花开并蒂 - 国产高空长航时无人机
温哥华的鱼官方账号这两天有一位初中生给我留言，问了几个问题，其中一个是珠海航展的亮点是什么，我就回答了三个字：无人机。
虽然没有身临现场，感触最大的仍然是无人机已经撑起了航展的半边天。各大集团、各厂商院所都在成系列地研发无人机，从微型机、巡飞弹到中高空长航时大型机，琳琅满目。
无人机应用已经来到了一个从量变到质变的临界点，例如陆军列装“群蜂1号”这样的巡飞弹蜂群，让基层部队拥有了自己掌握的大规模空中侦察、干扰、打击兵力，全时覆盖战场，无需传统的跨兵种/军种地空协同，可以更快捷地应对战场变化，指挥控制流程更顺畅，陆军将跳出二维的地面具备可靠的立体作战能力。虽然和坦克、自行火炮等传统陆军重装备相比，装在猛士3代底盘上的48联装巡飞弹发射系统显得相当不起眼，它却可能改变未来陆军的作战模式，意义非凡。
从更高的层面看，未来海、陆、空、天战场上火力投射已经不再是主要问题，只要目标被发现将立即遭到来自不同平台、不同射程、不同种类弹药的联合打击。交战双方首先需要比拼的是信息战能力，依靠分布式传感器全面实时掌握战场态势，破坏对方的信息流，才能夺取战场主动权做到发现既摧毁。
要实现这样的目标，没有驾驶舱、不受飞行员生理限制的无人机具备天生的优势，尤其是位于无人机金字塔顶端的高空长航时无人机，航程远、滞空时间长、运行成本低，机体小不能携带大型设备的问题可以依靠模块化结构通过多机分工协作完成。凭借高速数据链、高精度传感器和人工智能等先进技术，大型无人机可以极大地拓展传统上由昂贵而稀少的U-2、RC-135等有人驾驶侦察机提供的战略级航空侦察、监控、通信中继甚至电子战能力。
对于时间敏感目标、防空保护严密的高价值目标则有无侦-8这类高空高速隐形无人侦察机，速度、飞行高度、隐身性能均远超SR-71。这样的装备一旦白菜化，战区级地幅上空能够随时维持大型无人机的全天候存在，全军的战场信息获取与分发能力将实现质的飞跃。
在目前已正式公开的机型中，首次在珠海航展展出的无侦-7和彩虹-6实机代表了我国高空长航时无人机的最高水平，下面我们就来品鉴一番。
无侦-7
无侦-7由中航成都所设计，贵飞生产。它的前身就是成飞的“翔龙”，早在2006年的珠海航展上就展出过缩比模型，以无人机中首见的菱形联翼气动布局引起轰动，2013年实体样机被爬墙党拍到。
其实联翼布局在航空器中并不算罕见，以GBU-39为代表的“钻石背”套件就是成功的应用范例，洛马的KC-X选型方案、法国的FLY-R系列无人机都采用这样的设计。
联翼可以看作是双翼机的一种变形，前翼后掠、后翼下反前掠和前翼搭接在一起，两者可以翼展相同，也可以后翼较短。这样的构型对无人机来说最大的好处就是可以在维持翼面积和展弦比大体不变的同时缩短翼展，形如把细长的机翼向后翻折。小翼展机翼结构简单、制造难度低；地面适应性更强，小机场就可以运作；机体紧凑、雷达反射面积小。据央视在珠海航展上的报道，无侦-7机长14米，翼展22.8米，长度和“全球鹰”接近，翼展仅为后者的57%。
在霍尔木兹上空的鹰一文中提到过“全球鹰”39.9米翼展的超长机翼重量仅有1814公斤，没有任何支撑加强结构，完全依靠先进的复合材料和制造工艺解决翼尖气动弹性发散问题，技术水平极高，造价也非常高昂。
采用联翼后前后翼相互支撑，融合了前掠翼和后掠翼的优点，避免了各自的缺点，可以获得诸多益处：
