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隱身超音速無人機Thanatos
送交者: 三把刀 2025年01月07日15:44:58 於 [軍事天地] 發送悄悄話

Kratos是最先被美國空軍選中,作為忠誠僚機進入技術驗證的,XQ-58已經飛了一段時間了。詭異的是,在正式競標的時候,General Atomics Gambit和Anduril Fury入選最終競標,Kratos出列。現在知道,Kratos在憋勁,準備參加下一階段的忠誠僚機競標,設計方案就是Thanatos,已經首飛了。

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XQ-58已經和F-16、F-35、F-22等飛機演練忠誠僚機有一段時間了。注意XQ-58(前)和F-35、F-22的迎角差別,F-35和F-22已經在靠大迎角來減速飛行了,XQ-58還是相對水平的姿態,說明XQ-58的設計巡航速度大概率只有M0.5-0.6一級,太低了

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Thanatos的設計有特色,最大特色是無垂尾和邊條上進氣口

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這是更加符合翼身融合體的構型,但有相當明確的中央機體和翼身分界

Thanatos的設計有特色,最大特色是無垂尾和上表面進氣口。這也更加符合翼身融合體的構型,但有相當明確的中央機體和翼身分界。

還不清楚Thanatos的技術參數和飛行性能,看樣子可能超音速,估計和典型戰鬥機對標。XQ-58、Gambit和Fury都是亞音速的,實際上當不了忠誠僚機,只能當忠誠哨機。這也是符合美國空軍部長Frank Kendall的期望:可以自主靠前飛行的光電偵察吊艙、電子戰吊艙、游動武器艙就夠了。

Thanatos這樣的機翼平面用於亞音速巡航有點不給力。這也是高度重視隱身的設計,機翼前後緣的後掠角對齊。已經很久沒有看到人字翼以外這樣“原教旨主義”的邊緣對齊機翼了。

邊條一直延展到鏟形機頭,很有點像諾斯羅普Tacit Blue的機頭後掠化了。事實上,Thanatos在整體上就很有點Tacit Blue再世的感覺,當然超音速化了,無垂尾化了。

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Tacit Blue隱身研究機

Tacit Blue是第一代隱身設計中是最原教旨主義的,比最後導致F-117的Have Blue更加隱身。多少年來,Have Blue和F-117解密得差不多了,但Tacit Blue一直沒有爽快解密。Tacit Blue這個隱身基本設計最後導致B-2。

B-2是無尾飛翼,氣動構型與Tacit Blue完全不一樣,但“駝背銳邊”的設計都是出於同樣的“電磁能量沿圓渾上表面爬行後在尖銳邊緣流失”的思路。據說這是諾斯羅普首席電磁物理學家Fred Oshira在苦思冥想不得其解時,陪孩子在迪士尼玩,手裡捏着橡皮泥,看到spinning cup而靈機一動想到的。Tacit Blue 好似“坐在平板上”的基本設計就是這樣來的。

Tacit Blue還採用“跌入式”進氣口,既降低阻力,又增加隱身。現在波音MQ-25“黃貂魚”上的進氣口出自同門。

Thanatos的進氣口不是“跌入式”,而是在機身兩側邊條的上方。進氣道是複合S形,在水平方向上向中線彎曲,在垂直方向上向下然後向上,有效地掩蓋了發動機正面。

有意思的是,兩側進氣口和進氣道當然是翼身融合體的一部分,但Thanatos的翼身融合體很特別,兩側進氣道和中間機體有明顯的“分界溝”,中央機體是規整的扁柱體。

直通通的柱體有利於結構強度,也便於製造,但這裡可能更大的作用是幫助方向安定性。無尾飛翼很大的問題是不易保持方向安定性。圓渾上表面的氣流不總是規則地從前向後流動,在各種氣動干擾下,會發生橫向流動,導致各種偏航影響。B-2採用上下開裂式副翼,用差動阻力控制偏航。這帶來額外阻力,也削弱隱身。近20年後,X-47依然採用差動阻力,只是不再採用複雜的上下開裂式副翼,而是上表面擾流片和單片式副翼合作控制偏航,阻力和隱身問題依在。

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B-2採用開裂式副翼提供差動阻力,控制偏航

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X-47B用上表面擾流片和單片式副翼提供差動阻力

Thanatos或許依然有一定的差動阻力控制,但同時用中央機體和兩側進氣道之間的深溝等效於一定的垂尾作用。常規垂尾用暴露的面積提供方向安定性的力矩,要求在重心後的側向投影面積大於重心前。Thanatos的“雙溝”兩側的投影面積似乎還做不到,但依然提供有用的“隧道”效應,並降低偏航控制的負擔。Thanatos的扁平噴口內可能還有類似X-47B的“內置垂尾”,X-47B是單發,噴口內沒有分隔板的需要,這是用於補償垂尾的缺失的。用被動的方式增加方向安定性,比純主動的差動方式更加簡單、可靠。“內置垂尾”的代價是推力損失,Thanatos那樣的“分界溝”的代價是不平整的上表面,隱身方面有一定的代價。

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X-47B的尾噴口內有“內置垂尾”,用噴流速度補償面積的不足

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這是模型,但“內置垂尾”的細節更容易看清楚

進氣口前的上表面切出一個缺口,缺口引向進氣口。缺口前的邊條後掠角不僅有隱身考慮,更是對激波的形成有考慮,需要對進氣形成預壓縮,幫助進氣道的總壓恢復。進氣口上唇的後掠角也是一樣,還需要與激波的角度貼合,既要減少從進氣口唇口向外側的漏氣,又要避免激波掃到進氣道內壁。應該也有某種DSI的考慮,以便分離進氣氣流的附面層,但現有圖像里細節看不清楚。

上表面進氣口有助於隱身,尤其是Thanatos的任務以對地攻擊為主。但上表面進氣口不利於機動性,一拉起就容易進氣口“斷氣”。這是所有上表面進氣的通病,不是Thanatos特有的。

但上表面進氣不光有利於隱身,還有利於留出完整的機腹,這對機腹彈艙很重要。從3D圖容易看到,Thanatos的彈艙延伸到進氣口之前,三點式起落架的布置也很緊湊、自然,這與上表面進氣口讓出機腹空間不無關係。當年北美F-107的設計也採用背部進氣口,正是出於類似的考慮。

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當年的北美F-107也採用背部進氣口,與隱身無關,就是為了讓出地方,有利於安排完整的機腹彈艙

但機動性問題也不能不考慮,F-107下馬的部分原因就在於機動性太糟糕,而且飛行員彈射太危險。

Thanatos倒是沒有飛行員彈射的問題,也索性沒有垂尾。這提供了一個全新的可能性:在正常飛行的時候,進氣口在上表面;在高機動飛行的時候,來一個鷂子翻身,進氣口就成了下表面了,這樣大迎角拉起就不再有進氣氣流畸變問題。無垂尾使得“正飛”、倒飛沒有差別,非對稱翼型的倒飛問題可以用迎角來補償。

當然,問題會有很多。飛控律在正飛、倒飛時完全不同,機腹彈艙在倒飛時武器投放是大問題,但這些都不是不可解決的。關鍵是無尾飛機容許倒飛也成為正常飛行狀態之一,尤其是無人機沒有飛行員倒飛時的生理限制,這一全新的可能性不容忽視。

Thanatos能“正常倒飛”嗎?不知道,但這一可能性已經存在了。

越看Thanatos,越覺得這是一個很有意思的設計。

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