。4、 高度的保密性 激光具有高度的定向性，發(fā)射波束纖細(xì)，激光的發(fā)散角通常在毫弧度，這使激光通信具有高度的保密性，可有效地提高抗干擾、防竊 聽 的能力。5、激光空間通信具