兼顾大航程和高速度
“全球鹰”和U-2都采用传统的大展弦比平直机翼以获得高升阻比和大航程，但是这样的翼型高速飞行时阻力急剧增大，无法进一步提高航速，“全球鹰”最高速度只有629公里/时，巡航速度570公里/时。
“翔龙”的菱形联翼前翼后掠角和后翼前掠角相同，超过35度，可以有效减小高亚音速时的波阻，最高速度据说达到750公里/时，巡航速度超过700公里/时。更高的航速可以更快地到达任务区，及时发现时间敏感目标，或者可以在相同时间内扫描探测更大的区域。
优化机体结构
菱形联翼构成两个坚固的三角型，超长翼展和前掠翼固有的翼尖气动弹性发散问题不复存在，机翼受力情况大为改善，可以提高结构效益、减轻结构重量、降低翼载荷。
机翼强度和刚度问题解决后，前后翼的展弦比可以设计得非常大，也就是翼展一定的条件下弦长缩短，机翼显得很窄，降低诱导阻力，提高全机升阻比，巡航高度达到2万米，超过“全球鹰”的1.8万米。全机纵向横截面分布更均匀，进一步降低高亚音速飞行时的空气阻力。
稳定性高、可控性强
“全球鹰”常规布局的配平升阻特性决定了它的操纵效率不高，机动性相当差。而“翔龙”的前掠后翼在亚音速范围内天然具备的优秀气动性能，带来更好的机动性。后翼还可以看作是一副超大号的水平尾翼，气动静安定性高，姿态恢复能力强，可以在不改变姿态的情况下对飞行轨迹进行控制，有利于高空侦察作业。前掠翼的失速性能好，翼尖在整个机翼失速后才会进入失速状态，大仰角飞行时后掠的前翼失速后后翼仍然能维持正常升力，产生一个自然的低头力矩，可控性强。
菱形联翼有这么多好处主流的飞机设计为什么都不采用呢，一来它只适用于载重量低、机动性要求不高的长航时飞行器，应用范围很窄；二来多翼面相互之间、和机体之间的气动干涉复杂，对气动、飞控的设计要求很高，商业运作的飞机设计制造企业不愿意离开舒适区去探索这种全新的构型。因此无侦-7成为了世界上第一种实用化的菱形联翼飞机，它也是我国第一种现役大规模装备的喷气式无人侦察机。
早期的“翔龙”和现在的无侦-7还是有相当大区别的，2017年前后黄皮实机曝光时已经修改为今天的样子，从外观上看主要有5大改进：
高大的单垂尾改为较小的V字型垂尾，机高从5.4米降低到3.9米，而且消除了一大直角强反射源，增强了隐身性能；大仰角飞行时垂尾不会被机身遮挡，垂直稳定性更好。相应的后翼翼根从原来单垂尾的后端前移到V尾前端，起到涡流发生器的作用，垂尾顶端和根部都安装了天线和电子设备舱。
翼展从原先的24.86米缩小到22.8米，前后翼连接处由原来的单片结构改为整流罩式，内部可能容纳了襟、副翼的驱动系统，扩大的容积也可以作为设备舱搭载电子或者侦察设备。后翼的下反角度增加，机翼厚度似乎也有所增加，靠近机身的后缘有两片颜色不同的蒙皮，可能是保型电子天线。
后机身下方增设了2片腹鳍，同样也是增加稳定性的措施，暗示着该机的机动性和高速性相当好。
发动机喷口形状从配合机体横截面的三角型改为圆形，显示发动机进行了升级，排气量增大。
机体厚度增大了很多，容积增加，导致后机身底部折线由近乎直线变成大曲度的弧线。
除了气动布局上的创新，“翔龙”对隐身能力也下了一番大功夫。机头比 “全球鹰”更尖锐，侧面的棱线一直延伸到前翼，上下表面内倾收窄，具备良好的隐身外形。发动机进气口位于机背上，正面被隆起的机头设备舱遮挡，雷达波从前方或者地面无法照射到进气口。进气道呈现明显的S型，发动机深埋在机体内部（“全球鹰”是一个直筒型的发动机短舱不带弯曲，从进气口可直视风扇叶片）。
