我国已经身处无人机领域的第一梯队,不仅仅技术储备多、型号繁杂、产业链完整,同时也要不断探索无人机领域的新高地。比如隐身能力更强、飞行速度更高、协同交战能力更强、AI水平更高等。

顶尖团队出手,国产无人机的动力,有了新苗头,高速突击美日舰队

喷气式动力的无侦-7,这是世界顶级的大型无人机

近日中科院工程热物所透露,他们完成了国产轻型超音速涡喷发动机研制,可以作为国产高空高速无人机动力装置。这种发动机属于国内自主创新,也是国际首台轻型超音速涡喷发动机。根据相关消息,国产轻型超音速涡喷发动机采用了多级燃烧的概念,在提高推力的同时降低了油耗,能够有效提高无人机速度和巡航时间,为国产无人机性能扩展打下了坚实的基础。

从乌克兰等战场经验来看,现有的低速无人机难以在高强度对抗环境之中执行任务。以土耳其TB-2侦察打击一体化无人机为例,它在纳卡冲突之中大发异彩,但是在乌克兰上就被打得七零八落,因此未来战争需要更加先进的无人机,而高空高速是提高无人机战场生存能力主要措施之一。

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乌克兰的TB-2无人机并未获得亮眼的战绩

想让无人机获得足够的高空高速性能,先进发动机必不可少,国产轻型超音速发动机就是针对这个要求而发展的。现有的航空发动机之中,涡喷发动机的油耗高;改善了油耗的涡扇发动机高空高速性能要差一些;推力大也不计较速度和高度的火箭发动机,重复使用难度大,寿命也低;冲压发动机则需要助推器提供较高的初速才能启动,这些东西统统都不适合作为新一代无人机的动力装置。

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在这种情况下,工程热物理所进行了创新设计,采用了多级燃烧概念,研制成功国产轻型超音速涡喷发动机,从而解决了普通涡喷发动机油耗高这个问题。有了这种发动机,国产无人机飞行飞行速度提高到两倍音速以上。

多级燃烧是新世纪涡轮发动机一个新概念,这个概念的原理,是在航空发动机之中再增加一个燃料室,从而增加高温燃气的总能量。国产轻型超音速涡喷发动机是在涵道之中增加一个燃烧室,先对气流进行加热,然后再进入主燃烧室再次加热。如果需要进一步提高推力,还可以使用加力燃烧室进行第三次加热,从而最大限度提高发动机推力。

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由于实现了多级燃料,发动机可以在涡轮总功率不变的情况下,增加喷嘴出口总压,喷口出口总压越大,发动机进/排气压比就越大,发动机推力就越大,这样就可以有效提高性能性能。还有一点非常宝贵,那就是增加发动机可靠性,即便一个燃烧室出现问题,发动机仍然可以保持工作,让飞行器还可以继续飞行,安全性更好。

根据国内外研究表明,多级燃烧与现有普通涡喷(扇)发动机,在同样条件下,推力更大,油耗更低,速度范围更大,可以扩展到3马赫甚至4马赫。这样无人机、巡航导弹等飞行器配备这种发动机之后,速度更快,留空时间更长,航程更远,作战能力更强。

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当然多级燃烧也有缺点,那就是空气动力、内部结构比普通航空发动机更复杂,对于材料工艺等要求更高,技术难度更大,成本和费用也更多。不过采用这种发动机之后,飞行器性能明显优于普通发动机的型号,所以这些缺点还是可以接受的。

国产轻型超音速涡喷发动机研制成功之后,为国产高空高速无人机发展扫清了障碍。国产新一代高空高速无人机采用这种发动机之后,性能明显提高。以国产翼龙-10无人机高空高亚音速无人机为基准,它的升限为1.5万米,时速650公里/小时,国产新一代高空高速无人机升限能够增加到2万米以上,时速增加到3马赫左右。

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采用双发涡喷的翼龙-10无人机,已经算是相对高速的无人机

以第一岛链任务为背景,翼龙-10无人机抵达第一岛链大约需要2个小时,而高空高速无人机只需要20分钟左右。高空高速再配合隐身性能,国产新一代高空高速无人机战场性能得到有效提高,能够在高强度对抗环境下执行任务,更加适合在第一岛链外侧执行任务。

从美国RTA等先进发动机发展计划来看,未来飞行器飞行包线宽广,需要组合发动机才能满足使用要求。这些组合发动机之中,先进涡喷发动机必不可少,要求未来涡喷发动机的速度范围至少要提高到2.5马赫以上,才能满足未来飞行器组合发动机要求。

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无侦-8虽然飞行速度高,但是火箭发动机也带来了续航力有限的问题

轻型超音速涡轮发动机研制的成功,也为我们研制未来组合发动机提供了技术储备,可以算是一次宝贵的技术练兵。随着国产航空发动机不断取得技术突破,我们看到国产新一代高空高速无人机日子应该来期不远,更加先进的国产组合发动机也在大步向我们走来。

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