翔龙无人机研制历程记

翔龙无人机(英文:Soar Dragon )，是中国中航工业成都飞机工业公司自主研究和设计的一种大型无人机。”翔龙”高空高速无人侦察机全机长14.33米，翼展24.86米，机高5.413米，正常起飞重量6800公斤，任务载荷600公斤，机体寿命暂定为2500飞行小时。巡航高度为18000米~20000米，巡航速度大于 700公里/小时;作战半径2000~2500公里，续航时间最大10小时，起飞滑跑距离350米，着陆滑跑距离500米。

2013年1月14日，美国《防务新闻》周刊网站官方博客刊发温德尔-明尼克的文章称，中国翔龙(Soar Dragon)无人机再次现身，对这款无人机予以极大关注。

2011年6月28日，翔龙无人机原型机出现在成飞跑道上翔龙模型，首次露出它神秘的面容。翔龙高空长航时无人机是中国新一代高空长航时无人侦察机，”翔龙”高空高速无人侦察机机身全长14.33米，翼展24.86米，机高5.413米，正常起飞重量6800公斤，任务载荷600公斤，机体寿命暂定为2500Fh。巡航高度为18000米~20000米，巡航速度大于700公里/小时;作战半径2000~2500公里，续航时间超过10小时，起飞滑跑最短距离350米，着陆滑跑距离500米。 为了满足军队未来作战的需要，完成平时和战时对周边地区的情报侦察任务，为部队准确及时地了解战场态势提供有力手段，中国一航组织成都飞机设计研究所、贵州航空工业(集团)有限责任公司等有关单位设计出了”翔龙”高空高速无人侦察机概念方案，包括无人机飞行平台、任务载荷、地面系统等三个部分。

高空长航时无人机从上个世纪90年代开始出现，最初的发展.翔龙无人机目的只是打算取代有人驾驶的U-2/TR-1高空侦察机。美国对高空侦察机的喜爱从50年代开始，广泛用于对苏联、中国等敌对国家的战略战术侦察。在古巴导弹危机中，U-2有人高空侦察机立下了赫赫战功;在对苏联的侦察中，也成功发现米亚-4战略轰炸机的数量讹诈，对美国的战略态度和军事发展方向都起到了决定性作用。不过，随着地空导弹和高空高速战斗机性能的日益增强，有人驾驶低速高空侦察机的生存力开始下降，特别是驾驶U-2飞机穿越苏联上空进行侦察的鲍尔斯被苏联俘虏后，差点引发两国直接交火。在联合国大会上，苏联证据确凿地指责美国侵略，让整个美国在道义上和态度上都极端尴尬。随后，侦察卫星的出现一定程度上取代了传统高空侦察机的地位。但是1990年海湾战争期间，美国发现他们数量庞大、性能先进的卫星并不能完全满足侦察需要，传统的高空侦察机不但没有被取代，反而越来越重要–U-2/TR-1侦察机大量活动在伊拉克上空，甚至不得不把已经退役的SR-71″黑鸟”侦察机拖出来，担任繁重的侦察任务。

“翔龙”无人机还大量采用复合材料，机翼设计采用翔龙无人机 菱形布局，机身上曲线连续而光滑，都符合减小RCS反射面积的原则。飞机的雷达截面积并不算大，据推测会小于典型的战斗机目标，加上会采用复合材料和吸波材料，RCS估计在1平米左右，缩短远程监视雷达和高空防御系统的发现距离。总体来说，飞行高度达到20000米的时候，像”萨姆”-2这类射程为40公里左右的导弹，顶多只能防御阵地外侧不足15公里左右的半径范围，而”爱国者”1/2也不足30公里。无人机在这个高度可以使用光学侦察设备在防区外观察，如果有合成孔径雷达还可以距离得更远，系统生存力非常高。

“翔龙”无人机目前能够保证具有10小时以上的留空时间，巡航飞行速度超过750公里/时，比”全球鹰”快15%以上，有效任务载荷为650公斤，比”捕食者”大一倍多。该机携带的电子设备更类似于”全球鹰”，有高清晰度数字照相机、包括单色高分辨率和彩色图像两种模式，可提供分辨率很高的静态侦察照片供阅读和判别;有高清晰度数字电视，能够提供动态的数字视频图像，方便实时监控，视频信号还有夜视能力，有独立的红外热成像通道，可以提供8~12微米长波自然热辐射视频或者更先进的高清晰度凝视3~5微米中波热成像，后者对机器动力的机动目标观察效果更好。先进的合成孔径雷达和逆合成孔径雷达不一定会出现在每一架侦察机上，因为这种雷达的造价比较高昂。雷达能在恶劣气候下获得高清晰度的地面三维图像，具备在恶劣气候条件下的机动目标跟踪和监视能力，往往用于更高级别的侦察和监视任务，与光学侦察组件联合使用。”翔龙”无人机有可能装备几套相互平行的通讯系统，多通道战术短波数字电台可用于直接与地面指挥所、地面信息共享单位的直接联系和信息播发，允许通过授权将信息通道的下载权限下放到更低的作战单位，比如师、旅、团等等。飞机还上有更高传输速度的定向通讯装置，可以与地面接收站或者卫星进行点对点高速数据传输。

