未來飛行器設(shè)計(jì)構(gòu)想潛母計(jì)劃及“左右手”.docxVIP

未來飛行器設(shè)計(jì)構(gòu)想：潛母計(jì)劃及“左右手”聯(lián)合效果圖。聯(lián)合效果圖。鯤鵬效果圖。龍影效果圖。第一章 前言1.1 二十一世紀(jì)戰(zhàn)場前瞻未來高技術(shù)武器發(fā)展的特點(diǎn)和趨勢自“沙漠風(fēng)暴”行動八年來，高技術(shù)戰(zhàn)爭和發(fā)達(dá)國家的武器裝備發(fā)展計(jì)劃大體上可以看出，2020年前后武器裝備將進(jìn)入到信息化時代，將逐步實(shí)現(xiàn)體 系化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、精確化、隱身化和輕小型化，并可能呈現(xiàn)無人化的發(fā)展趨勢。21世紀(jì)戰(zhàn)場將成為陸、海、空、天、信息五維戰(zhàn)場，作戰(zhàn)空間將向外層空間 擴(kuò)展。信息戰(zhàn)武器、電子戰(zhàn)武器、一體化裝備、隱身武器、精確制導(dǎo)武器、軍用航天裝備、無人機(jī)機(jī)器人武器將成為軍事大國21世紀(jì)占優(yōu)勢的主導(dǎo)武器裝備，也 是發(fā)展中國家極力謀求的軍事手段，動能與定向能等新概念武器也將陸續(xù)實(shí)用化。未來高技術(shù)武器裝備的發(fā)展呈現(xiàn)以下的特點(diǎn)和趨勢：一、信息進(jìn)攻與信息防御的攻防對抗將成為未來戰(zhàn)爭的焦點(diǎn)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御是信息戰(zhàn)的重要內(nèi)容。這種攻防對抗屬于靜悄悄的戰(zhàn)爭較量，其戰(zhàn)略 破壞性可與核生化大規(guī)模殺傷性武器相比。二、電子戰(zhàn)已成為信息時代戰(zhàn)爭的“戰(zhàn)略要素”，是奪取信息優(yōu)勢的重要手段。電子戰(zhàn)裝備是21世紀(jì)發(fā)展的重點(diǎn)。三、一體化系統(tǒng)的發(fā)展和運(yùn)用將使21世紀(jì)戰(zhàn)場更透明，指揮近實(shí)時，行動更敏捷，夜間變“明亮”，陸?？仗熳鲬?zhàn)行動一體化。四、具有高機(jī)動性和隱身性的武器平臺將成為空中、海上和陸上的主力武器裝備。主動隱身技術(shù)將得到更多的應(yīng)用。隱身與反隱身攻防對抗將更加激烈。五、無人機(jī)、無人潛航器、無人車輛和戰(zhàn)場機(jī)器人將成為發(fā)達(dá)國家2020年前后的重要武器，擔(dān)當(dāng)起偵察、探測、壓制防空、 戰(zhàn)場毀傷評估等作戰(zhàn)任務(wù)。無人機(jī)作為空中的機(jī)器人將朝小型化、自主式、隱身、全天候方向發(fā)展。無人機(jī)將廣泛用于高風(fēng)險環(huán)境，完成以信息攻防對抗為主的作戰(zhàn)任務(wù)。無人偵察 機(jī)將可能取代有人偵察機(jī)，無人作戰(zhàn)飛機(jī)將可能部分取代戰(zhàn)斗機(jī)和轟炸機(jī)，起到遠(yuǎn)中近程精確打擊作用。隨著微電子、微電技術(shù)的發(fā)展，將可能出現(xiàn)微小型無人機(jī)。 陸上將出現(xiàn)“戰(zhàn)術(shù)無人車”、“地面無人車”等機(jī)器人車輛， 它們將采用GPS接收機(jī)、激光測距儀、熱像儀及高分辨率相機(jī)等高技術(shù)，向全天候、全地形、自主式和小型化發(fā)展。有人預(yù)言，無人車輛將成為21世紀(jì)陸軍的核 心武器。水中將出現(xiàn)完全自主式無人潛航器(UUV)，用于水下探雷、支持潛艇和水面艦艇作戰(zhàn)行動。六、導(dǎo)彈攻防對抗將成為未來高技術(shù)戰(zhàn)爭的重要組成部分，對應(yīng)的武器系統(tǒng)將呈現(xiàn)明顯的對抗性發(fā)展格局，中遠(yuǎn)程精確打擊武器裝備、防空反導(dǎo)一體化武 器裝備是發(fā)展的重點(diǎn)。七、精確制導(dǎo)武器具有高效費(fèi)比特征，已成為戰(zhàn)爭的基本手段。八、以衛(wèi)星為主體的軍用航天系統(tǒng)將是一體化全球感知、全球交戰(zhàn)系統(tǒng)的核心，全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)將成為未來精確指揮控制、中遠(yuǎn)程精確打擊和精確 兵力投送的關(guān)鍵裝備。奪取空間優(yōu)勢和控制外層空間將成為21世紀(jì)美國航天力量的首要任務(wù)。九、未來戰(zhàn)爭中，動能武器和定向能武器將成為防空反導(dǎo)、反衛(wèi)星的利器，非致命武器將為未來軍事行動提供新的選擇。這些新概念武器的逐步應(yīng)用將意 味著作戰(zhàn)方式的巨大變化。十、核生化武器依然存在，戰(zhàn)略核武器是未來信息化戰(zhàn)爭的保護(hù)傘，爭奪核優(yōu)勢將主要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。1.2 未來飛行器設(shè)計(jì)方案構(gòu)想潛母計(jì)劃及“左右手”展望二十一世紀(jì)戰(zhàn)爭形勢的發(fā)展趨勢，像航空母艦這樣龐大的戰(zhàn)斗群暴露出很大的弱點(diǎn)。隨著巡航導(dǎo)彈、魚雷等速度、隱身性能和精確打擊能力的提高， 航空母艦正在受到嚴(yán)重的威脅。而且，航空母艦要形成戰(zhàn)斗力，必須依靠護(hù)衛(wèi)艦、潛艇、反潛機(jī)等構(gòu)成一個立體化戰(zhàn)斗體系才能實(shí)展期威力，從效費(fèi)比上分析，是相 當(dāng)不合算的。我國的經(jīng)濟(jì)實(shí)力還不強(qiáng)盛，因此我們必須創(chuàng)新，量體裁衣，建設(shè)一支符合我國發(fā)展和具有戰(zhàn)略意義的國防力量。從世界戰(zhàn)爭形勢格局的不斷發(fā)展中我們看出，信息化、智能化、隱身性能和高速性能等將是軍事建設(shè)的主導(dǎo)方向。中國潛艇技術(shù)基礎(chǔ)比較雄厚，我們應(yīng)該 充分利用優(yōu)勢，設(shè)計(jì)和建造一支具有中國特色的大海軍。根據(jù)以上的分析，我提出了“潛母計(jì)劃”的設(shè)想，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了一套與之配套的攻擊武器，即后面 談到的“左右手”。在“潛母計(jì)劃”中，我國需要設(shè)計(jì)建造一種升級版的巨型潛艇，我們給它一個新的稱謂：“潛母”(Mother Submarine)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，“潛母”采用核動力驅(qū)動，具有噪音低，潛航時間長等特點(diǎn)，能夠在世界范圍內(nèi)快速反應(yīng)。取名為“潛母”，是沿用了航空 母艦的戰(zhàn)斗思想。作為母艦，“潛母”能夠搭載多種聯(lián)合作戰(zhàn)武器，如水空飛行器、微型潛航器、魚雷、巡航導(dǎo)彈等。