採用射流飛控系統的第二架Magma無人機首飛

2019年05月15日     764     檢舉

據防務航空網2019年5月1日消息,英國BAE系統公司採用射流飛控技術的Magma無人機完成首飛,飛行中首次使用了超聲速吹氣技術。

一、BAE系統公司已開展十多年射流飛控技術研究

2004年起,BAE系統公司在英國工程與物理科學委員會的支持下,聯合英國克蘭菲爾德、萊斯特、利物浦等多所大學,開展了「無操縱面飛行器綜合工業研究」(FLAVIIR)項目的研究,探索一系列先進飛控技術,取代傳統的舵面操作。BAE曾在其日食無人機的改型上測試了翼上吹氣和矢量推力技術對飛控的輔助。

2010年,BAE系統公司「惡魔」(Demon)無人技術驗證機完成飛行測試,該機集成了「無操縱面飛行器綜合工業研究」項目開發的眾多先進技術,是射流飛控系統發展的一個重要節點。但該機採用的射流飛控方式操作難度大,實用性較低。

2012年開始,BAE系統公司與英國曼徹斯特大學開始該項目的開發,採用波音「鬼怪鰩」無人驗證機的飛翼式+V型尾翼構型,動力系統採用瑞典「鷹」渦輪發動機公司的小型燃氣渦輪發動機,並重新設計了壓氣機,可額外提供壓縮空氣。重量約為40千克。

2017年9月,BAE系統公司資助英國曼徹斯特大學完成Magma項目第一階段首飛。第一架飛機保留傳統活動部件的飛行控制,主要驗證流體控制技術使用的新機體可按預期飛行,但可安裝射流飛控裝置。第二階段無人機已經完成製造,並安裝射流飛控裝置,已於2019年5月初在威爾斯上空試飛。

二、Magma項目突破兩大關鍵技術

Magma項目的開發需要攻克兩個關鍵技術:機翼環量控制和射流推力矢量。

機翼環量控制技術從發動機引氣並以超音速吹過飛機機翼後緣,空氣附著於隆起的表面,同時吸入周圍的空氣,利用柯恩達效應,即流體流過彎曲表面時傾向於附著在表面上而改變本來的流向,使氣流起到虛擬襟翼的作用,不需要活動部件。當飛行員輸入方向指令後,Magma的機載系統將指令轉譯為吹過機翼後緣上表面或較低表面槽道的氣流量。如果向固定寬度槽道上大力吹氣,就可形成襟翼偏轉程度更大的效果。如果吹氣的力度達到最大,就會形成襟翼偏到底的效果。

射流推力矢量通過控制發動機排氣的方向來控制飛行方向。在無人機發動機尾噴口後部增加機尾曲面,使發動機排氣沿機尾曲面噴出,同時在機尾曲面處設計若干與曲面垂直的噴嘴,從中將部分發動機進氣吹向發動機排氣氣流,通過調節發動機排氣脫離機尾曲面的程度改變偏轉力矩,控制飛機俯仰角度。

三、BAE系統公司的射流飛控系統具有四大優勢

射流飛控系統具有以下特點:一是質量小。Magma項目開發的射流飛控系統與起到同等飛控效果活動部件(襟翼及其控制系統等)相比,質量大幅降低。二是維護簡便。Magma項目開發的飛控系統不需要活動部件所需高強度維護,可降低維修和後勤保障需求,減少備件和維護工作量。三是提升飛機隱身能力。由於Magma項目開發的飛控系統可以替代飛機襟翼、尾翼等活動部件,可降低飛機的雷達反射面積,提升隱身能力。四是模塊化安裝。Magma項目開發的飛控系統可以模塊化安裝在其他現有飛機平台上,為飛機提供額外操控。BAE系統公司表示,該系統技術優勢顯著,具有很高的軍事應用潛力,已經計劃在與法國共同研製的未來無人機空戰系統(FCAS)中採用這一系統設計。

四、北約主動射流控制項目已完成部分驗證

北約開展了主動射流控制(AFC)技術項目研究,目的是應用於無尾翼的無人戰鬥機(UCAV)。目前已經「合理可用」於飛行控制,至少可用於打擊任務的進入戰場階段。

北約AVT-239任務組(包括BAE系統公司和洛·馬公司,美國空軍科學研究辦公室(AFOSR),英國國防科學技術實驗室(DSTL)以及大學和其他學術機構)2017年12月完成了創新控制因子(ICE)的五年性能評估。AVT-925任務組開展了兩架不同縮比無人機模型的試飛工作,分別為ICE-101(洛克希德20世紀90年代為美國空軍研究實驗室開發的無尾65度後掠三角翼概念戰鬥機)和Saccon(意為穩定和控制技術構型,基於波音1303設計的無尾53度後掠lamda機翼無人戰鬥機)。

評估中,AVT-239任務組設置了典型打擊任務剖面,包括三個階段:在30000英尺高度以馬赫數0.9(Saccon為馬赫數0.8)進入戰場,以規避機動退出戰場,以及起飛和降落。作為第一步,研究聚焦於將AFC應用於需求最低的進入戰場或巡航階段。

目前,AFC元件設計完成開發並集成到基線飛機中,飛機級性能評估開展了小時級進入戰場階段,以確認所需控制功率以及由此所需的引氣質量以控制渦流和突風。這將決定防止短暫突風影響所需的峰值引氣需求是否會影響發動機壓氣機穩定性。其他評估的參數包括成熟度、集成度、四性(可靠性、維修性、可擴展性、經濟性)以及「跨平台性」,表述了技術可容易移至到其他後掠角度不同飛機上的特性。