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LOUT无人机为极端隐身倒置发动机

转载 2020-05-16 19:32 无人机 来源:无人机

空中客车集团在德国南部Manching进行的年度媒体商业简报会上对外公布了一款秘密研发了10年的“低可探测性无人机测试平台”( Low Observable UAV Testbed, 简称LOUT)。这是一项早在2007年就由内部资金启动的机密项目(当时还是MBB/EADS公司),2010年德国国防部与其签署合同,之后在Manching和不来梅以鼬鼠工厂模式开发。从外形上看,该机和近些年国际上比较流行的隐身无人机似乎差别不大,但是仔细观察你会发现该机的几个很有意思的特点。其中就包括其倒置发动机方案。

据悉,LOUT虽然叫做验证机,但实际上是一个只用于地面测试的实验平台,用于验证隐身技术。空客德国公司从2007年就以类似洛克希德“臭鼬工厂”的方式开始由一个小团队秘密研究隐身技术。2010年,按照与德国国防部的协议,该公司开始制造地面验证机以验证宽频谱信号降低技术。



LOUT验证机发展时间表

在雷达暗室中进行测试的LOUT原型机

LOUT使用了飞翼布局方案,这种单后掠菱形方案被美国人称之为风筝型。先说说这个空中客车公司,大家都知道我们乘坐的很多客机都是空客的飞机。原本空客公司只是欧洲宇航防务集团的一个子公司,后来因为空客可能名声更大,或者为了宣传空客,集团就直接改名叫空中客车集团了。由空客在德国子公司研制的隐身无人机验证平台是一种近年来非常常见的飞翼布局无人机,这个验证机机长12米,翼展12 米,重约4吨,尺寸和BAE系统公司的“雷神”验证机相当。其全尺寸飞机据称有20吨重。按照美国人的说法,这种构型叫风筝构型。有点像美国的早期的X-47,外形呈菱形(diamond-shap,菱形翼和钻石形翼就是从这个词而来),当然也不是正规的菱形,因为菱形的四边是等长的,而这个飞翼的后缘要比前缘短些,后缘前掠角也比前缘后掠角小,所以不是严格意义上的菱形,真正意义的菱形翼YF-23的才算。飞翼布局是近年来各国隐身无人机普遍采用的一种布局方式,隐身性能好,亚声速巡航效率很高。LOUT 的隐身频段涵盖VHF到Ka波段,可以说从米波到毫米波基本都涵盖了。但是,这个LOUT的布局和之前的无人机验证平台相比有两个很有意思的特点。

这张图可以看到,其无附面层隔道进气口位于后缘附近,发动机很可能位于其前方,反向安装。它是一种无人机,但是看上去还有一个透明的座舱盖,这个座舱盖特别像F-22的座舱盖。不过按照空客的说法,这个透波的座舱盖主要用来测试一些传感器用,并不意味着座舱里面有人。但是这一点非常值得怀疑。因为这种布置方式会给整机设计带来非常大的影响。目前各国推出的飞翼型隐身无人机基本都采用位于机头中央上方的背负式S型进气道和单发设计。包括俄罗斯S-70验证机以及中国已经公开的多种飞翼无人机以及美国的X-47系列、RQ-170以及欧洲的“神经元”等等。大家都这样设计本身就说明这种设计的优势。因为这个体量的无人机通常使用一台发动机就行了,没必要搞两个进气道,这样无疑会占用更大空间。但是这个位置让给座舱盖之后,意味中间通道无法用于进气。当然,这个座舱盖很可能是确认采用两套进气系统后按上去的。但无论这个验证机是否是无人机,这种布置方式都是非常适合带有座舱的有人驾驶飞机的。如果这种飞机使用两台EJ200级别的发动机,那么其最大起飞重量30吨左右是没有太大问题的。当然,考虑到其全部内置的武器,所以有消息称其为20吨级飞机,也是可能的。但是如果是一种20吨级的飞机,理论上安装一台发动机也够了,还省下了比较大的空间和重量。

据称,该机的座舱盖只是个摆设,并不意味着该机有飞行员,当然,也并不意味着它肯定没有飞行员。第二特点是两个背负式进气道的进气口特别靠近后缘。按照常规的布置方式,其后方很难布置发动机了。如果采用正常的布局,比如说B-2那种,进气口应该更加靠前。所以,有分析人士认为,该机采用了所谓的倒置发动机方案。也就是让发动机喷口朝前安装。这样,发动机安装于进气口的前方,然后进气口通过一个U型的管道为发动机供气,向前的喷口再通过一个管道,将气流引导到翼身融合体的后缘的缝隙式喷口处。其好处是隐身性能好,发动机深埋于机体内,前后叶片都不会被照射到。进气道弯度更大,发动机叶片不会产生前向反射。而且燃气经过更长距离的排气系统的降温,将大大降低红外辐射,从而提高了红外隐身能力。当然它的缺点也是很明显的,通常来说会降低进气和排气的效率,并且占用了大量机内空间。所以,这种方式还是很罕见的。当然,发明这种倒置发动机安装方案的并非是空客,之前“反向安装矢量发动机推力”项目曾对这一技术进行过尝试,这其中的得失,恐怕只有项目参与者明白。