在水空飛行器和微型潛航器的協(xié)助下，不必再 擔(dān)心受到反潛機(jī)和高空反潛武器的威脅，“潛母”具有了更強(qiáng)的生存力；而且能夠極大地擴(kuò)大潛艇的作戰(zhàn)半徑和戰(zhàn)斗力。潛艇也給飛行器和微型潛航器提供了庇護(hù)和 擴(kuò)充其威力的平臺?！皾撃浮焙退诊w行器等互為補(bǔ)充，極大地增強(qiáng)了隱身性能，縮短的作戰(zhàn)反應(yīng)時間，提高了潛艇和飛行器等武器系統(tǒng)的戰(zhàn)斗力?！皾撃浮钡脑O(shè)計(jì) 思想和性能，決定了其作戰(zhàn)形式的多樣性。近可以阻擊敵人的航母戰(zhàn)斗群，防御我國領(lǐng)土和主權(quán)不受侵犯；遠(yuǎn)可以進(jìn)行登陸戰(zhàn)和“外科手術(shù)”攻擊，在敵國采取侵略 行動之前，先發(fā)制人?！皾撃浮睂?shí)可謂遠(yuǎn)可攻，近可防?！皾撃赣?jì)劃”是對未來戰(zhàn)爭思想的一個擴(kuò)充，此次我們具體設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是“潛母計(jì)劃”當(dāng)中的“左右手”?！白笥沂帧笔侵浮皾撃浮贝钶d的兩種潛射飛行 器。稱之為“潛母”的左右手，是因?yàn)檫@兩種飛行器使得潛艇的戰(zhàn)斗力和作戰(zhàn)范圍的到了增強(qiáng)和擴(kuò)充，而且也提升了其自身的防御能力，這不是相當(dāng)于給潛艇增添了 兩個重而有力的拳頭嗎？這兩種潛射飛機(jī)器，具有各自不同的特點(diǎn)，取名為“龍影”和“鯤鵬”?！褒堄啊焙汀蚌H鵬”不同于以往飛行器的概念，主要特點(diǎn)是其采用了水底潛射和水上回收的特殊方式?！褒堄啊睂儆诟呖崭咚亠w行器，翼展小，適合于存 放于“潛母”有限的空間里；“鯤鵬”采用了變形翼技術(shù)，可以收放機(jī)翼，減小存放空間?！褒堄啊焙汀蚌H鵬”具有一定的抗壓能力，可以在水下，通過彈射管，從 “潛母”中發(fā)射出來，潛航到遠(yuǎn)處再浮出水面起飛?；厥盏臅r候先淺入水底，再游向母艦，從發(fā)射管中回收入機(jī)庫中。這種特殊的方式，無需“潛母”浮出水面，增 強(qiáng)了隱蔽性，較少了被探測的機(jī)會。以上是“龍影”和“鯤鵬”的相同之處，作為兩種不同的飛行器，他們又具有各自的側(cè)重和任務(wù)?！褒堄啊钡脑O(shè)計(jì)定性為高空高速攻擊機(jī)，從“龍影”這個名字上可以顯現(xiàn)它的性能特點(diǎn)?！褒垺?，神話傳說里描述為一種具有喜水、飛升、通天、善變、 顯靈、示威等品性的神物。經(jīng)過漫長時間的創(chuàng)造、演化和升華，龍已成為中華民族容合、福生、諧天、奮進(jìn)的精神象征?！坝啊?，捉摸不定，變化莫測，神出鬼沒。 “龍影”機(jī)身修長，翼身、發(fā)動機(jī)一體化，采用乘波體氣動設(shè)計(jì)，火箭/超然沖壓組合發(fā)動機(jī)提供動力，所以能夠以8M速度巡航，最高速度可達(dá)10M。進(jìn)氣道、 尾噴管能夠密封，保證在“龍影”能夠潛水。在水里用發(fā)動機(jī)的火箭功能助推。尾噴管采用大寬高比二元矢量噴管，蒙皮采用具有隱身功能和自適應(yīng)的智能蒙皮，控 制系統(tǒng)為由具有高速運(yùn)算能力的分子計(jì)算機(jī)構(gòu)成，這些技術(shù)的采用使得“龍影”具有高度隱身性和智能化。高速飛行，會使飛機(jī)的頭部和機(jī)翼前緣等地方氣動加熱到極高的溫度，還有發(fā)動機(jī)的燃燒室也會達(dá)到很高的溫度，這些地方都學(xué)要采用被動和主動的熱防 護(hù)。被動熱防護(hù)，主要是在耐高溫材料上下功夫?，F(xiàn)在的耐高溫材料有很多，比如耐高溫陶瓷。主動熱防護(hù)，可以采用發(fā)汗冷卻技術(shù)和熱電材料。熱電材料可以把熱 能轉(zhuǎn)換成電能儲存起來，作為激光武器的能量的部分來源。另外，“龍影”的燃料為氫氣，用儲氫材料存儲。由于儲氫材料吸-放氫時伴隨著巨大的熱效應(yīng)，發(fā)生熱 能-化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換，且這種反應(yīng)的可逆性好，反應(yīng)速度快，所以這種方式是一種有效的蓄熱和制冷途徑。 “北冥有魚，其名為鯤。鯤之大，不知其幾千里也?；鵀轼B，其名 為鵬。鵬之背，不知其幾千里也。怒而飛，其翼若垂天之云?！薄蚌H鵬”的命名取自莊子逍遙游的這句對鯤鵬的描述?！蚌H鵬”是魚，它擁有一對柔性的“魚 鰭”(變形翼)。在水里的時候，模仿蝠鲼的游泳動作，撲動變形翼提供向前的動力和升力。氫化物電池給撲翼提供持續(xù)的能量。根據(jù)水翼原理，“鯤鵬”依靠不斷 地游動提供升力。氫化物電池是利用儲氫材料的電化學(xué)吸附氫特性及電催化活性原理制作的。在水下游動的時候，“鯤鵬”的進(jìn)氣道和尾噴管都是密封的。進(jìn)氣道模 仿魚鰓，采用智能變形蒙皮，能夠自動的根據(jù)情況控制進(jìn)氣量或者密封。尾噴管模仿魚嘴，由上下兩半組成，能夠通過改名尾噴管的開口大小和形狀來控制推力和紅 外輻射，同時還能上下偏轉(zhuǎn)，屬于二維矢量噴管?！蚌H鵬”選擇泳動的方式潛行具有以下優(yōu)點(diǎn)：1隱身性能得到巨大提高。傳統(tǒng)的螺旋槳推動方式，噪音大，容易被敵人的海底聲納探測網(wǎng)發(fā)現(xiàn)。變形翼 能很好地模仿了魚的游動方式，噪音分貝可接近一般魚類的噪音強(qiáng)度，使得敵方聲納無用武之地。另外，紅外輻射也因?yàn)闆]有發(fā)動機(jī)而大幅降低，這也是隱身的一個 重要方面。2機(jī)動靈活，能夠迅速躲避魚雷的攻擊。缺點(diǎn)是：游動速度比較慢，但是可以以空中飛行的方式彌補(bǔ)?！蚌H鵬”又是一只鳥，它能在空中自由的飛翔。要完成起飛的動作，“鯤鵬”首先需要通過游動加速，然后躍出水面滑翔，同時打開進(jìn)氣道、尾噴管和完 成發(fā)動機(jī)點(diǎn)火。這個過程相當(dāng)復(fù)雜，需要“鯤鵬”具有多任務(wù)協(xié)調(diào)工作的能力。在點(diǎn)火的過程中，為了防止海浪進(jìn)入進(jìn)氣道，采用背部進(jìn)氣的方式。點(diǎn)火完成后，飛 機(jī)有了升力，能夠在適當(dāng)高度貼近海面飛行，避免發(fā)動機(jī)進(jìn)水，所以可以使飛機(jī)翻轉(zhuǎn)換為腹部進(jìn)氣，以減小雷達(dá)反射面積，增強(qiáng)隱身性能。為了隱身，“鯤鵬”的設(shè) 計(jì)在很多方面都作了努力和創(chuàng)新，如前面提到的游動方式。另外，它的飛行方式對隱身也有很大的貢獻(xiàn)。低空的時候，“鯤鵬”掠海飛行，腹部進(jìn)氣，既利用了雷達(dá) 的盲區(qū)，又能充分利用地效應(yīng)升阻比高的優(yōu)勢；高空的飛行的時候，改為背部進(jìn)氣，以光滑平整、小雷達(dá)放射的另一面應(yīng)對敵方的探測?！蚌H鵬”選用小涵道比加力 渦扇發(fā)動機(jī)，燃料消耗率低，航程遠(yuǎn)。在智能控制方面，“鯤鵬”和“龍影”的原理和技術(shù)一樣。 “龍影”和“鯤鵬”的主要任務(wù)分配?！