女总设计师：中国未来无人机的动力发展思考(图)

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2012-9-19 14:14 上传

作者：中航工业燃气涡轮研究院副院长、总设计师 黄维娜

无人机作为一支新兴的空中力量在现代战争中发挥了重要的作用，特别是在海湾战争、阿富汗反恐战争和伊拉克战争中，无人机执行了侦察、监视、电子对抗和远距攻击等任务，取得了相当好的战果，使人们更加确信无人机作为有效军事武器在未来战争中的重要作用。无人机已经成为航空科技领域中最活跃和最重要的发展方向之一，无人作战飞机极有可能取代常规有人作战飞机称雄未来的天空。无人机的发展离不开动力技术的推动，作为无人机系统发展的基石，无人机动力的发展直接关系到无人机装备的发展。本文在分析国外与我国无人机及其动力现状的基础上，提出了未来我国无人机动力发展的思考。

国外无人机及其动力发展现状与趋势

无人机现状与发展趋势

从国外无人机的发展来看，无人机的研发工作得到了很多国家的高度关注，全世界范围内约有30多个国家和地区开展无人机的研究工作，有50多个国家装备了无人机，全球已有10多万架无人机。无人机以其平台特有的能力成为了牵引21世纪航空科技发展的核心力量。无人机的飞行高度涵盖了从低空到20000米以上，航程从短程到5000千米以上。

随着无人机越来越受到重视，其承担的任务种类越来越多，从最初的靶机、侦察机、通信联络机等辅助性作战任务到从执行空中侦察、战场监视到压制敌方防空系统、对地攻击等主要任务，实现侦察/打击/攻击一体化，所发挥的作用越来越大。未来无人机发展主要沿着“靶机—ISR—察打一体化—无人作战飞机—空天一体化”的轨迹发展。

从国外无人机的发展特点来看，未来无人机发展将会有以下四个发展趋势：

第一、无人侦察机从低空侦察向高空长航时发展。高空长航时无人侦察机将具备高隐身、高速、高空、长航时等发展特点。

第二、无人机从单一侦察向察打一体、无人作战飞机发展。无人作战飞机以任务为中心，无需考虑飞行员的承受能力等因素，它能够压制敌防空、实施对地轰炸与攻击，可以实现大过载，确保零伤亡，在速度、高度、航程和隐身性、机动性方面有鲜明的优势。

第三、无人作战飞机从对地攻击向制空型无人战斗机发展。无人战斗机除具有对地攻击的特点外，侧重于进行空中拦截、空中格斗，一般用于消耗战，争夺制空权，既可以纵深打击，又可以远程侦察和监视，具有多用途、高机动、自适应等特点。

第四、无人机从低空低速向高空高速、临近空间高超声速发展。从航空航天技术发展方向与技术制高点出发，无人机向高空高速、临近空间高超声速无人机发展是必然的发展趋势，其发展特点是：飞行马赫数3以上；具有时效敏感性；能够快速打击与侦察；能够空天往返；可实现全球到达等。

无人机动力发展现状及趋势

目前，国外无人机的动力主要以活塞发动机和燃气涡轮发动机为主。活塞发动机适用于低速、低空以及起飞重量小的无人机。对于速度、高度、质量都较高的无人机而言，燃气涡轮发动机是最合适的动力装置。随着燃气涡轮发动机技术的不断发展进步，关键技术指标如耗油率、推进能力和寿命等越来越优，燃气涡轮发动机在无人机上的应用越来越广泛。

国外高端无人机动力的发展趋势是以涡扇发动机为主。涡扇发动机耗油率相对较低，具有寿命长、成本低、易于实现系列化等优点，非常适合于未来无人机平台对动力的需求。从国外无人机的现状和发展趋势看，目前在研和拟研的高端无人机动力也基本以涡扇发动机为主。例如，欧洲的“神经元”验证机选用“阿杜尔”涡扇发动机。美国“联合空战系统计划”（J-UCAS）中发展的X-45A／B和X-47无人战斗机的验证样机选择了现有涡扇发动机。

