X-48B空天飞机飞行研究
四代后战机出现无人机和空天飞机两条技术途径

四代后战机出现无人机和空天飞机两条技术途径来源:新华网2011年元旦一过,有关先进战机的话题一直热度不减。
最初有中国四代机试飞的消息,随后美国人重新启动了未来轰炸机研制项目,2月4日美国的无人战机X-47B实现了首飞。
就在X-47B实现首飞的前一天,美国的《基督教科学箴言报》发表了一篇文章,文章中说俄罗斯暗示将研制类似美国X-37B同类的空天战机。
这些新闻单独来看仅仅是一个个的新闻事件,但是如果把它们综合起来就会发现,围绕着“四代后”未来战机的研制工作已经拉开了帷幕。
美国X-47B无人机首次试飞未来的“四代后”战机什么样?这里说的什么样不是指外貌长得什么样,而是说未来战机的技术途径会是什么样的。
之前的三代机是高机动的,四代机是隐身的、超音速巡航的等,它们各自走了不同的技术途径。
那么“四代后”的未来战机会走什么样的技术途径呢?我们现在能够看到的“四代后”未来战机研发项目有三个,都是来自于美国。
一个是X-37B,它的技术途径是空天战机;一个是美国重启的未来轰炸机项目,关于这个项目的具体内容美国方面透露的很少,但是从目前的情况来分析,它应该是隐身的、具有有人驾驶或无人驾驶两种操纵模式的战略轰炸机;第三个就是X-47B,它是无人驾驶的舰载战斗机(或者说舰载攻击机)。
需要说明的一点是,X-47B可以说是目前世界上研制的第一款无人战斗机(或者说无人攻击机)。
虽然之前无人机也能执行对地攻击任务,而且曾经有过无人机使用机载导弹攻击地面目标并且打死了所谓“基地组织”头目的战例。
但实际上,当时美国使用的无人机(主要指“捕食者”)和X-47B是完全不同的概念。
“捕食者”是以侦察任务为主,它仅仅是挂载了导弹,执行攻击任务是它执行侦察任务之后的一个辅助性的功能;而X-47B是以对地攻击为主要任务的,所以我们说它是世界上第一款“无人战斗机”(或者说无人攻击机)。
从以上三个型号的技术定义角度来看,它们走了两条不同的技术道路:一条是无人机的技术道路,不管是X-47B还是未来轰炸机,甚至是X-37B都采用无人驾驶这种模式或者完全是无人驾驶的飞行器;另一条是空天飞机的技术途径,X-37B走的就是典型的这种技术道路。
X-51A超燃冲压发动机及飞行验证计划

Ke r s ca jt n ie y esnc ri is e yWo d :S rm e gn :H p ro i;C us m si e e l
0 前
言
表示 是 x.l飞行器 系列 中的第 1个 飞行器 的设计 方 5 案。
国家空天 飞机计划 ( NAS ) 2 P 在 0世纪 9 0年代 中
Ze g Hui Ba n h n, Zhu Ta n , iHa c e t
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A s at h tn A rF reR sac a oao ( F L/ fneA vn e eerhPoet A ec ( R A) 5A b t c:T e it i oc ee hL b rtr A R ) es d a cd R sac r c g ny DA P X一1 r j r y De j s
图 1 X 5 A 的研究机构 一1
X 5A 计划由多家政府机构和商业公司共同参与 .1
( 图 1 。 AR A 的战术技 术办 公室 ( T 提 供辅 见 )D P T 0) 助 的 管 理 和 技 术 支 持 , 并 为 项 目提 供 部 分 资 助 。 D P 和 空 军 为 项 目提 供 24 亿 美 元 的 资金 ,在 AR A . 6 20  ̄2 1 0 3 0 0年分 配使用 。