褒堄啊钡脑O(shè)計(jì)任務(wù)為：攻擊低、高空反潛武器，協(xié)同打擊航母艦隊(duì)，高空偵察，對地面目標(biāo)進(jìn)行“外科手術(shù)”。 “鯤鵬”的設(shè)計(jì)任務(wù)為：攻擊水下潛艇和微型潛航器，協(xié)同打擊航母艦隊(duì)，水下偵察，對地面目標(biāo)進(jìn)行突襲。第二章 “鯤鵬”設(shè)計(jì)2.1氣動仿生設(shè)計(jì)外形設(shè)計(jì)與飛行器的性能密切相關(guān)，什么樣的外形決定了什么樣的性能?！蚌H鵬”作為未來戰(zhàn)場的一種攻擊飛行器，要求具有高度隱身和高度機(jī)動的特 性。為了實(shí)現(xiàn)這些能力，“鯤鵬”采用了很多仿生設(shè)計(jì)。整體布局為飛翼，仿魚鰓可變進(jìn)氣道和仿魚嘴二元矢量噴管都是為了更好的隱身而設(shè)計(jì)的。變形翼可以像鳥 的翅膀一樣自由彎曲，所以能夠充分發(fā)揮飛機(jī)的性能，從而能夠更加機(jī)動靈活地自由飛行。2.1.1 飛翼+變形翼“鯤鵬”無人殲擊轟炸機(jī)采用翼身融合、無尾翼的三角形飛翼布局。飛翼布局空氣動力效率高，空氣阻力小，雷達(dá)反射也小。但常規(guī)操作面的操作控制性 能極差，而變形翼技術(shù)很好的解決了這方面的問題，使得飛翼布局的飛行器從轟炸機(jī)、運(yùn)輸機(jī)向戰(zhàn)斗機(jī)方向邁進(jìn)。變形機(jī)翼控制技術(shù)，通過在飛行中改變飛機(jī)機(jī)翼的幾何構(gòu)型，或用流動控制方法來調(diào)整翼面上的流動和氣動力載荷，使氣流的氣動力在整個飛行包線中每 個飛行狀態(tài)都接近最佳狀態(tài)，從而達(dá)到提高飛行性能和減輕結(jié)構(gòu)重量的目的，并可省掉傳統(tǒng)的操縱面減輕結(jié)構(gòu)重量并獲得最佳的控制效果。改變機(jī)翼幾何外形的技術(shù) 包括改變機(jī)翼形狀和翼剖面彎度、通過柔性機(jī)翼等實(shí)現(xiàn)。2.1.2 仿魚鰓式進(jìn)氣道進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)關(guān)系到發(fā)動機(jī)的性能和飛機(jī)的隱身性能，必須重點(diǎn)考慮?！蚌H鵬”不同于傳統(tǒng)的飛行器，要求能夠?qū)崿F(xiàn)水空兩用。如何解決進(jìn)氣道的密封和 阻力問題，成為關(guān)鍵。魚鰓式進(jìn)氣道有兩個性能特點(diǎn)。一是，可變?？勺兪侵高M(jìn)氣道的大小形狀可以自由改變，以調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的性能，類似于DSI進(jìn)氣道的性能。通過變形還 可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣道在水下的密封問題。魚類的呼吸系統(tǒng)給了我們很好的啟發(fā)：若使進(jìn)氣道密封時能和機(jī)身融為一體便能減小進(jìn)氣道帶來的額外阻力。二是，可控?？煽?是指進(jìn)氣道的變形接受控制系統(tǒng)的指揮，這也需要智能控制系統(tǒng)來解決。2.1.3 仿魚嘴二元矢量噴管尾噴管是產(chǎn)生紅外輻射的主要部位，如何有效地降低紅外輻射是隱身性能的關(guān)鍵之一?！蚌H鵬”采用了仿魚嘴大寬高比二元矢量噴管，即能夠?qū)崿F(xiàn)水底密 封，還能夠有效地對尾焰進(jìn)行遮蔽。魚嘴尾噴管采用變形翼相同的技術(shù)進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)形狀大小和二維的方向改變。2.2變形翼技術(shù)2.2.1 變形翼材料和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)翼變形的關(guān)鍵在于高強(qiáng)度塑性變形材料、驅(qū)動器以及靈敏控制系統(tǒng)。納米材料：許多納米材料具有強(qiáng)度高、韌性大、抗腐蝕、抗斷裂能力高以及特殊的光學(xué)性能等特點(diǎn)，給“鯤鵬”設(shè)想的實(shí)現(xiàn)提供了現(xiàn)實(shí)可行的理論基礎(chǔ)和 條件。比如，納米陶瓷具有高活性、高斷裂能力和耐沖擊的性能，可以有效提高飛機(jī)在穿越水空交界時受到的沖擊。納米銅能夠?qū)崿F(xiàn)200%的塑性變形，而良好的 塑性性能正是實(shí)現(xiàn)變形翼飛機(jī)的關(guān)鍵。人工肌肉：在結(jié)構(gòu)中埋入離子交換膜金屬復(fù)合材料(Ionic exchange polymer metal composites，以下簡稱IPMC)材料，或稱作“人工肌肉”作為變形的驅(qū)動器，具有重量輕、成本低、運(yùn)動平滑、響應(yīng)快速、組合靈活、動力強(qiáng)勁、自 制動、適配性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。人工肌肉的結(jié)構(gòu)：人工肌肉主要由一根橡皮管外包強(qiáng)力的塑料網(wǎng)構(gòu)成，當(dāng)被充氣和吸氣時，可以像人的肌肉一樣伸縮。在功率/重量比方面，人工肌肉高 達(dá)400:1的，而一般的氣缸和電動缸只有16:1，因此它也特別適合用于機(jī)器人等應(yīng)用。下表是IPMC、SMA、EAC的特性比較，從中可以看到人工肌肉的優(yōu)越性。IPMC、SMA、EAC特性比較樹脂類IPMC形狀記憶合金(SMA)電活性陶瓷(EAC)驅(qū)動位移大于10%小于8%0.1-0.3%應(yīng)力(MPa)10-30約為70030-40響應(yīng)速度微秒至秒秒至分鐘微秒至秒密度1-2.5g/cm35-6g/cm36-8 g/cm3驅(qū)動電壓(V)4-750-800電源消耗瓦特瓦特瓦特斷裂強(qiáng)度能恢復(fù)原狀、有彈性有彈性脆性智能控制：要實(shí)現(xiàn)機(jī)翼變形是一個復(fù)雜的過程，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)已無法有效完成這項(xiàng)任務(wù)，而智能控制理論的提出讓我們看到了希望。關(guān)于智能控制將在 后面重點(diǎn)介紹。2.2.2 儲氫材料電池作驅(qū)動能源驅(qū)動人工肌肉的電壓只需47V左右，所以采用電池作為能源就能滿足要求。利用儲氫材料的電化學(xué)吸附特性及電催化活性原理制作的氫化物電池，具 有較高的比能量、無記憶效應(yīng)、耐過充及過放性好等優(yōu)點(diǎn)，并且由于選用了儲氫材料作為氫氣的儲存方式，可以提供充足的能源，所以我們選擇氫化物電池作為變形 翼的驅(qū)動能源具有很多優(yōu)越性。2.3智能控制技術(shù)具有一定智能的飛行器，是一個完整的個體。作為人工生命，它像人一樣，也應(yīng)該具有感知能力，思維分析能力，執(zhí)行行為能力。這些能力大致可以由三 個系統(tǒng)來完成：感知系統(tǒng)、行為系統(tǒng)、運(yùn)動系統(tǒng)。雖然這三個系統(tǒng)具有不同的功能，但是相互之間卻緊密聯(lián)系，相互影響的。