随着无人机从低空低速向高空高速、临近空间高超声速发展，常规涡扇发动机已经不能完全满足其对动力装置的要求，需要研制新型动力，如发展变循环发动机（VCE）和涡轮基组合循环动力（TBCC）等。

通过对国外无人机动力发展趋势的分析，可以推断出未来无人机的动力将主要以涡扇发动机为主，其推力量级大致处于200～10000kgf之间，低油耗将是未来无人机动力最关键的一项技术指标。未来的无人机向高空、高速发展，要求待机时间长、留空时间长和续航能力强，因此对发动机的耗油率要求非常严格，最优的耗油率将是未来无人机选择动力的关键因素。未来无人作战飞机具有非常好的机动性、灵活性和突防能力，因此最大过载有可能达到15～20，无人机动力必须要考虑无人机的大过载设计要求。未来无人机，特别是无人作战飞机的隐身设计要求非常高，需要全程隐身、全方位隐身和全频段隐身，这对发动机设计提出了新的挑战。未来的无人机要根据任务需要，能够进行自适应控制，适应多任务平台需求，因此动力装置设计时肯定要考虑自适应控制的要求。总之，未来无人机的动力关键技术将以低油耗、大过载、高隐身、自适应控制、长寿命等为发展重点。

我国无人机及其动力现状及发展趋势

无人机发展现状与趋势

我国作为一个幅员辽阔的大国，身处复杂的国际环境，现代化国防对无人机发展的需求同样十分强烈，特别是随着人们对未来战争观念、作战形式和任务要求的改变，无人机的研发得到了一定的关注。由于我国地域宽广，陆海空覆盖面积大，无人机是朝着高中低空、远中近程、低速和高速无人机搭配使用方向发展。      

未来的空战将是无人机之间的空战，为了满足战争的需要，我国需要有从短程到远程，从低空到高空，从轻型到重型，从侦察到作战，涵盖各个范围、各种用途全系列的无人机。我国现有的无人机类型远远不能满足未来战争的需要，为了满足国防发展需求，更好的发挥无人机作为有效军事武器的潜力，有必要发展以下类型的无人机：特种作战侦察使用的微型无人机；近程战术侦察或者作战需要的无人机；采用涡轴发动机的旋翼无人机；中高空中远程无人机； 超高空超高速无人机。

无人机动力现状与发展趋势

我国无人机的发展很大程度上受制于动力，随着我国无人机谱系的健全，现有动力装置的发展越来越无法满足平台的需求。现有的发动机谱系只能满足无人机动力的“有无”，不能满足平台对飞行速度、飞行高度、起降方式、续航时间、航程和经济性等指标的不同要求。

为使动力与平台更好的匹配，未来无人机动力的发展趋势大致为：由于无人机平台的多样性，需求推力范围大约为100～10000kgf的涡喷/涡扇发动机来配装中高端无人机；功率不大于100kW活塞发动机配置低速无人机；功率不大于500kW的涡轴配装旋翼无人机；功率不大于600kW的涡桨发动机配装中低速无人机；冲压组合发动机是最有希望用于高超声速无人机的发动机；随着新型发动机技术的发展，燃料电池推进系统、太阳能推进系统、脉冲爆震发动机、核动力涡轮发动机等新型动力也将发展成为于无人机的动力。其中，未来需求最强烈、装备意义最大的几型发动机包括用于高空长航时无人机的高性能大涵道比涡扇发动机、对地型无人攻击机和制空型无人机配套的中等推力涡扇发动机，以及临近空间超声速无人机使用的涡轮冲压组合发动机。