S rm e E gn mos ao- ae ie (E v hc efg t e nt t no F L S p r ncT cn lg H T c ) ca jt n ieDe nt tr v Rd r S D) eil i t l h mo s a o f R ’ Hy es i eh oo y( y eh r W e sh i d ri A o
从X_47B看美国无人作战飞机发展_沈林成

一、引言无人作战飞机(Unmanned Combat Air Vehi -cle ,UCAV )具备高隐身、高机动、高智能、低成本等优势,可以代替有人机或者与有人机协同执行对敌防空系统压制(Suppression of Enemy Air De -fense ,SEAD )、纵深攻击以及对空作战等任务,是未来航空武器装备的重要组成部分,代表未来空中作战力量无人化的发展趋势。
从广义上讲,无人作战飞机按照作战任务可以分为三类[1]:一是情报、监视与侦察(Intelligence,Surveillance,and Reconnaissance ),ISR 无人机。
如美军“捕食者”、“死神”无人机,此类无人作战飞机首先用于情报、监视与侦察任务,在必要时可以提供火力打击。
二是大型、先进的隐身无人作战飞机,如美国海军X-47B 和空军X-45C 、法国神经元、英国雷神等,此类无人作战飞机是一种可以突破敌防空系统并实施纵深攻击的高度复杂武器系统。
三是小型、敏捷、可消耗无人作战飞机,类似大型远程巡航导弹,可以重复使用。
如洛克希德·马丁的“Minion ”概念,但目前处于概念研究阶段。
目前无人作战飞机主要是特指第二类无人作战飞机。
无人作战飞机是无人机系统发展过程中的一个重大里程碑,将对未来的军事作战方式产生深远的乃至革命性的影响。
它的出现标志着无人机系统将从过去作为执行侦察监视、通信中继和毁伤评估等任务的作战支援装备,升级为未来能够对陆/海/空重要目标实施精确打击的主战装备之一。
近年来,国外军事强国对无人作战飞机系统的发展尤其重视[2]。
其中,美国在无人机系统发展上一直走在全球最前列,无人机种类繁多,技术也最为先进。
无人机系统已在美军的历次局部战争中发挥了重要的作用。
而且,美军的无人作战飞机发展也最快,已经完成了无人作战飞机作战概念仿真和航母起降飞行试验,下一步即将开展自主空中加油和多机协同任务作战的演示验证。
美X-51A飞行器首次飞行试验成功

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电子 干扰 吊舱 的 综合 作 战效 能 E和 电子 干 扰 吊 舱 的侦察效 能及 干扰效 能有关 , 其权数 6 为 0 4 n / 取 . ,
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以综合学术角度剖析美国X-43A超高声速飞机的试验

美国政府耗费巨资支持的造假—超高速飞机的神话柝解以综合学术角度剖析美国X-43A超高声速飞机试验作者深圳刘昌喆注:本文是应《中国军事》杂志建军八十周年记念约稿而作(2007)。
因观点非主流而被拒载。
留此存照,亦期交流。
2008年上传此文,因博客字数所限分成上下两部分,阅读不方便。
如今网站进步又重新整篇上传,—2010年的说明。
又注:当年文档中插不进图片,如今网站功能强大,所以加进图片整理重发。
美国的超高速骗局还在继续重演,2012年又有X-51试飞报道。
所以这篇写于2007年的文章仍有现实参考意义。
关键词:超高音速激波燃烧速度混合过程动量结构空气动力学飞行姿态稳定性学术结果不真实摘要:美国超高音速飞机X-43A在2001年曾试飞失败,当时舆论界在将信将疑中毁誉参半。
在2004年发布的X-43A飞机两次试验成功的结果以后,全世界舆论都为之贺彩;美国舆论称之为莱氏兄发明飞机后又一航空史上的重大突破。
各国航空学界多为美国科技之高超而折服,进而引发一轮包括中国在内的全世界范围的超高音速冲压发动机研发跟风热潮。