发动机倒着装,是有先例的。另外,这架无人机模型目前主要用于测试隐身技术和隐身开发、评估软件。其测试的技术包括隐身结构、隐身涂层、隐身外形、结构冷却、射频信号控制等等,空客提供的资料中,还有对俄罗斯的苏-57战机的建模分析。所以该机很可能并非一种飞行试验平台,所以在隐身上采取一些极端做法,也并不意外。



空客展示的LOUT构型演变过程,可见其中也有类似B-2的设计,目前采用的设计可能是对隐身最优化,而没有认真考虑空气动力学影响的产物,图中可见正在进行吹风的另一种构型的实验平台



该机在隐身技术方面比较大的突破在于对全频带隐身的考虑,对VHFUHF和米波雷达也能隐身

该机的机翼前缘和进气口都考虑了全频带隐身的问题。而且该机还通过综合使用吸波材料、透波蒙皮、通过可变导电率技术实现可控透波、表面波衰减技术,成功降低了散射信号(针对米波雷达反隐身技术)。

空客德国表示,这架隐身验证机积累的技术将可以用于与法国、西班牙共同进行的FCAS(未来空战系统)项目,法国达索公司此前已经研制了“神经元”无人机并进行试飞,积累了这方面的技术经验。

美国《航空周刊》杂志对此评论称,这种验证机的细节至今仍是机密,它是一个测试最新隐身技术的地面验证平台,它看起来可以为发展一种真正隐身的无人机提供可靠的基础,尤其是它认真考虑了全频带隐身性能。但这仍然只是一种验证平台,从一种仅用于地面测试的实验平台,到真正能够飞行和作战的无人机,仍然有非常漫长而艰难的道路等着空客公司。

大家看到这儿应该能联想到,目前我国部已经部署了多种新型的米波或者VHF(接近米波的分米波)雷达,用于反隐身探测,中电集团38所还为此荣获过国家科学技术进步奖,这种雷达据称在2016年成功在数百公里外跟踪美国F-22战斗机。

同时期中电科14所的超宽带雷达(UWB)据称也成功跟踪到了远距离上的美国F-22战斗机——当然实际上如果说波长的话,超宽带雷达的工作波段为P波段,也是接近米波的波段,所以该雷达也经常被称为米波雷达。

虽然两者工作机制有所区别,但在反隐身方面的原理相似。

米波雷达采用利用目标散射特性来提高反隐身能力的设计,它的原理是当目标的尺寸与雷达波长达到特定比例关系的时候,散射信号会比较强,而米波波段正好可以与F-22F-35这样尺寸的飞机形成这样的比例关系,再加上使用大功率的AESA天线,提高探测距离。这样最终就可以做到远距离探测隐身飞机——不过这样的设计对B-2这类的目标效果就会差一些,因为B-2尺寸较大,不在能产生强散射的范围内。美国RQ-180无人机以较小的机体,但却有50多米的翼展,也正是利用了同样的原理,来降低米波雷达探测的效果。



RQ-180的翼展据称足有57米之长,可以有效降低米波雷达的探测效果

此外,现有的吸波材料也一般只针对特定波段,而米波和超宽带雷达超出了它的最佳工作波段范围之外,因此吸波材料无法吸收能量,也就失去了隐身能力。

这两者结合,让超宽带雷达和米波雷达具备了优良的反隐身能力。

目前,除了B-2RQ-180这样让飞机的外形尺寸超出米波的强散射范围的设计之外,也开始出现一些针对这些米波波段雷达的新的隐身设计概念。

这次德国LOUT验证机据称就着重考虑了这一点,当然,由于他们也没有公布详细数据,在这架飞机上究竟采用了什么样的技术,其针对米波雷达、超宽带雷达的隐身效果究竟能达到什么水平,都还是未知数。

当然了,另一方面来说,正如其他很多方面一样,欧洲都在做的事情,某超级大国和某发展中国家,怎么会没有对应的研究项目呢?

目前美国正在研制的B-21隐形轰炸机据信就和RQ-180有很多相似之处,包括较大的翼展尺寸,用于降低米波雷达的反隐身效果。

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