未来我国无人机动力发展思考

为了更好地发挥无人机作为有效军事武器的作用，发挥平台的潜力，我们应高度重视无人机动力的研发。美国在《无人机系统路线图（2005-2030）》指出：“推进技术和处理器技术是无人机的两大关键技术”，由此可见动力技术的发展对无人机系统的发展起着尤为关键的作用。我国无人机动力发展应该以我国各军兵种无人飞行器发展需求为依据，针对未来重点发展的无人作战飞机、高空长航时无人机、高超声速空天无人机等高端无人机平台，兼顾其他无人机需求，以核心机及涡轮冲压组合发动机为主线，遵循“加强预研、自主创新，统筹规划、系列发展，填补空白、占领高端”的发展原则，突破无人系统动力装置关键技术，通过新研和现有动力系列发展等方式，研制出满足国内军民用无人机系统发展需要的各类动力装置。

为了满足高端无人机对动力的需求，本文提出以下无人机动力发展设想：

（1）战斗机是天空当仁不让的主角，无人作战飞机以其“零伤亡”、“非接触”、“无流血”和超机动、大过载等特有优势成为未来空战的主力，因此无人作战飞机的发展迫切。无人作战飞机的发动机，一方面可以在现有的先进中等推力涡扇发动机核心机基础上，研制无人作战飞机专用动力装置。这种发展方法，技术风险较小，成本可控。另外一方面可以发展新一代的具有低油耗、大过载、矢量推力、隐身性能好等特点的先进航空发动机。

（2）知己知彼方能百战不殆，高空长航时无人机作为战场侦察的主力，是信息时代战争不可或缺的组成元素，它可以使我们了解战场的变化，从而做出应对。对高空长航时无人机，鉴于其长寿命，高经济性的特点，可以采用大涵道比涡扇发动机，但由于其对高空低速性能要求较高，需要考虑高空低雷诺数的情况。国内高空低雷诺数设计技术基础较为薄弱，可以优先发展。

（3）善攻者攻于九天之上，更高的高度、更快的速度始终是任何一个国家、一支军队不懈的追求。超高空超高速无人飞机或空天飞机则始终是更新更强的装备，也是世界各国都不遗余力努力发展的方向。针对这类具有前瞻性发展潜力的无人机，其动力的发展我们可以根据现有的技术储备，优先考虑发展涡轮冲压组合发动机、超燃冲压发动机等新型动力。

措施与建议

1.加大投入，强化基础。

我国发动机研制基础本身就比较薄弱，而对于无人机发动机研究才起步不久，对应的基础设施更加薄弱。由于无人机动力使用特点对发动机的特殊要求，如高空低雷诺数、大过载等，需要在研制过程中提前进行验证与研究。同时，由于用于无人机所带来的交联控制、电磁环境等方面的技术挑战，一方面需要建立相应的试验设施，另一方面需要开展大量的基础研究工作。所以，发展无人机动力首先就要加大投入，强化基础。

2.加强预研，自主创新。

应长期坚持动力先行的原则，积极开展无人机动力技术的预先研究和自主创新工作，为适应未来无人机发展的要求打好基础。动力装置的类型不同，预先研究的关键技术也不同，应分别制订针对各种无人机动力的预研计划，建议国家用类似于民用飞机发动机计划的形式，将无人机动力技术预研项目打包，重点抓关键技术验证和转化。

3.统筹规划，系列发展。

无人机是当前国防装备研究的热点，应制定合理的无人机发展路线，合理谋划无人机动力的发展战略，尤其对国防和经济建设有显著影响的中小型涡扇发动机应予以重点研究。在高性能核心机的基础上，系列化派生发展发动机，解决不同类型无人机平台对动力装置的需求。

4.填补空白，占领高端。

重点突破中等推力涡扇发动机和高空长航时大涵道比涡扇发动机技术，填补无人机动力型谱空白。围绕高空长航时、无人作战以及临近空间高超声速等高端无人机，解决相应动力装置研制的关键技术，重点研制几型发动机，满足高端无人机的动力需求。（中航工业燃气涡轮研究院副院长、总设计师 黄维娜）  
http://news.ifeng.com/mil/2/detail_2012_09/19/17735560_4.shtml