2.3.1 智能材料與結(jié)構(gòu)智能材料可以定義為它能以最恰當(dāng)?shù)姆绞巾憫?yīng)環(huán)境變化，并根據(jù)此變化顯示自己的功能。關(guān)于智能材料、智能材料和結(jié)構(gòu)、智能材料結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)、智能系 統(tǒng)、智能結(jié)構(gòu)等名詞的定義并不明確。在不少情況下，他們的意義是基本相同的。特別是“材料和結(jié)構(gòu)”有時應(yīng)理解為一個單一的名詞?？梢哉f它表明了“智能材 料”領(lǐng)域，“材料”和“結(jié)構(gòu)”很不容易分開；很難說在傳統(tǒng)材料的定義要求下能找到均勻的材料并具有智能。從材料的最初級智能來看，可以分為敏感、致動、處理三大功能。敏感器的功能用于感知(探測監(jiān)視)外界環(huán)境加在材料上的刺激，有時也用于監(jiān)測自身 內(nèi)部的行為。處理器的功能是把從探測到的信息進(jìn)行評估，并把它與材料系統(tǒng)預(yù)先存儲的相關(guān)數(shù)據(jù)資料比較；處理器的功能還包括紀(jì)錄存儲信息、評估用的計(jì)算法 等。制動器的功能是在由處理器加工過的敏感信息基礎(chǔ)上對外界刺激給出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)(也叫響應(yīng))。從材料的固有智能來看，可分為以下功能：自組裝、自修復(fù)、自診斷、自分解、學(xué)習(xí)等。智能材料有了這些能力就是有了比最初級智能水平高的智能了， 這些現(xiàn)象的背后是更為基礎(chǔ)的智能，包括感知、處理、致動能力。它們是多種功能協(xié)調(diào)動作的結(jié)果?！蚌H鵬”和“龍影”都采用了納米智能材料結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由納米材料、納米傳感元件、驅(qū)動元件、納米計(jì)算組成，具有多功能、智能化、結(jié)構(gòu)健康自診 斷、自監(jiān)控、自校正、環(huán)境自適應(yīng)和損傷自愈合功能的一類仿生結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。從解剖學(xué)的角度來看，納米智能材料結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個由骨骼、神經(jīng)、肌肉和大腦組成的系 統(tǒng)。許多納米材料具有強(qiáng)度高、韌性大、抗腐蝕、抗斷裂能力高以及特殊的光學(xué)性能等特點(diǎn)，給“鯤鵬”設(shè)想的實(shí)現(xiàn)提供了現(xiàn)實(shí)可行的理論基礎(chǔ)和條件。比 如，納米陶瓷具有高活性、高斷裂能力和耐沖擊的性能，可以有效提高飛機(jī)在穿越水空交界時受到的沖擊。納米銅能夠?qū)崿F(xiàn)200%的塑性變形，而良好的塑性性能 正是實(shí)現(xiàn)變形翼飛機(jī)的關(guān)鍵。另外，可以利用納米光管對博得吸收、折射率高的特點(diǎn)，以及耐高溫、導(dǎo)熱快的特點(diǎn)作為特殊的隱身材料。用納米技術(shù)研制的分子傳感器，靈敏度能比普通傳感器高出數(shù)百倍乃至數(shù)千倍，使“鯤鵬”能夠更早的嗅出敵我雙方的動向。嵌裝光導(dǎo)纖維傳感器或直接具有“感覺”、“記憶”特征的職能材料在飛機(jī)機(jī)體上，將加快作戰(zhàn)飛機(jī)向“智能平臺”邁進(jìn)的速度。以智能材料為基礎(chǔ)的職 能結(jié)構(gòu)將大大改變飛機(jī)的行狀，飛機(jī)的機(jī)體將成為一種有自我意識的結(jié)構(gòu)，能夠感覺到飛機(jī)的應(yīng)變和應(yīng)力，并在飛機(jī)中做出反應(yīng)，改變自身形狀的控制面，其機(jī)翼可 以像翅膀一樣自己彎曲，從而改變升力和阻力。它們的感覺與飛機(jī)的飛行控制系統(tǒng)結(jié)合在一起，就能夠使飛機(jī)在無需擔(dān)心結(jié)構(gòu)破壞的情況下，充分發(fā)揮飛機(jī)飛行性能 以致接近它的物理極限。飛機(jī)的結(jié)構(gòu)受到破壞可以發(fā)出早期預(yù)報。要實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)可以在結(jié)構(gòu)中埋入離子交換膜金屬復(fù)合材料(Ionic exchange polymer metal composites，以下簡稱IPMC)材料，或稱作“人工肌肉”來實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測可以采用埋入光導(dǎo)纖維傳感器，將無損檢驗(yàn)(NDI)，無損評價 (NDE)納入材料與結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計(jì)中，將為所有新型結(jié)構(gòu)的連續(xù)健康監(jiān)測創(chuàng)造條件。自修復(fù)可以采用內(nèi)置膠囊仿生自修復(fù)機(jī)理。2.3.2 智能控制理論智能控制不同于經(jīng)典控制理論。在線神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是智能控制中比較優(yōu)秀的方法，適合動態(tài)變化的系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非線性函數(shù)逼近能力，在控制中得 到很大的應(yīng)用，但是離線神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法很難適應(yīng)動態(tài)系統(tǒng)的未知變化。 對于參數(shù)及結(jié)構(gòu)不確定的系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值在線修正，可以使動態(tài)系統(tǒng)得良好的響應(yīng)特性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個大規(guī)模并聯(lián)的分布式處理系統(tǒng)，由大量具有知識存貯功 能的簡單神經(jīng)元構(gòu)成。它從以下兩個方面模仿大腦:通過學(xué)習(xí)從外界獲取知識;知識存貯在連接各神經(jīng)元的權(quán)重中；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分布式處理結(jié)構(gòu)。其學(xué)習(xí)和推廣能力 使它有可能解決當(dāng)前難以解決的復(fù)雜問題。