本文以严谨的多学科理论根据分析,证明该耗资1.8亿美金、轰动世界的试验原理上就存在多方面致命错误。
而关于所谓“试验的成功”的各种报道,也破绽多多,经不起推敲。
事实并非如报道的那样辉煌。
这应该是在美国政府出于政治利益而默许的、研究单位出于对耗掉如此巨资而无果,因利益需要的一起毫门学术造假。
一、X-43A超高音速飞机的“试验飞行”成功报道中的疑点X-43A超高音速飞机的“试验飞行”成功,在网上、报刊和电视的所有新闻媒体都有一段时间醒目的报道。
但在所有关于X-43A报道却有着共同的疑点:1、为什么耗此1.8亿巨资的,又是“成功”的试验项目最有价值的试验飞机不回收?这在技术上和经济上都应没有障碍(现代技术人造卫星都可以收回),尤其X-43A是在海面溅落,回收相对更容易。
如回收飞机实体,一是有助技术总结的巨大科研价值,二是可与莱氏兄弟的飞机同样陈列在美国国家博物馆,其里程碑式“成功”使该试验飞机文物价值应该无法估量。
X-47B改变现代战争模式

军情关注12/ 军事文摘/ 2013.07X-47B,走你!5月14日,美国海军在“乔治·布什”号航母上首次进行了X-47B隐形无人攻击机的弹射起飞试验,这表明X-47B向形成实战能力又迈出一大步。
X-47B的研制成功,表明美国海军将拥有更强大的对地打击能力,美军的全球干涉能力和灵活性也得到提高。
不过隐身无人机的运用依然受到许多限制,人类还没有真正迈入无人作战飞机大规模应用的门槛。
1990年,美国入侵巴拿马,首次动用F-117A隐身攻击机,此后历次局部战争,隐身飞机都是美军突袭行动的急先锋,摧毁了对方大量的战略与战术目标,堪称美军的“雷神之槌”,为对方造成了巨大的军事压力,除了南联盟击落过一架F-117A之外,美军隐身作战飞机基本上全身而退,显现了巨大的效费比。
隐身飞机是美军作战能力的基石不过美军的隐身作战飞机如F-22、F-117A、B-2都隶属于空军,美国海军曾经计划研制A-12隐身攻击机、NATF隐身作战飞机,但由于冷战后美国债台高筑,军费压力太大,不得不放弃计划,曾经被寄以厚望的F-35又一拖再拖,因此,美国海军至今都没有属于自己的隐身飞机,这样,美军全球作战的重任就全部压在了空军身上,造成其隐身作战飞机负担过重,特别是F-117A攻击机退役后,美国空军隐身作战飞机只有F-22和B-2两种,并且屋漏又逢连夜雨,F-22因制氧系统故障,影响了其战斗力的生成和发挥,对其进行空中作战造成了较大的压力。
21世纪,美国海军的航母是美军前沿存在的主要力量。
在海湾战争中,美国海军的航母编队迅速抵达战区,形成威慑,但是它却缺乏隐身打击能力,这种局面直到F-35上舰以后才能得到缓解。
不过F-35本身负担较多的空中优势任务,如果再执行对地打击任务,部队的调配可能会出现问题。
鉴于此,美军全球干涉任务可能越来越多地倚重于B-2隐身轰炸机,从而导致B-2在频繁的作战与训练任务中,快速地消耗自己的寿命,美军的全球作战能力因此而大打折扣。
美国X系列试验飞行器简史

美国X系列试验飞行器简史X-1X-1 试验飞机作为人类历史上一种划时代的飞机,不仅仅是因为它的速度超过了音速,也是因为它是世界上第一种纯粹为了试验目的而设计制造的飞机。
X-1 最初设想来自于 20 世纪 30 年代末飞机设计领域所遇到的问题,当时建造的风洞已经不能满足飞机在亚音速和超音速飞行条件下各种参数的正确搜集,因而研制一种专用的飞行试验机势在必行。
贝尔飞机公司制造的 3 架 X-1 机长 9.45 米,机高 3.35 米,翼展 8.53 米,其机身形状与 12.7 毫米机枪子弹极其相似,这样可在超音速飞行时保持机体的稳定。
X-1 的机翼为平直翼,翼面厚度很小。
XLR-11 火箭发动机为其提供动力,其燃料为液氧与酒精和水的混合物。