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作者：中航工业燃气涡轮研究院副院长、总设计师 黄维娜

无人机作为一支新兴的空中力量在现代战争中发挥了重要的作用，特别是在海湾战争、阿富汗反恐战争和伊拉克战争中，无人机执行了侦察、监视、电子对抗和远距攻击等任务，取得了相当好的战果，使人们更加确信无人机作为有效军事武器在未来战争中的重要作用。无人机已经成为航空科技领域中最活跃和最重要的发展方向之一，无人作战飞机极有可能取代常规有人作战飞机称雄未来的天空。无人机的发展离不开动力技术的推动，作为无人机系统发展的基石，无人机动力的发展直接关系到无人机装备的发展。本文在分析国外与我国无人机及其动力现状的基础上，提出了未来我国无人机动力发展的思考。

国外无人机及其动力发展现状与趋势

无人机现状与发展趋势

从国外无人机的发展来看，无人机的研发工作得到了很多国家的高度关注，全世界范围内约有30多个国家和地区开展无人机的研究工作，有50多个国家装备了无人机，全球已有10多万架无人机。无人机以其平台特有的能力成为了牵引21世纪航空科技发展的核心力量。无人机的飞行高度涵盖了从低空到20000米以上，航程从短程到5000千米以上。

随着无人机越来越受到重视，其承担的任务种类越来越多，从最初的靶机、侦察机、通信联络机等辅助性作战任务到从执行空中侦察、战场监视到压制敌方防空系统、对地攻击等主要任务，实现侦察/打击/攻击一体化，所发挥的作用越来越大。未来无人机发展主要沿着“靶机—ISR—察打一体化—无人作战飞机—空天一体化”的轨迹发展。

从国外无人机的发展特点来看，未来无人机发展将会有以下四个发展趋势：

第一、无人侦察机从低空侦察向高空长航时发展。高空长航时无人侦察机将具备高隐身、高速、高空、长航时等发展特点。

第二、无人机从单一侦察向察打一体、无人作战飞机发展。无人作战飞机以任务为中心，无需考虑飞行员的承受能力等因素，它能够压制敌防空、实施对地轰炸与攻击，可以实现大过载，确保零伤亡，在速度、高度、航程和隐身性、机动性方面有鲜明的优势。

第三、无人作战飞机从对地攻击向制空型无人战斗机发展。无人战斗机除具有对地攻击的特点外，侧重于进行空中拦截、空中格斗，一般用于消耗战，争夺制空权，既可以纵深打击，又可以远程侦察和监视，具有多用途、高机动、自适应等特点。

第四、无人机从低空低速向高空高速、临近空间高超声速发展。从航空航天技术发展方向与技术制高点出发，无人机向高空高速、临近空间高超声速无人机发展是必然的发展趋势，其发展特点是：飞行马赫数3以上；具有时效敏感性；能够快速打击与侦察；能够空天往返；可实现全球到达等。

无人机动力发展现状及趋势

目前，国外无人机的动力主要以活塞发动机和燃气涡轮发动机为主。活塞发动机适用于低速、低空以及起飞重量小的无人机。对于速度、高度、质量都较高的无人机而言，燃气涡轮发动机是最合适的动力装置。随着燃气涡轮发动机技术的不断发展进步，关键技术指标如耗油率、推进能力和寿命等越来越优，燃气涡轮发动机在无人机上的应用越来越广泛。

国外高端无人机动力的发展趋势是以涡扇发动机为主。涡扇发动机耗油率相对较低，具有寿命长、成本低、易于实现系列化等优点，非常适合于未来无人机平台对动力的需求。从国外无人机的现状和发展趋势看，目前在研和拟研的高端无人机动力也基本以涡扇发动机为主。例如，欧洲的“神经元”验证机选用“阿杜尔”涡扇发动机。美国“联合空战系统计划”（J-UCAS）中发展的X-45A／B和X-47无人战斗机的验证样机选择了现有涡扇发动机。