另外，”翔龙”无人机也可以通过更换模块化的机头电子任务舱段，执行数字通讯中继任务，担负起一个很高的信号转发塔作用。用于类似于蜂窝移动通讯概念的时候，一个无人机机站工作在20000米高度，可以为半径为200公里的数十万门以上的无线短波通讯提供中继和数字交换。同时，还允许多架同样任务的无人机在天空中组网，实现战时临时架设的无线数字通讯中继交换网络，这比以前用有人飞机来实现同样的目的费用要低廉得多，效能却要高出数十倍以上。除了通讯中继，”翔龙”还可以执行电子干扰任务。一个电子干扰吊舱的重量并不是很大，”翔龙”的任务载荷可允许使用两个吊舱，将干扰源架设在高度18000米以上高度，不易遭受到反辐射导弹的威胁。特别是使用新型的GPS干扰机，”翔龙”的载荷允许搭载超过20种不同原理的GPS干扰机，能够有效干扰和压制半径400公里以内的简单GPS设备，以及压制半径150公里以内有一定抗干扰能力的GPS接收机，并让60公里半径以内的GPS接收机致盲。这对于GPS制导武器满天飞的状况不异于釜底抽薪!

在使用重量只有100多公斤光学侦察设备的情况下，”翔龙”无人机可以携带1~2枚FT-3这一类250公斤级别制导炸弹，能够初步实现美国中央情报局在阿富汗研究成果–“发现即摧毁”。如果进一步扩展，还能够使用激光制导炸弹或者C-701一类的电视制导导弹。这种”时髦”的能力在进行不对称作战的时候非常有效，是未来一个重点发展方向。

“翔龙”高空高速长航时无人机使用的发动机还不算理想，导致其载荷能力较低且留空时间较短，只有10小时，和”全球鹰”接近20小时不能相比。未来换装先进低油耗并且通过特别优化以适应高空工作的WS-15涡轮风扇发动机，”翔龙”的留空时间将有可能提高到20~24小时，有效载荷也将达到900公斤以上。同时，该机可在较低的高度采用慢速飞行来提高对某一特定目标的监视和细节辨认能力。不远的将来，”翔龙”将会成为中国的”全球鹰”和”掠食者”的集大成者，在中国军事力量从数量化到质量化转型的高科技建军重要转变中，担任非常独特而重要的一环。

“翔龙”无人机最大的特色在于它采取了罕见的连翼布局，这在中国飞机设计史上是一个大胆的突破。该翔龙无人机原型机具有前翼、后翼两对机翼，并且前后翼相连形成一个菱形的框架。前翼翼根与前机身相连，向后掠并带翼梢小翼;后翼翼根与垂尾上端相连，向前掠并带下反角;后翼翼尖在前翼翼展70%处与前翼呈90°连在一起。翔龙无人机与常规飞机相比，连翼飞机具有结构结实、抗坠毁能力强、抗颤振能力好、飞行阻力小、航程远等优点。

“翔龙”无人侦察机在机体设计上也与美国的”全球鹰”高空长航时监视无人机非常相似，机身尾部背鳍上装有复合材料发动机舱，进气口形状为半椭圆形。机头上部同样是巨大的流线水泡形绝缘罩。任务载荷装在机头下部。起落架也为可收放的前三点起落架。

“翔龙”无人机采用一台老式无加力涡喷-7发动机作为主动力，这体现了这种无人机和”全球鹰”一类无人机的重大区别。涡喷-7发动机是我国早期歼-7系列战斗机的发动机，最大推力可达4200公斤，重达1吨。以”翔龙”的高空升阻比来说，似乎并不需要如此推力强劲的发动机–“翔龙”最大起飞重量不过7500公斤，而发动机推力达到4200公斤，推重比达到0.56，一般只有载人的战术飞机才有如此高的推重比，重达14吨的”全球鹰”也不过使用一台3450公斤推力级别的发动机而已。