在没有喷涂表面漆的黄皮机上可以看到几乎所有传感器都采用了内置式，无需吊舱或者突兀的天线。机头顶部安装有卫通天线罩，可以将侦察数据实时传输回地面站；机头前端的电子设备舱可更换功能模块，安装合成孔径/逆合成孔径雷达或者通信中继设备；底部独木舟状的仪器舱前端开有3个光学窗口，配备了可见光和红外探测设备；机腹两侧各有多块透波蒙皮，可以内置侧扫雷达或者电子战设备。主起落架之间有一个纺锤体整流罩，可能是向地面传输的数据链天线。
“翔龙”唯一明显的弱点是发动机，早期报道安装了一台不带加力的涡喷-7发动机，也就是歼-7早期型的动力，自重1吨，推力4.2吨。“翔龙”最大起飞重量约为7.5吨，和歼-7的正常起飞重量相当，推重比达到0.56，这个动力显然过剩了。“全球鹰”的正常起飞重量为14.6吨，安装的罗罗AE3007H涡扇发动机推力只有3.45吨，自重750公斤，耗油量约是涡喷-7的一半。
发动机的不匹配显示出我国航发工业的尴尬之处：严重缺乏实用化的小推力高性能涡扇发动机。国字号动力系统中2吨级以下只有K-8教练机的涡扇-11（1.7吨）或者用于巡航导弹的涡扇-500（500公斤），往上就是涡扇-9/涡扇-13了（9吨），在2吨到9吨之间几乎是一片空白。因此“翔龙”只能降级采用老旧但成熟的涡喷-7，这也造成“翔龙”自重增大，油耗很高，最大续航时间只有10小时，最大飞行距离7千公里（作战半径2500公里），和全球鹰的32小时/2.2万公里差距很大，不具备洲际飞行能力。
> “全球鹰”的内部结构
不过相对大推力的涡喷发动机也带来一个好处。“全球鹰”的推重比只有0.24，导致它的爬升和加速性能很差，起飞爬升到1.8万米的巡航高度耗时80分钟以上，如果任务途中下降到9千米进行高精度目标识别，想要重新回到1.8万米高度又要花费60分钟，这样的爬升率让它几乎只能在单一高度作业。
“翔龙”飞行速度比“全球鹰”高出15%，推重比大一倍，下降再恢复到同样的高度耗时只有“全球鹰”的1/4，因而可以在广域扫描监控和中空近距离跟踪识别模式之间灵活转换，兼备战略侦察和战术侦察能力，任务弹性很强。也有消息说现役的无侦-7使用的是涡喷-13发动机，虽然性能有所提升，实质上并没能改变推力过剩和油耗高的问题。今后无侦-7如果换装新一代小推力发动机，它的作战性能还将上一个大台阶。
从“翔龙”变为无侦-7，意味着它顺利进入无人机的国家队，印上了低可视度的八一军徽，目前已经批量投产。在近几年的新闻报道中，无侦-7的身影出现在西藏、东北、东海、南海等热点地区，进行了广泛的实战化部署，在全疆域使用中显示出良好的环境适应性。
实际上在我军的无人机序列中无侦-7并不是完全对标“全球鹰”的装备，而是介于美军“全球鹰”和“捕食者”之间的角色，这也和我军国土防卫为主、实行积极防御的战略方针相适应，战略级无人侦察机还有更加神秘、翼展超越“全球鹰”的“神雕”双机身无人机，它也已经拿到了无侦的“户口”。
彩虹-6
彩虹系列是中国航天科技集团公司第11研究院（航天空气动力技术研究院）研发的无人机，主推国际市场，在中东、中亚、北非、东欧十分畅销。彩虹-6是刚刚发布的最新产品，它的独特造型在这次珠海航展上十分惹眼。