歸納起來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有如下幾個特點(diǎn):l)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上與數(shù)字計(jì)算機(jī)截然不同，它是由很多小的處理單元相互連接而成的，每個單元的功能簡單，但大量簡單處理單元的集體的、并行的 活動可以快速地處理信息，得到實(shí)時應(yīng)用;2) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自適應(yīng)性、自學(xué)習(xí)和自組織性，求解問題非常靈活，并且有很強(qiáng)的容錯性，即使系統(tǒng)內(nèi)一些處理單元受損，通過自組織和自學(xué)習(xí)，仍能使系統(tǒng)處于最佳 狀態(tài);3) 由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所獲得的知識存貯于神經(jīng)元間的權(quán)重中，從單個權(quán)重是看不出存貯的知識內(nèi)容的，它是分布式存貯方式;4) 由大量非線性神經(jīng)元構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本身是非線性的，它能求解模式空間分界面非常復(fù)雜的、高度非線性的模式識別問題。因此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于信號與信息處理，特 別是自適應(yīng)信號處理有重要意義。人工免疫系統(tǒng)(AIS, Artificial Immune System)是模仿自然免疫功能的一種智能方法，它是在生物免疫系統(tǒng)的啟發(fā)下，通過模擬其對外界的自然防御機(jī)理，實(shí)現(xiàn)噪聲忍耐、無教師學(xué)習(xí)、自組織和記 憶等功能。其應(yīng)用涉及機(jī)器人控制、數(shù)據(jù)挖掘、計(jì)算機(jī)安全、故障診斷、優(yōu)化、電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測等許多領(lǐng)域。人工情感(Artificial Emotion)。人對環(huán)境的反應(yīng)通常是以下三方面因素綜合的結(jié)果，即理性思維、本能反應(yīng)和情感響應(yīng)。目前智能控制研究主要集中在如何模擬人的理性思維過 程，包括學(xué)習(xí)、推理和聯(lián)想記憶。反應(yīng)式響應(yīng)是一種較低級的生物反應(yīng)，例如，動物的經(jīng)典反射機(jī)制。人工情感為實(shí)現(xiàn)高性能的智能控制提供了一條新途徑。2.3.3 分子計(jì)算機(jī)雖然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在非線性控制等方面非常優(yōu)越，但是要能夠有效地實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能，我們需要功能更強(qiáng)大，運(yùn)算速度更快的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?，F(xiàn)行 的微電子加工工藝在10年以后將接近發(fā)展的極限，線寬的不斷縮小將式的固體電子器件不再遵從傳統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律。分子電子學(xué)有望解決這些問題。在奔騰電腦芯片 中1平方厘米的面積上可以集成 個電子元件，而分子電子學(xué)允許在同樣大小面積上集成 個單分子電子元件，集成度的提高將使運(yùn)算速度極大的提高，同時，成本也會大大縮減。分子導(dǎo)線、分子開關(guān)、分子電路以及分子芯片的不斷相繼突破將使分子計(jì)算 機(jī)的實(shí)現(xiàn)又向前邁了一大步。分子計(jì)算機(jī)是人們多年以來的夢想，它可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)所無法真正實(shí)現(xiàn)的模糊推理功能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算的功能，是智能計(jì)算機(jī)的突 破口之一。2.3.4 多智能體系統(tǒng)智能體(Agent)：在人工智能領(lǐng)域，智能體被定義為具有感知能力、問題求解能力和與外界通信能力的實(shí)體，是完全自治或半自治的?！蚌H鵬”和 “龍影”作為無人機(jī)，是一個獨(dú)立的單兵智能體系統(tǒng)，所以智能體具有的能力，“鯤鵬”和“龍影”都應(yīng)該滿足?！蚌H鵬”和“龍影”應(yīng)具有的能力：在環(huán)境中的行動能力；可以與其他的Agent直接進(jìn)行通信；由傾向驅(qū)動；能有限地感知環(huán)境；對環(huán)境 沒有或可有部分表達(dá)能力；能夠提供服務(wù)；可能有自我復(fù)制的能力；依據(jù)所有的資源、技能、理解、表達(dá)和通信等能力進(jìn)行為滿足其目標(biāo)的行為。 “鯤鵬”和“龍影”應(yīng)具有的知識、目標(biāo)和能力：具有必要的領(lǐng)域知識、通信知識和控制知識。具有必要的推理、決策等能力。從最終用戶角度看，它是 用戶體現(xiàn)其意圖的軟件助手，能獨(dú)立或幾乎不需要指導(dǎo)地代表用戶完成指定的任務(wù)?！蚌H鵬”和“龍影”應(yīng)具有自主性、學(xué)習(xí)性、社會性、反應(yīng)性、友好性等特性?！蚌H鵬”和“龍影”應(yīng)具有的特性：自主性：能自行控制其狀態(tài)和行為，能在沒有人或其他程序介入時操作和運(yùn)行；通信能力：能與其他Agent 進(jìn)行信息溝通和交流；感知和響應(yīng)能力：能對環(huán)境的變化作出及時的感知和響應(yīng)；推理和規(guī)劃能力：具有基于當(dāng)前知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和預(yù)測的能力；合作和 協(xié)調(diào)的能力：多職能體之間能夠消除沖突，以協(xié)調(diào)工作的方式完成一些單個智能體無法完成卻能共同受益的復(fù)雜任務(wù)；能動性：表現(xiàn)為在目標(biāo)驅(qū)動下自行選擇合適 的時機(jī)采取的行為；適應(yīng)和進(jìn)化能力：通過積累經(jīng)驗(yàn)并學(xué)習(xí)新的知識，不斷地修正自身行為以適應(yīng)環(huán)境的變化。應(yīng)具有的類似于人的因素：如知識(Knowledge)、信念(Belief)、意圖(Intention)、義務(wù)(Obligation)、 甚至情感(Emotion)多智能體系統(tǒng)(MAS, Multi-Agent System)。單個智能體的能力、知識和計(jì)算資源都很有限，而多個智能體組成的多智能體系統(tǒng)是解決大型、復(fù)雜、分布式及難預(yù)測問題的重要手段。