X-1-1、X-1-2 于 1945 年相继出厂开始了试验飞行,与此同时 NACA(美国国家航空咨询委员会,美国国家航空航天局 NASA 的前身)也加入了 X-1 项目的研制工作。
X-1 试验机和 B-29 载机超音速飞行中的 X-11947 年 10 月 14 日,试飞员查理斯.耶格尔驾驶 X-1-1 在 43,00 英尺的高空飞出了 1.06 马赫的高速,从而迈出了人类超音速飞行的第一步。
不久,X-1-2 在飞行试验中速度也超过了音速。
1950 年 5 月 12 日,X-1-1 在耶格尔的驾驶下完成了最后一次试验光荣退休了。
随后,X-1-2 也停止了飞行开始进行改造。
NACA 的工程师们为 X-1-2 设计了新的机翼和新型的涡轮泵燃油系统,另外还将试飞员从侧面舱门进入驾驶舱的设计改为向上开启的座舱盖,这样 X-1-2 就成为了 X-1E。
X-1E 是用来验证薄翼气动特性的,它是第一架采用 4% 机翼厚度飞行成功的飞机。
另外还有必要提一下 X-1-3,由于其燃料供给系统进行了改进,所以其理论最高速度可以达到 2.4 马赫,远远超过了前两者。
但这架 X-1-3 运气不太好,在一次试飞中由于燃料泄漏事故和载机 B-50 一起在空中炸成了碎片。
美国X_47B无人战斗机的反导可行性及优势分析

NCADE 比 现 有 全 重 152 kg 的 AIM-120 还要轻 12 kg,单从载荷 质量 上 看,X-47B 可 以 携 带 13 枚以上 NCADE 拦截弹,这是目 前任何导弹防御系统都难以达到 的能力。当然由于 NCADE 射程 限制,目 前 其 还 只 能 对 最 近 约 150 km,最远约 350 km 范围内 发射 的 导 弹 进 行 拦 截。而 随 着 NCADE 的改 进,一 旦 速 度 达 到 5 km / s以上,即可满足 1 050 km 拦截距离的要求。 1. 3 飞机部署可行性
从上 面 分 析 可 以 看 出,X47B 携带的拦截弹的飞行速度对 其完成拦截至关重要。目前,美 国地基中段拦 截 弹、THAAD 和 标 准-3IA 的 关 机 速 度 分 别 为 5. 6 km / s、2. 7 km / s 和 5 km / s。 而美国目前发展的空基拦截弹网 络中 心 机 载 防 御 单 元 ( NetworkCentric Airborne Defense Element, NCADE) 采用了 AIM-120 的总体 设计,其可以在高于20 km 的高 度上拦截处于 20 km ~ 80 km 高 空中的弹道导弹,作战半径达到 25 km ~ 150 km,拦截弹速度达 到了 2. 5 km / s,其可以超声速飞 行 20 s ~ 60 s。此外,雷锡恩公 司还计划将单级火箭的 AIM-120 改装为了两级 NCADE 系统,第 飞航导弹 2011 年第 11 期
图 1 2011 年 2 月进行飞行试验的 X-47B
X-47B 具 有 超 长 滞 空 时 间,据 称,其滞空时间可能长达 50 h, 而且还可以进行空中加油,作战 半 径 可 达 2 800 km; 其 次, X47B 具有较大的载弹量,其载弹 量 与 F-117 基 本 相 同, 达 2 000 kg, 可 携 带 两 枚 质 量 900 kg 联 合 直 接 攻 击 弹 药; 此 外,它不但飞行高度达 12. 2 km ( B-2A 为 15. 24 km, F-117 为 10. 67 km) ,而且还具有隐身功 能。另 外,其 飞 行 速 度 接 近 声 速,这是其它无人平台无可比拟 的。这些优异的性能都为其成为 海军反导武器平台奠定了基础。
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Access Hatches for Avionics, Fuel Tank, Actuator access, etc.