第一眼看到这张呆萌的“米老鼠”照片，很多人说想到了SR-71或者A-10，我首先想到的却是图-22“眼罩”轰炸机。不过除了发动机布局外，彩虹-6的整体结构还是中规中矩的，细长的机身，小后掠角大展弦比机翼，高置T型尾，和伊尔-62有些神似。
彩虹-6的机体进行了翼身融合设计，比无侦-7要扁平很多，隐身性能更好，机体容积也大，还能产生相当大的升力。机翼翼展20.5米，比无侦-7短2.3米，采用了无人机中仅见的双叉翼梢小翼，带来更好的减阻效果；机长15.8米，比无侦-7长1.8米；最大起飞重量7.8吨，多出300公斤。因为翼型和翼展的限制，彩虹-6的升限为1.5万米，作业巡航高度1万米，比菱形联翼布局的无侦-7低很多。
彩虹-6安装了两台小推力涡扇发动机，最大速度800公里/时，比无侦-7还高50公里/时；涡扇动力油耗很低，配合大机体令彩虹-6的最大航程达到1.2万公里，续航时间20小时，无侦-7的涡喷动力只能达到7千公里和10小时，差距很大。
但是，这两台涡扇也给彩虹-6带来了一定的局限性。从彩虹-6的吨位和飞行性能看，它的动力系统至少需要提供3吨以上的推力，采用两台推力1.5吨左右的涡扇仍然是因为国内市场上没有3-4吨级的成熟涡扇可用，即使有性能和可靠性也远远达不到“全球鹰”AE3007H的水准（我专门询问过业内专家）。
这两台小推力涡扇应该是由民营发动机公司研制的，能装到彩虹-6上至少达到实用状态了，但是尚未取得国军标，在可靠性、维护性、产能等方面还有待实践检验（也有说法用的是涡扇11）。
彩虹-6追求高速和大航程，因而机体相当细长，无法在机身内部容纳2台发动机，只好采用A-10的方式成对布置在机背上方两侧，相应的为了避开发动机喷流，必须采用高置T尾。
双发固然提高了系统冗余度和抗毁伤能力，但也增加了机械复杂性和结构重量。彩虹-6没有采用中小型客机常见的尾吊布局就是因为双发相对重量过大，不得不前移以平衡重量分布。更重要的是突出的发动机短舱严重破坏了隐身能力，两台发动机的风扇直接暴露在雷达波的照射范围内，呈直角的T型尾也是两个巨大的角反射器，机身采用的种种隐身措施都会被抵消。
这是一种气动布局创新，也仍然透出一丝动力系统的无奈。如果有成熟的3吨级涡扇发动机可用，完全可以把单台发动机内置，改用V型尾，隐身性能将提升一个量级。
彩虹-6既可以携带合成孔径雷达和高精度光电传感器全天候完成侦察任务，也可以挂载空地导弹、制导炸弹、巡飞弹和反辐射导弹进行远程对地打击和防空压制，最大载弹量达到2吨，还可以通过更换任务模块拥有海上反潜、远程预警、有人/无人协同作战等扩展功能，航展中在就机身下就摆放了一具自主水下潜航器。
彩虹-6也是一款外贸产品，从上面的分析可以看出它强调的优势（或者说潜在客户看重的性能）是大航程、高航速、大载荷和多功能性，飞行高度、隐身能力放在次要地位。它面对的作战环境远没有无侦-7恶劣，对手的防空能力也相对较弱，因而不用全面追求过高的性能指标。据说彩虹-6的价格只有“全球鹰”的1/10，费效比很高，这对过去采购装备彩虹-4/彩虹-5的客户来说将是相当有吸引力的。
不等不靠，以技术创新弥补现有设备的不足是我们航空航天工业的优良传统，这点在无侦-7和彩虹-6的身上体现得非常鲜明，有突破也有取舍，为用户提供高性价比、最适合作战体系的装备，当发动机等技术瓶颈得到突破时性能将实现再次飞跃，一如歼-20。