多智能體 系統(tǒng)是在邏輯或物理位置上呈分布狀態(tài)的多個智能體組成的較為松散的聯(lián)合體，各智能體按預(yù)先規(guī)定的協(xié)議，根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)狀態(tài)及自身的目的、資源和知識，利用 通信網(wǎng)絡(luò)，相互之間通過協(xié)商確定各自的任務(wù)，并通過協(xié)調(diào)和協(xié)作來共同完成任務(wù)并達(dá)到整體目標(biāo)。在復(fù)雜的動態(tài)環(huán)境下，由于存在時間和資源的約束，多智能體系 統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題是如何進(jìn)行資源分配、任務(wù)調(diào)度、行為協(xié)調(diào)和沖突消除，使功能獨(dú)立的智能體通過協(xié)商、協(xié)調(diào)和協(xié)作來完成復(fù)雜的控制任務(wù)或解決復(fù)雜的問 題。在基于多智能體的兵力生成建模系統(tǒng)中，根據(jù)角色的不同，可分為半自主兵力模型、智能兵力模型和指揮兵力模型等三個智能體，其作用分別是：半自主兵力 模型，是描述戰(zhàn)場的底層實(shí)體，具有智能性較低的反應(yīng)行為，不具備高級的面向目標(biāo)的智能行為。智能兵力模型，同時具有反應(yīng)式行為和高級智能行為，能夠獨(dú)立 地完成目標(biāo)的智能行為。指揮兵力模型，主要描述戰(zhàn)場指揮實(shí)體的指揮控制活動。在多兵力(同種和不同種之間)系統(tǒng)中，單兵系統(tǒng)作為一個職能體，當(dāng)多兵同時從事同一項(xiàng)或多項(xiàng)任務(wù)時，利用多智能體技術(shù)建立智能體的協(xié)調(diào)系統(tǒng)，避 免沖突的出現(xiàn)，共同完成復(fù)雜并行的作業(yè)任務(wù)?！蚌H鵬”和“龍影”基于多智能體系統(tǒng)的主要能力：智能性：智能體用于表現(xiàn)其智能的方法，包括其自身的軟件和知識表示，描述詞匯數(shù)據(jù)、條件、目 標(biāo)和任務(wù)；連續(xù)性：智能體是一個連續(xù)運(yùn)行的系統(tǒng)，它能夠檢測環(huán)境的變化、修正其行為并更新其知識庫。智能體的工作可以由某個事件或條件或環(huán)境限制的發(fā)生 而引發(fā)。連續(xù)性就是對智能體是如何被接觸發(fā)生及運(yùn)作的同步性的描述；通信能力：智能體能夠與其他智能體進(jìn)行信息交流以達(dá)到其目標(biāo)，并且能夠通過適當(dāng)?shù)慕?口與用戶進(jìn)行直接的交流。這就是需要訪問各種大范圍的資源和服務(wù)。智能體的通信屬性是對各種資源、協(xié)議和服務(wù)的描述。協(xié)作性：智能體自動地將其自身按照 用戶的要求進(jìn)行定制，也能自動地適應(yīng)各種環(huán)境變化。2.4隱身性能的主要措施2.4.1 優(yōu)化外形設(shè)計(jì)采用翼身融合的保形設(shè)計(jì)，無外掛設(shè)計(jì)，彈倉內(nèi)置，使機(jī)身形成平滑過渡的流線形體，以減少雷達(dá)信號。 在機(jī)翼平面設(shè)計(jì)上，為了降低RCS，飛行器翼面設(shè)計(jì)采用前緣后掠；合理調(diào)整其后掠角、展弦比、根梢比等參數(shù)，以減少散射源；采用飛翼布局，將機(jī)翼翼尖修 圓，使機(jī)翼前緣經(jīng)圓角逐漸過渡到機(jī)翼后緣，使邊緣繞射的主散射源變?yōu)榕佬胁ù紊⑸湓?。對于發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道、尾噴管、排氣口等，都可看作凹狀結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的雷達(dá)信號特征，因此，這類結(jié)構(gòu)隱身一般采用遮蔽法，其要點(diǎn)是利用機(jī)體的某一 部分遮避發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道或尾噴口，以減小雷達(dá)探測的視角范圍?！蚌H鵬”屬于低空突防飛機(jī)，將發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道安裝在機(jī)腹內(nèi)，尾噴管用魚嘴式設(shè)計(jì)可以有效地遮 擋空中預(yù)警機(jī)和雷達(dá)對發(fā)動機(jī)的視線。機(jī)腹進(jìn)氣是在第三代戰(zhàn)斗機(jī)上采用較多的一種進(jìn)氣形式。由于受機(jī)體的屏蔽作用，在大迎角時進(jìn)口的局部迎角遠(yuǎn)低于自由流的 迎角，提高了大迎角時進(jìn)口氣流的質(zhì)量，對提高大迎角機(jī)動性有明顯的作用。采用大寬高比二元矢量噴管。二元噴管減小了紅外源的尖峰輻射, 改善了紅外能量的光譜分布, 明顯抑制了噴管及尾噴流的紅外輻射。渦扇發(fā)動機(jī)在采用大寬高比二元噴管以后能夠有效地降低熱噴流的紅外輻射強(qiáng)度,并且紅外輻射隨著寬高比的增加而降低,但 是在寬高比大于8以后紅外輻射度不再隨著寬高比的增加而明顯降低。大寬高比矩形噴管射流尾焰呈羽狀分布，增強(qiáng)了與外界大氣的摻混，并且隨著寬高比增大而增 強(qiáng)，使高溫區(qū)進(jìn)一步縮短，紅外抑制特性增強(qiáng)。2.4.2 特殊的飛行方式在水中的時候采用游動的方式，能夠有效地避開雷達(dá)和聲納的探測。在掠海飛行的時候，進(jìn)氣道位于下方，上方的雷達(dá)反射面極小，致使空中預(yù)警機(jī)也不 能發(fā)現(xiàn)。在高空飛行的時候，進(jìn)氣道滾轉(zhuǎn)到上方，以小的雷達(dá)反射面面對敵方雷達(dá)的探測?！蚌H鵬”擁有上天入水的本領(lǐng)，縱使被敵方發(fā)現(xiàn)攻擊也能迅速的藏入水中 躲避。2.4.3 隱身材料雷達(dá)隱身材料的應(yīng)用對隱身技術(shù)來說也是很重要的，如果通過合理的外形設(shè)計(jì)將飛行器的RCS值減少75%以上，那么再使用隱身材料，就可進(jìn)一步將 該值提高到90%以上。雷達(dá)隱身材料主要分為雷達(dá)透波材料和雷達(dá)吸波材料(RAM)以及導(dǎo)電材料。還有許多紅外隱身材料能減少發(fā)動機(jī)等處的紅外輻射度，增 強(qiáng)紅外隱身能力。由于隱身材料技術(shù)已比較成熟，所以不再累述。等離子體隱身技術(shù)。等離子隱身技術(shù)是目前談?wù)撟疃嗟囊环N隱身技術(shù)，很多蘇俄武器迷對它寄予厚望，希望這種技術(shù)與蘇式超級機(jī)動戰(zhàn)斗機(jī)結(jié)合，可以打 造出能夠與美式新戰(zhàn)機(jī)一較高低的未來超級戰(zhàn)斗機(jī)。 這種隱身技術(shù)依賴的等離子體是指當(dāng)任何不帶電的普通氣體在受到外界高能作用后，部分原子中電子成為自山電子，同時原子因失去電子而成為帶正電的 離子。這樣，原中性氣體變成由大量自由電子、正電離子和部分中性原子組成的新氣體，該氣體被稱為物質(zhì)的第四態(tài)或等離子態(tài)。等離子體能夠吸收雷達(dá)電磁波。