随着无人机从低空低速向高空高速、临近空间高超声速发展，常规涡扇发动机已经不能完全满足其对动力装置的要求，需要研制新型动力，如发展变循环发动机（VCE）和涡轮基组合循环动力（TBCC）等。

通过对国外无人机动力发展趋势的分析，可以推断出未来无人机的动力将主要以涡扇发动机为主，其推力量级大致处于200～10000kgf之间，低油耗将是未来无人机动力最关键的一项技术指标。未来的无人机向高空、高速发展，要求待机时间长、留空时间长和续航能力强，因此对发动机的耗油率要求非常严格，最优的耗油率将是未来无人机选择动力的关键因素。未来无人作战飞机具有非常好的机动性、灵活性和突防能力，因此最大过载有可能达到15～20，无人机动力必须要考虑无人机的大过载设计要求。未来无人机，特别是无人作战飞机的隐身设计要求非常高，需要全程隐身、全方位隐身和全频段隐身，这对发动机设计提出了新的挑战。未来的无人机要根据任务需要，能够进行自适应控制，适应多任务平台需求，因此动力装置设计时肯定要考虑自适应控制的要求。总之，未来无人机的动力关键技术将以低油耗、大过载、高隐身、自适应控制、长寿命等为发展重点。

我国无人机及其动力现状及发展趋势

无人机发展现状与趋势

我国作为一个幅员辽阔的大国，身处复杂的国际环境，现代化国防对无人机发展的需求同样十分强烈，特别是随着人们对未来战争观念、作战形式和任务要求的改变，无人机的研发得到了一定的关注。由于我国地域宽广，陆海空覆盖面积大，无人机是朝着高中低空、远中近程、低速和高速无人机搭配使用方向发展。      

未来的空战将是无人机之间的空战，为了满足战争的需要，我国需要有从短程到远程，从低空到高空，从轻型到重型，从侦察到作战，涵盖各个范围、各种用途全系列的无人机。我国现有的无人机类型远远不能满足未来战争的需要，为了满足国防发展需求，更好的发挥无人机作为有效军事武器的潜力，有必要发展以下类型的无人机：特种作战侦察使用的微型无人机；近程战术侦察或者作战需要的无人机；采用涡轴发动机的旋翼无人机；中高空中远程无人机； 超高空超高速无人机。

无人机动力现状与发展趋势

我国无人机的发展很大程度上受制于动力，随着我国无人机谱系的健全，现有动力装置的发展越来越无法满足平台的需求。现有的发动机谱系只能满足无人机动力的“有无”，不能满足平台对飞行速度、飞行高度、起降方式、续航时间、航程和经济性等指标的不同要求。

为使动力与平台更好的匹配，未来无人机动力的发展趋势大致为：由于无人机平台的多样性，需求推力范围大约为100～10000kgf的涡喷/涡扇发动机来配装中高端无人机；功率不大于100kW活塞发动机配置低速无人机；功率不大于500kW的涡轴配装旋翼无人机；功率不大于600kW的涡桨发动机配装中低速无人机；冲压组合发动机是最有希望用于高超声速无人机的发动机；随着新型发动机技术的发展，燃料电池推进系统、太阳能推进系统、脉冲爆震发动机、核动力涡轮发动机等新型动力也将发展成为于无人机的动力。其中，未来需求最强烈、装备意义最大的几型发动机包括用于高空长航时无人机的高性能大涵道比涡扇发动机、对地型无人攻击机和制空型无人机配套的中等推力涡扇发动机，以及临近空间超声速无人机使用的涡轮冲压组合发动机。