造成这样的现象原因有很多，首先中国航空发动机产业水平低、产品线小，在3000~4000公斤推力级别中缺乏可用的产品。中国的小推力涡扇只有推力为1700公斤的WS-11，配装该发动机的K-8教练机起飞重量才4300公斤，还有推力更小、用于巡航导弹类的WS-500。在2000公斤以上推力级别一直到10000公斤之间中国没有一种涡扇发动机，只有数种60年代初从苏联引进仿制的涡喷发动机，特别是在2000~4000公斤这一个级别，只能利用涡喷-7发动机降级使用。涡喷-7发动机空气流量接近60公斤/秒，耗油率高达0.98克·牛/秒，接近”全球鹰”发动机油耗的2倍。另外，由于发动机推力过大，在高空巡航时燃烧效率并不在发动机的最佳工作区，油耗差别更大。高油耗严重影响了飞机的留空时间，不过在最初试验阶段，使用这种发动机作为权宜之计也是可行的。

“翔龙”无人机的动力组按照模块化设计，可以在未来换装更先进的WS-15涡扇发动机。当然，如果可以最理想的发动机还是国产ARJ-21支线运输机的发动机–美国通用公司的CF-34-10A。改型发动机可以提供4185公斤推力，重量仅有760公斤，最关键的是油耗仅有0.35克·牛/秒。CF-34是长寿命民用发动机，可靠性非常高。无人机寿命不能和客机比，”翔龙”的机体寿命大约只有2500小时，而客机一般都在数万小时以上，直接使用CF-34发动机显然很奢侈。不过，如果能使用这种发动机的降级低寿命廉价版本，也非常理想。

采用大推力发动机让”翔龙”和美国”全球鹰”和”捕食者”无人机区分开来。”全球鹰”的推重比很低，从地面起飞到爬升到19000米的工作高度需要80分钟以上，而”捕食者”爬升到8000米高度就需要60分钟。这两种飞机大多数时候都只能在单一高度巡航飞行，特别是”全球鹰”一旦执行高度降低到9000米的抵近观察任务后，要恢复到19000米的工作高度需要一个小时以上，一定程度上影响了该机的使用。”翔龙”无人机具有高速和高推重比的特点，执行与”全球鹰”同样的降低高度到恢复高度的侦察任务所需要时间仅有后者的1/4。因此，”翔龙”可以象”全球鹰”那样运作，获得”捕食者”那样的辨识和跟踪精度，是一种兼顾两者所长的无人机系统。

这样的设计主要考虑到中国使用无人机的条件和美国的区别–高空巡航的侦察能力是主要的，必要的时候可以快速下降高度执行战术侦察和近距离辨识跟踪的任务。 中国的周边环境比美国恶劣，邻国大多都部署有”萨姆”-2和”爱国者”一类的高空防御系统，选择10000米高度执行任务的生存力相当低。18000~20000米则不同，这个高度大多数防空导弹都很难对付机动目标，F-16这一类战斗机的升限大多只有15000米，好一点的F-15战斗机也只有18000米左右。”翔龙”这类无人机具有20000米以上的飞行能力，拦截并不像想象那样容易。这和我们在60年代对抗美国U-2侦察机的情形是一样的，唯一不一样的是无人机系统价格便宜多了，可以投入更多的数量，并不会因为被击落等条件而中断使用。

在前不久结束的珠海航展上展出的”翔龙”高空长航时无人机，就是由中国自主研究和设计的一种大型无人机。和美国应用的几种无人机不同，”翔龙”无人机没有一味追求性能上的高指标，一切以国内的实用条件和用户需求为主。由于没有美国那么强烈的远程全球战略要求，飞机的留空时间没有很高的要求，外形尺寸和重量载荷都小于”全球鹰”。不过，这并不说明该机是一种”全球鹰”低性能版的折衷，相反，国内还有另一种更大型的无人机用于执行类似于”全球鹰”的任务。”翔龙”则是定位于”捕食者”和”全球鹰”之间的一种无人机。

“翔龙”没有采用目前高空长航时无人机最流行的传统大展弦翔龙无人机示意图比单翼设计，而是采用了一个新颖的菱形联翼结构设计。联翼气动布局出现在70年代初，NASA曾经制造过小型的联翼技术验证机，对这种新颖的气动布局进行测试。联翼概念主要是将机翼后掠，尾翼前掠，两者通过垂直安定面或者直接刚性连接，连接点可以在机翼的中段，也可以在机翼的端点。菱形联翼的设计主要是机翼后掠角和尾翼前掠角保持一致。联翼机气动布局是一种适合高亚音速下使用的高升阻比、高结构效益先进气动布局，其最大特点是具有特别高的自然姿态恢复能力和良好的气动静安定特性。高姿态恢复能力主要来源于这种布局的前后翼良好干扰，因为尾翼要前掠与机翼相连，而且连接点比较靠外，尾翼比正常布局的飞机要大很多，而且距离机翼近，受到机翼下洗气流影响较大。下洗流能够降低尾翼的真实气流迎角，因此，当前面的机翼上仰到失速迎角时，尾翼在下洗流的影响下还处于正常升力状态;机翼失速失去升力以后，尾翼的升力还是正常的，这就给飞机一个强烈的自然低头恢复力矩，让其迅速恢复正常飞行姿态。由于尾翼前掠，其迎角失速范围本身就比后掠翼的前翼宽，叠加下洗流的作用，飞机飞行大迎角自然恢复角度相当宽，很难进入失速状态。以上这些优点对于简化飞机控制系统设计有着不可估量的作用。