當(dāng) 外界雷達(dá)波的頻率高于目標(biāo)等離子的本底頻率時，高頻雷達(dá)的波信號進(jìn)入等離子體，通過波與帶電粒子的相互作用，把波的能量轉(zhuǎn)移到等離子體的帶電離子上，從而 減少反射回雷達(dá)站的電磁波信號。 當(dāng)外界雷達(dá)波的頻率低于目標(biāo)等離子的本底頻率時，電磁波具有繞過等離子體的傾向。這是因?yàn)榈入x子體對電磁波來說相當(dāng)于一個凹面鏡，電磁波進(jìn)入等 離子體后會偏折方向，自然繞過等離子體，從而繞過被等離子體包裹的物體。 2.4.4 智能隱身控制隱身武器智能化：智能化的“鯤鵬”將具有自適應(yīng)隱身能力。它能夠根據(jù)目標(biāo)威脅的位置、傳感器探測方式自動調(diào)整自身容易暴露的部位，使自身具有最 佳隱身性能的部位朝著威脅方向。這樣可減小對機(jī)載有源電子戰(zhàn)裝備的依賴有效避開敵方的電子探測。目前已經(jīng)開展的智能隱身應(yīng)用方向有：用于飛行器的與天線 融合的智能蒙皮，用于潛艇的吸聲智能蒙皮，可根據(jù)環(huán)境變化自動保持一致的光隱身蒙皮等。2.5 小涵道比加力渦扇發(fā)動機(jī)2.5.1 氫燃料和儲氫材料考慮到“鯤鵬”經(jīng)常在水中活動，所以選擇了比沖高，推力范圍大、能反復(fù)起動、能控制推力大小、點(diǎn)火性能優(yōu)越、工作時間較長的氫燃料小涵道比加力 渦扇發(fā)動機(jī)。儲氫材料的選用，使得飛機(jī)受到?jīng)_擊時能夠具有很高的安全性。大海有取之不盡的氫氣資源，所以和核潛艇配合使用不存在能源的問題。現(xiàn)在研究以發(fā)現(xiàn)很多性能優(yōu)越的儲氫材料，如炭納米管。該材料儲氫密度大，而且能可逆、快速地吸放氫，有適當(dāng)?shù)钠胶夥纸鈮海艢錅囟鹊停h(huán)壽命 長。用這種方式存儲，運(yùn)輸更方便、更安全，可有效降低事故的損害程度。下圖為炭納米管儲氫示意圖：2.5.2 發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)是由噴管排出燃?xì)夂惋L(fēng)扇排出空氣共同產(chǎn)生反作用推力的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)由風(fēng)扇、壓氣機(jī)、燃燒室、驅(qū)動壓氣機(jī)的高壓 渦輪、驅(qū)動風(fēng)扇的低壓渦輪和排氣系統(tǒng)組成。其中壓氣機(jī)、燃燒室和高壓渦輪三部分統(tǒng)稱為核心機(jī),由核心機(jī)排出的燃?xì)庵械目捎媚芰?一部分傳給低壓渦輪用以驅(qū) 動風(fēng)扇，余下的部分在噴管中用于加速排出的燃?xì)?。風(fēng)扇轉(zhuǎn)子實(shí)際上是 1級或幾級葉片較長的壓氣機(jī)，空氣流過風(fēng)扇后，一部分流入核心機(jī)稱為內(nèi)涵氣流由噴管高速排出產(chǎn)生推力，另一部分圍繞核心機(jī)的外圍流過，稱為外涵氣流，也產(chǎn) 生推力。這種有內(nèi)外二個涵道的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)又稱為內(nèi)外涵發(fā)動機(jī)。流經(jīng)外涵和內(nèi)涵的空氣流量之比稱為涵道比或流量比。涵道比對渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)性能影響較 大,涵道比大,油耗率低，但發(fā)動機(jī)的迎風(fēng)面積大；涵道比較小時，迎風(fēng)面積小，但燃料消耗率大。渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)可安裝加力燃燒室，成為加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)。加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)在飛機(jī)巡航中是不開加力的，這時它相當(dāng)于一臺不加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，但為了追求高的推重比和減小阻力，這種發(fā)動機(jī)的涵道 比一般在 1.0以下。在高速飛行時，發(fā)動機(jī)的加力打開，外涵道的空氣和渦輪后的燃?xì)庖煌M(jìn)入加力燃燒室噴燃料后再次燃燒，使推力可大幅度增加，甚至超過了加力式渦 輪噴氣發(fā)動機(jī)，而且隨著速度的增加，這種發(fā)動機(jī)的加力比還會上升，并且燃料消耗率有所下降。加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)由于具有這種低速時較燃料消耗低，開加力 時推重比大的特點(diǎn)，目前已在新一代殲擊機(jī)上得到廣泛應(yīng)用?！蚌H鵬”使用小涵道比、帶加力燃燒室的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，在亞音速飛行時不使用加力燃燒室，耗油率和排氣溫度都比渦輪噴氣發(fā)動機(jī)低，因而紅外輻射 強(qiáng)度較弱,不易被紅外制導(dǎo)的導(dǎo)彈擊中。使用加力作2倍以上音速的飛行時，產(chǎn)生的推力可超過加力渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。因?yàn)闇u扇發(fā)動機(jī)效率高，燃料消耗低，所以飛 機(jī)的航程遠(yuǎn)。2.6設(shè)計(jì)任務(wù)“鯤鵬”的用途：反艦、防空作戰(zhàn)?！蚌H鵬”可以水空兩面對敵軍的艦艇、航母以及反潛機(jī)將進(jìn)行快速機(jī)動的攻擊。裝配了“鯤鵬”的潛艇，相當(dāng)于增添了強(qiáng)有力拳頭， 遠(yuǎn)可攻，近可防。反潛、掃雷?！蚌H鵬”可憑借其載荷能力強(qiáng)的特點(diǎn)，攜載大量的聲納浮標(biāo)、探測儀器和反潛武器，成為一個有效的反潛平臺。通過戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈交互能力 和數(shù)據(jù)分發(fā)與組網(wǎng)能力的提高，“鯤鵬”群的威力將被進(jìn)一步放大。美國的無人潛航器(UUV)也只能望而生畏了。水雷對于幾乎全程掠海飛行的水面效應(yīng)飛行器 完全奈何不得，相反，裝上掃雷具的“鯤鵬”將成為水雷的頭號“克星”。攻擊地面目標(biāo)，爭奪制空權(quán)?！蚌H鵬”由潛艇搭載，且高度隱身，機(jī)動性能好，可長時間巡游和潛伏在淺海地區(qū)，所以可以對地面軍事目標(biāo)進(jìn)行迅速的 “外科手術(shù)”。偵察。由于“鯤鵬”在水里采用儲氫電池，所以可以長時間巡游，而且因?yàn)橛蝿臃绞皆肼曅。t外輻射小，所以具有很高的隱身性能，所以完全可以勝 任海中偵察的任務(wù)。特別是在環(huán)境復(fù)雜的淺海地區(qū)，長時間、自主地進(jìn)行隱秘工作，可有效收集水底和水面情報，作為誘餌協(xié)助母艦獵殺敵方潛艇，或者對敵方潛艇 進(jìn)行長時間跟蹤。“鯤鵬”并且擁有智能化的攻擊能力，可搭載各種類型的魚雷、導(dǎo)彈進(jìn)行自主攻擊。