在此前的珠海航展期間,我國首次公開了早幾年前就已經在試飛中的“翔龍”無人戰略偵察機正式裝備服役型號——無偵7戰略偵察機,相比之前試飛版本的翔龍無人機,正式裝備服役的無偵7無論是在氣動佈局還是機載裝置等多個方面都發生了非常大的變化,但是不變的依然是其相比其他無人機最大的亮點——菱形機翼,這種機翼最大的價值就是升力係數約等於翼展更大的機翼,但是長度小了很多後,既降低了結構重量、又提升了結構強度,可以說這麼好的機翼放在無偵7上簡直是如虎添翼,但是為什麼全球範圍內採用菱形機翼的只有無偵7呢?大家有沒有想過這麼問題。
這個原因就要從無人機的定位來說了,無人機雖然根據作戰用途不同可以分為偵察和攻擊無人機兩大類,但是系統的分類的話主要分為大中小微四類,其中大型無人機主要分為高空長航時和中空長航時兩種,中空長航時無人機大多采用螺旋槳發動機推動,飛行高度在8000米以下,最大飛行速度在500公里每小時左右,最大飛行時間往往能夠達到12個小時以上,像我國的彩虹1/2/3/4/5、美國的MQ-9這些察打一體的無人機都是中空長航時無人機,而且能夠研發生產這類無人機的國家還是比較多的,像印度、巴鐵、土耳其、南非等國家都有這個能力。
但是大型高空長航時無人機全球範圍內能夠研發生產的國家只有中美兩個國家,最大的原因肯定是技術原因了,因為這裡面既涉及到機身結構、動力、續航、機載裝置的問題,更對這個國家的全球戰略衛星中繼能力有非常高的要求,而這些問題集結在一起就成了制約99%以上國家想要研製大型長航時戰略無人機的最大攔路虎。
大型長航時戰略無人機最典型的代表就是美國的RQ-4全球鷹戰略無人機了,其最大的亮點就是堪比B737民航客機的翼展,使得其最大飛行高度高達1.8萬米,最大航程超過2萬公里,但是為了達到這麼高的飛行高度、這麼遠的飛行航程,全球鷹無人機使用了一幅翼展長度高達35米的巨型平直翼來產生儘可能大的升力,以降低飛行阻力和增程。雖然優勢是非常明顯的,但是缺點也不少,這麼長的翼展最大問題除了高速飛行時翼尖顫振導致的飛行速度不高外,還有就是為了保證這麼長的翼展和降低顫振,機翼只能增強結構強度,但是也帶來翼展過重和製造成本超預算的問題。
所以對於研製翔龍無人戰略偵察機的成飛而言,如若不能避免全球鷹無人機身上的缺點,那馬就會重蹈覆轍,也會一直處於追隨的狀態。所以成飛為翔龍戰略偵察機配備了一幅“菱形機翼”,其最大的優勢就是保證升力不降的前提下,大幅度提高了機翼的整體強度,適當縮小了翼展寬度。
透過前後兩幅機翼的連線組合而成的菱形機翼,下機翼依然還是是安裝在機身上的常規後掠翼,上機翼則是安裝在垂尾根部、帶較大下反角的前掠翼,並有翼梢小翼,這樣組合而成的菱形機翼,由於後掠翼翼根不僅承受向上的升力,而且還承受向後的氣動阻力,前掠的上機翼剛好頂住了下機翼,降低了下單翼翼根位置的結構重量,另外上下機翼搭接後,全機在縱向的橫截面積受力分佈更加平順,沒有傳統後掠翼越靠近翼尖位置的氣動增阻和截面積不連續問題,降低了飛行阻力、增加了飛行速度。
另外前面也說過對於翼展特別長的飛機而言,超長的翼展雖然賦予了更大的升力,但是最大的問題就是越靠近翼尖位置越軟,越容易出現氣動彈性發散問題,就像是練武之人使用的長棍在高速揮舞下棍子會彎曲、棍尖會顫動一個道理。翼尖氣動彈性發散除了會降低翼尖位置的升力外,更有可能在長時間的顫振中出現結構損傷,導致解體墜毀。
對付這個問題最直接的方式就是增強結構強度,但是會帶來結構重量的直線上升,為此全球鷹無人機採用了結構強度高、質量輕的複合材料一體化製造而成,好處多多,缺點就是造價非常貴,而且成品率不高,出現損傷更換成本非常高,再加之超長翼展在地面移動時,對淨空空域也有更高的要求。
所以無偵7採用的菱形機翼上機翼翼尖和下機翼的翼根中部搭接在一起,恰好解決了兩個機翼,特別是更容易發生翼尖氣動顫振的上機翼(前掠翼)結構強度不足的問題,既保證了其升力面積和全球鷹相似的前提下,又降低了翼展長度、降低了對地面淨空的要求、降低了結構重量和成本,但是卻提升了氣動阻力更低情況下的最大飛行速度。
至於為啥全球範圍內,只有無偵7採用了菱形機翼?其實最大的原因就在於中航時或者更小的固定翼無人機壓根用不少翼展非常大的機翼,而能夠用到翼展非常大機翼的大型高空長航時無人機對於戰略需求、戰略制導、機載裝置等多個方面有更高的要求,而這一要求下全球範圍內只有中美兩國具備這個實力,美國當下有全球鷹在役,所以也就只有我國現役的無偵7採用菱形機翼了。