11
Ground Control Station – Trailer
12
X-48B Flight Research Summary - I
• Twenty Flights completed in Blocks 1 & 2 (Basic Envelope Expansion)
X-48B Flight Research – Test Progress and Instrumentation Needs for the Future
Tim Risch, Gary Cosentino, and Chris Regan NASA Dryden Flight Research Center, Edwards, CA 93523 Michael Kisska and Norman Princen Boeing Phantom Works, Huntington Beach, CA 92647
5
X-48B BWB Low Speed Vehicle
• Two X-48B Aircraft and Ground Control Station (GCS)
– Research Partnership of Boeing, NASA, and AFRL – Design and fabrication contracted to Cranfield Aerospace
• Air Vehicle Highlights:
– Dynamically Scaled – Uninhabited Air Vehicle • Flown by Pilot from Ground Station – Powered by 3 Small Turbojets • ~52 lbs. of Thrust Each – Conventional takeoff and landing • Non-retractable Tricycle Gear • Slats are Fixed for either Extended or Retracted Configuration – Recovery System • Drogue, Parachute, and Air Bags
JetCat P200 Engines
Nose & Main Landing Gear
7
X-48B 30x60 Wind Tunnel Test
• NASA / AFRL contributed test time in ODU Langley Full-Scale Tunnel
• Wind tunnel test completed April / May 2006 • 250 hours of testing with flight control hardware active • Data used by Boeing for X-48B simulation and flight control software
Block 4: Flights 35-XX Slats Retracted Block 3: Flights 21-XX Slats Extended
July 27, 2008
Envelope Expansion
Block 2: Flights 13-20 Slats Retracted Block 1: Flights 1-12 Slats Extended
9
X-48B Configuration – Internal View
Laser Height Sensor (Under) Main Parachute Drogue Ejector Fuel Pumps & ECUs Drogue Ejector Control Panel Drogue Parachute Lines (Under Boom) Drogue Boom
2
X-48B Flight Research Program
• Flight research provides:
– Flight Control System risk reduction – Required to ensure BWB configuration is as safe as a conventional airplane
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X-48B Configuration – Underside View
Triple Airbags for Impact Attenuation Fixed Landing Gear Split Drag Rul Surfaces
Drogue Boom
– 11 Flights w/ Slats Extended
• Slats result in lower speeds and higher lift
– 9 Flights w/ Slats Retracted
• New Flight Control Laws / “1st Flight” • Envelope Expansion to Max Speed
3
Definition of Test Flight Blocks
Departure Limiter Assaults Block 6: Flights XX-XX Slats Retracted Block 5: Flights XX-XX Slats Extended
PID / Stalls / Engine Out Maneuvering
Air Data Interface Air Bag Inflation System Batteries IMU (Rear of Bulkhead) GPS Antennae
Fuel Tank
Control Surface Actuators
Air Data Boom Transponder Antennae Avionics Crate BIT Panel
6
X-48B Vehicle
• Design Approach
– Use low cost (COTS) equipment where possible • Engines - JetCat P-200 • Landing Gear - mountain bike shocks & brakes – Use normal industry practice for electronic equipment – Use aircraft spec equipment where necessary • Radios, IMU, Actuators, Flight Termination System (FTS) parts – Save weight to meet dynamic scaling requirements
8
X-48B Configuration – Top View
Triple JetCat P200 Engines Drogue Boom
Clean Top Surface
Interchangeable Slat Assemblies ‘Pilots View’ Camera Air Data Booms
ITEA 13th Annual Test Instrumentation Workshop Ridgecrest, California
Program Objectives
• Assess stability & control characteristics of a BWB class vehicle in freeflight conditions: – Assess dynamic interaction of control surfaces – Assess control requirements to accommodate asymmetric thrust – Assess stability and controllability about each axis at a range of flight conditions • Assess flight control algorithms designed to provide desired flight characteristics: – Assess control surface allocation and blending – Assess edge of envelope protection schemes – Assess takeoff and landing characteristics – Test experimental control laws and control design methods • Evaluate prediction and test methods for BWB class vehicles: – Correlate flight measurements with ground-based predictions and measurements
• Fourteen Flights completed in Block 3 (Initial High-Alpha Envelope Expansion)
4
Major Program Accomplishments
• 50 successful flights including 2 flights in 1 day several times • Completion of envelope expansion phases in both slats extended and slats retracted configurations • Aircraft capable of operating from hard surface and lakebed runways at Dryden • Both Boeing and NASA pilots trained to fly aircraft and first NASA pilot mission flown on 8/13/08 • High quality data for various maneuvers recorded and archived for future use • Preliminary data analysis ongoing with quick look data report for first 20 flights available early 2009 • Ten high AOA flights (near stall) performed in slats extended configuration and stable AOA limits found • Multiple versions of software upgrades performed resulting in stable test platform • Takeoffs, landings, low approaches, and go-arounds are routine operations