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DARPA公布新型效应器控制的革命性飞机原型机,可取代飞行器主动射流技术

近日,DARPA 公布了名为“用新型效应器控制革命性飞机”(CRANE)的主动喷气技术示范飞机计划的最新进展,洛克希德马丁公司和奥罗拉将设计一个主动喷气技术项目的原型。对于美国空军来说,能够替代飞机襟翼和垂尾的主动式喷气技术离实用已经不远了。

(CRANE程序LOGO) 主动流控技术(active flow control—AFC) 被动喷射技术通过装置被动调节气流方向,以提高飞行器性能或减少各种气流对飞行器的不利影响,机翼飞机刀,突然突起;汽车鲨鱼鳍、气动套件等都是被动射流控制技术的应用。虽然被动气流技术改善了气流,但它也导致飞机阻力增加和燃料消耗增加。

(鸭翼后侧的窄条状装置是台风战斗机的涡流发生器)主动喷射控制技术是一种从发动机引气,将压缩的高温气体喷出通过矢量喷管,从而完成飞行器的垂直姿态调整的飞行器控制技术,因为主动喷射技术可以通过控制喷管的开闭和气流的喷射方向来调整飞行器的姿态,所以主动喷射技术可以同时替代传统的襟翼和垂尾。

(A-320飞机发动机内部涡流发生器对气流的影响) 主动射流控制技术对飞机的影响: 大多数飞机的襟翼附近都有几个动作气缸。机翼的姿态是通过液压杆的伸缩来调节的,从而控制飞行器的姿态。飞行速度越高,调整翼型所需的力越大,调整飞行器姿态所需的作用缸尺寸也越大。对于非隐身战机来说,作用管的存在对飞机影响不大,凸起的作用管还可以作为飞机的被动流量控制体,减少湍流。 (对于机翼较厚的飞机,作用管可以设置在机翼内部)

(台风战机的作用管)对于隐身战机来说,作用管的存在会导致机身不规则表面增大,导致隐身战机的雷达反射面积增大,隐身能力和暴露概率的增加。采用主动射流控制技术(AFC)的飞机不需要作用管,机翼不再需要上下俯仰,间隙数量减少,对机动性要求相对较低的无人机可以取消垂直尾翼应用AFC技术后,大大减小了飞机的体积。降低飞机机身侧面的可探测性,增强飞机的隐身能力。取消翼型槽和作用管后中国无人攻击机,增强了机翼的整体性,降低了所需的结构强度,在保证飞机机动性的前提下减轻了机身整体重量,战机可以携带更多有效载荷。

(F-22 战斗机动作管)现役喷气机技术发展现状 2013 年,北约科技组织对如何将 AFC 应用于未来的无人机系统进行了评估。 2020年,DARPA启动了一个名为“使用新型效应器控制革命性飞机(CRANE)”的项目。近日,DARPA公布了CRANE项目的最新进展。 Aurora Flight Sciences和洛克希德马丁公司在CRANE项目0期表现良好,两家公司中标CRANE项目一期合同。

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(BAE 的 AFC 无人机示意图)合同的第 0 阶段,Aurora Flight Sciences 和洛克希德马丁公司开发和改进了 AFC 设计软件和数据库,用于开发新飞机。

(AFC技术演示机)在项目的第一阶段,两家公司将开展现役喷气技术飞机的系统需求开发、初步设计、飞控软件开发和初步适航活动。在项目的最后阶段,DARPA 将进行初步设计评审。英国 BAE Systems 最近还获得了 DARPA CRANE 项目第 0 阶段的概念设计合同,BAE Systems 将通过评估使用 AFC 集成到不同飞机概念中的优势来审查设计概念。

(高压缩比双缝主动喷气技术,为飞机提供俯仰、偏航和侧倾力时的姿态)北约对AFC技术寄予厚望中国无人攻击机,希望将AFC技术用于现有飞机。此次改装成为对传统飞控系统的补充。希望能将主动喷气技术用于隐身战机在隐身飞行时的姿态调整,避免隐身战机因调整活动翼型而暴露在外。北约国家认为AFC技术是下一代飞机不可缺少的组成部分,但主动射流技术对主动射流阀的可靠性要求极高。北约AFC技术专家曾说过:“阀门可靠性需要提高2-2.5倍,才能保证AFC的可靠性与传统飞控系统相媲美。”

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(北约ICE项目)另外,AFC主动射流控制技术需要从发动机中抽取高温气体,抽取的部分气体对发动机的推力影响不大。 (NATO ICE 无人机需要抽取的气体对发动机推力的负面影响小于 3%,Saccon 无人机抽取的气体对发动机推力的负面影响小于 1.8%)但是高温的温度气体高达300摄氏度,这对机载设备的耐热性要求更高。俄罗斯关于现役喷气机技术的报道很少,故略去。中国现役喷气机技术发展现状:2019年建国70周年阅兵式上,一款名为Attack-11的飞翼无人攻击机亮相阅兵式,并没有Attack-11 无人机机翼上的运动。活动翼型没有必要的折叠缝,但每侧有3个小孔。据推测,这6个小孔可能是主动射流控制系统的气体喷嘴。如果猜测属实,attack-11无人机将是世界上唯一使用主动喷气控制技术的无人机。

(Attack-11无人机)现阶段,现阶段现阶段现役喷气技术的技术验证机主要是飞翼无人机,目前还没有载人现役喷气飞机。可见,主动射流技术技术尚不成熟。也可以判断无人机的优先应用以及各国对主动喷气技术可以增强飞机隐身能力的优势的重视程度。或许主动喷气技术距离实用化还有一定距离,但可以肯定的是,能够大幅度提高飞机隐身能力、减轻结构重量的主动喷气技术必将成为下一代战机的必备特征。隐形飞机。

(银河知识图谱上无人机的条目)