联翼布局还有一个好处–升阻比高。”全球鹰”采用简单的高展弦比平直机翼，依靠超过36的超大展弦比来换取高升阻比。但平直机翼不适应高亚音速飞行，”全球鹰”的飞行速度只能达到650公里/时左右。我们知道高空的空气稀薄，19000米高度的空气密度只有海平面的8.4%，要飞得高要么提高速度，要么增大机翼面积、减小翼载荷。联翼布局的翼面积比单纯的正常布局要大，翼载荷轻。此外，联翼布局特别是菱形联翼布局的机翼都会采用后掠翼。机翼后掠可以减小高亚音速时的波阻，因此可以飞得更快，飞得快也就意味着可以用更小的机翼和更高的翼载荷。小的机翼和高翼载荷都能大大减小飞机阻力，或者说同样的机翼和翼载荷可以飞得更高。联翼布局的升力系数比普通平直机翼低，但因为相互干扰可以减小诱导阻力，联翼布局的实际阻力系数也很低，总的升阻比还是相当高的，非常适合高空高速长航时的飞行任务需求。此外，联翼布局还有一些控制上的特殊能力，比如可以很方便的实现直接力控制，这个特性对于侦察机还是比较有用的。飞机可以在不改变姿态的情况下对飞行轨迹进行控制，有利于减小执行侦察任务时因姿态变化引起的图像中断等干扰。联翼布局的优点还有一个非常重要的方面，就是在结构上的天然优势–传统机翼都是采用梁式承力，这种结构特别是对于大展弦比机翼来说材料弹性所导致的飞机机翼变形都会影响实际飞行性能。”全球鹰”依靠实力超群的材料技术和工艺获得一副超高展弦比机翼，在以最大载荷从地面起飞时，机翼向上弯曲的幅度可达1.5米以上。而联翼布局前后翼相连的巧妙设计让传统机翼的受力结构发生了巨大改变，抗扭翼盒的结构因为两个具有相当大高差的翼相连而变成了一种闭合的具有大厚度的结构支撑框架，这让机翼的刚性和弹性控制要求大为降低。同时，由于受力结构更加合理和稳定，它可以让飞机结构重量大大减轻，对于提高高空飞行能力和飞行时间都有很重要的意义。

“翔龙”的设计还有很多独特的闪光点，比如考虑到需要快速拆卸并将所有组件都装在一个可被运8/C-130空运的包装箱内。同时，要能够在只有两到三个人的情况下，飞机只需要30分钟就能被装配到可以使用的状态。因此，飞机一些结构间的尺度设计就有特殊的限制要求。”翔龙”机体长度为14.9米，翼展25米，机翼可以通过快速螺栓拆卸，翼根专门增加了强度和加长了弦长，有利于分散集中的力载荷。拆下的机翼长度约12.3米，可以并列在机身两侧固定，尾翼在尾部专门设计了凸台，也通过快速埋头螺栓固定。前后机翼相连的固定点在全翼展70%左右位置，通过一个小的垂直安定面使用螺栓固定在机翼上。这个位置充分考虑了联翼布局的气动效率和飞机机翼的承力结构效应。垂尾可以单独拆下，整架飞机可以被装进一个宽度不超过2米的包装箱，使用战术运输机进行运输。未来有可能将前机身独立设计，也可以快速拆卸。前机身主要是电子舱段，独立包装和运输有利于电子设备的养护，同时也可以形成模块化前机身，可以互换搭配。机翼组件和动力组件也有可能形成模块化设计，允许通过更换更大的机翼获得更高的飞行高度，或者更大的动力组件获得更大的飞行重量和有效载荷。

“翔龙”最大的特点在于采用了连接翼气动布局。从气动性能来看，相对于传统的长航时飞机所使用的大展弦比机翼，连接翼布局拥有重量轻、刚度大、诱导阻力小、升力系数高等优点。在气动等效的情况下，连接翼布局结构重量比常规布局轻1/10到1/5，翼尖的垂直方向变形仅为常规布局的一半。此外，该型机还采用了”全球鹰”没有使用的翼梢小翼，这通常也有助于降低巡航阻力，减少油耗，提高航时

来源：百家公会