未来我国无人机动力发展思考

为了更好地发挥无人机作为有效军事武器的作用，发挥平台的潜力，我们应高度重视无人机动力的研发。美国在《无人机系统路线图（2005-2030）》指出：“推进技术和处理器技术是无人机的两大关键技术”，由此可见动力技术的发展对无人机系统的发展起着尤为关键的作用。我国无人机动力发展应该以我国各军兵种无人飞行器发展需求为依据，针对未来重点发展的无人作战飞机、高空长航时无人机、高超声速空天无人机等高端无人机平台，兼顾其他无人机需求，以核心机及涡轮冲压组合发动机为主线，遵循“加强预研、自主创新，统筹规划、系列发展，填补空白、占领高端”的发展原则，突破无人系统动力装置关键技术，通过新研和现有动力系列发展等方式，研制出满足国内军民用无人机系统发展需要的各类动力装置。

为了满足高端无人机对动力的需求，本文提出以下无人机动力发展设想：

（1）战斗机是天空当仁不让的主角，无人作战飞机以其“零伤亡”、“非接触”、“无流血”和超机动、大过载等特有优势成为未来空战的主力，因此无人作战飞机的发展迫切。无人作战飞机的发动机，一方面可以在现有的先进中等推力涡扇发动机核心机基础上，研制无人作战飞机专用动力装置。这种发展方法，技术风险较小，成本可控。另外一方面可以发展新一代的具有低油耗、大过载、矢量推力、隐身性能好等特点的先进航空发动机。

（2）知己知彼方能百战不殆，高空长航时无人机作为战场侦察的主力，是信息时代战争不可或缺的组成元素，它可以使我们了解战场的变化，从而做出应对。对高空长航时无人机，鉴于其长寿命，高经济性的特点，可以采用大涵道比涡扇发动机，但由于其对高空低速性能要求较高，需要考虑高空低雷诺数的情况。国内高空低雷诺数设计技术基础较为薄弱，可以优先发展。

（3）善攻者攻于九天之上，更高的高度、更快的速度始终是任何一个国家、一支军队不懈的追求。超高空超高速无人飞机或空天飞机则始终是更新更强的装备，也是世界各国都不遗余力努力发展的方向。针对这类具有前瞻性发展潜力的无人机，其动力的发展我们可以根据现有的技术储备，优先考虑发展涡轮冲压组合发动机、超燃冲压发动机等新型动力。

措施与建议

1.加大投入，强化基础。

我国发动机研制基础本身就比较薄弱，而对于无人机发动机研究才起步不久，对应的基础设施更加薄弱。由于无人机动力使用特点对发动机的特殊要求，如高空低雷诺数、大过载等，需要在研制过程中提前进行验证与研究。同时，由于用于无人机所带来的交联控制、电磁环境等方面的技术挑战，一方面需要建立相应的试验设施，另一方面需要开展大量的基础研究工作。所以，发展无人机动力首先就要加大投入，强化基础。

2.加强预研，自主创新。

应长期坚持动力先行的原则，积极开展无人机动力技术的预先研究和自主创新工作，为适应未来无人机发展的要求打好基础。动力装置的类型不同，预先研究的关键技术也不同，应分别制订针对各种无人机动力的预研计划，建议国家用类似于民用飞机发动机计划的形式，将无人机动力技术预研项目打包，重点抓关键技术验证和转化。

3.统筹规划，系列发展。

无人机是当前国防装备研究的热点，应制定合理的无人机发展路线，合理谋划无人机动力的发展战略，尤其对国防和经济建设有显著影响的中小型涡扇发动机应予以重点研究。在高性能核心机的基础上，系列化派生发展发动机，解决不同类型无人机平台对动力装置的需求。

4.填补空白，占领高端。

重点突破中等推力涡扇发动机和高空长航时大涵道比涡扇发动机技术，填补无人机动力型谱空白。围绕高空长航时、无人作战以及临近空间高超声速等高端无人机，解决相应动力装置研制的关键技术，重点研制几型发动机，满足高端无人机的动力需求。（中航工业燃气涡轮研究院副院长、总设计师 黄维娜）  
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