與美國的“鸕鶿”無人相比，“鯤鵬”的優(yōu)勢更加突出?！胞R 鶿”的潛水方式和回收方式都很容易暴露潛艇的方位，有可能給潛艇帶來致命的威脅。而“鯤鵬”采用潛艇深水投放，可游弋到一定距離后浮出水面點(diǎn)火升空。網(wǎng)絡(luò)中心站。無人機(jī)的任務(wù)將很快擴(kuò)展到電子干擾、通信截聽、隱含電磁頻譜的圖像生產(chǎn)、弱信號測量等領(lǐng)域，并將具備對地面輻射源精確定位、侵入 并接管地方網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、將算法包植入敵網(wǎng)絡(luò)、利用新型有源相控陣?yán)走_(dá)(其中一些與機(jī)體表面一體化)對敵方導(dǎo)彈和機(jī)載雷達(dá)進(jìn)行干擾或攻擊等能力。2.7三視圖及技術(shù)參數(shù)1)機(jī)身尺寸：翼展 17.50米機(jī)長 23.00米機(jī)高 3.50米2)重量：空重10,000公斤最大起飛重量 40,000公斤3)動力：發(fā)動機(jī) 小涵道比加力渦扇發(fā)動機(jī)推力 30,000公斤力4)飛行性能：最高速度 3馬赫超音速巡航 2馬赫飛行航程 15,000公里實(shí)用升限 20,000米5)潛航性能：水下巡航速度 20節(jié)下潛深度 200米噪音分貝 40分貝6)武器系統(tǒng)：智能雷達(dá)智能聲納空空導(dǎo)彈炸彈 魚雷第三章 “龍影”設(shè)計(jì)3.1 乘波體氣動設(shè)計(jì)3.1.1 乘波體的概念和特點(diǎn)乘波體，是指一種外形特殊的，其所有的前緣都具有附體激波的超音速或高超音速飛行器.與傳統(tǒng)的超聲速或高超聲速飛行器相比，有幾個明顯的特點(diǎn)：(1)“乘波”。激波完全附著于飛行器的前緣，這是乘波體和傳統(tǒng)的超聲速或高超聲速飛行器的最主要的區(qū)別。傳統(tǒng)的超聲速或高超聲速飛行器在高速 飛行時會產(chǎn)生激波，但多是脫體激波。而乘波體是一種經(jīng)過特別設(shè)計(jì)的飛行器，它可以使激波附著于整個前緣。(2)高升阻比。由于激波附著于乘波體的前緣，所以可以防止下表面的高壓氣流“漏到”上表面，這樣就可以提高上、下表面間的壓強(qiáng)差，從而使得飛 行器的升力增加。而傳統(tǒng)的飛行器由于激波不能完全附著于前緣，上下表面間的氣流相連通，下表面的高壓氣流“泄漏”到上表面，從而導(dǎo)致飛行器的升力減小，升 阻比也減小。在這種情況下，飛行器為了增加升力，不得不加大飛行迎角，從而導(dǎo)致飛行器的其它性能受到限制。雖然乘波構(gòu)型的升阻比L/D隨攻角的變化與普 通構(gòu)型非常接近，但在相同的攻角下，乘波構(gòu)型的升力卻比普通構(gòu)型的升力要大得多。因此，在相同的升力下，乘波構(gòu)型的升阻比要高得多。(3)進(jìn)氣道工作性能好。傳統(tǒng)的飛行器多采用機(jī)身兩側(cè)、機(jī)頭或機(jī)腹進(jìn)氣。當(dāng)采用機(jī)身兩側(cè)進(jìn)氣時，由于受機(jī)頭到機(jī)身這段距離的機(jī)體的影響，進(jìn)氣道 無法獲得比較均勻的氣流。而采用機(jī)頭進(jìn)氣時，雖然進(jìn)氣道的流場比較均勻，但是隨之而產(chǎn)生的是雷達(dá)、天線安裝問題。而乘波體的進(jìn)氣道則可以在獲得均勻的流場 的同時，不影響其它的性能。這主要是因?yàn)槌瞬w的下表面對氣流有壓縮作用，所以可以通過控制乘波體下表面的形狀來控制在下表面產(chǎn)生幾道激波，從而使得流過 的氣流恰好交在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道的唇口上。這樣可使進(jìn)氣道的工作性能提高，同時使發(fā)動機(jī)達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。由于乘波體的飛行馬赫數(shù)極高，使得發(fā)動機(jī)在點(diǎn)火時出現(xiàn)很大的困難，這就是乘波體設(shè)計(jì)中特別關(guān)注發(fā)動機(jī)和燃料的選擇的原因。在目前的乘波體設(shè)計(jì) 中，主要采用超燃沖壓發(fā)動機(jī)。 3.1.2 一體化設(shè)計(jì)“一體化”顧名思義，就是將乘波體的外形和發(fā)動機(jī)有效地結(jié)合為一體，從而使得兩者的性能都得到最大的發(fā)揮。前機(jī)身/進(jìn)氣道/發(fā)動機(jī)一體化設(shè)計(jì)是提高飛行器升阻比的重要方法。自國際上第一次提出高超聲速飛行器的概念起，人們就不斷探索機(jī)身/發(fā)動機(jī)一體 化設(shè)計(jì)技術(shù)，對于氣動力一體化概念來說，重要的是前機(jī)身與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道和機(jī)身后體與發(fā)動機(jī)噴管的一體化設(shè)計(jì)，一體化結(jié)構(gòu)和氣動布局的恰當(dāng)選擇可以使飛行器 的升阻比和發(fā)動機(jī)推力明顯提高，提高進(jìn)氣道總壓恢復(fù)系數(shù)，保證發(fā)動機(jī)所需流量，從而提高發(fā)動機(jī)的推力并保證其工作的穩(wěn)定性。機(jī)身后體與發(fā)動機(jī)尾噴管的一體 化可產(chǎn)生后體升力，從結(jié)構(gòu)上減小重量，提高飛行器的有效載荷能力。高超聲速/沖壓發(fā)動機(jī)一體化設(shè)計(jì)模型機(jī)體與發(fā)動機(jī)高度集成具有很多優(yōu)點(diǎn)：(1)可利用前體對來流進(jìn)行預(yù)壓縮，提高了進(jìn)氣道的來流壓縮能力；(2)減少了發(fā)動機(jī)的迎風(fēng)面積、飛行器阻力和重量；(3)飛行器的濕面積減少，大幅度降低飛行器的冷卻流量需求；(4)超燃沖壓發(fā)動機(jī)便于做成模塊式，飛行器可按推力需要選裝適當(dāng)數(shù)目的模塊發(fā)動機(jī)，增強(qiáng)了同一型號發(fā)動機(jī)的適應(yīng)性。發(fā)動機(jī)尺寸縮小，對試驗(yàn)設(shè) 備的要求隨之降低?！褒堄啊钡倪M(jìn)氣道外罩唇口置于前體轉(zhuǎn)折點(diǎn)之前，以增大前體壓縮氣流的捕獲量。 巡航馬赫數(shù)Ma“龍影”的頭部半徑比較小，以減小阻力;頭部半徑對進(jìn)入發(fā)動機(jī)的氣流也有影響，小的頭部半徑可以減小高溫燴層和總壓損失。但是太小的頭部，氣動 加熱溫度高，對防護(hù)材料的要求更高，所以要擇中考慮。3.2火箭/沖壓組合發(fā)動機(jī)3.2.1 發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能超聲速燃燒沖壓發(fā)動機(jī)是一種新型的吸氣式動力裝置，因其良好的性能和巨大的潛在優(yōu)勢，在未來的航空、航天領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。超燃沖壓發(fā) 動機(jī)由進(jìn)氣道、隔離段、燃燒室和尾噴管組成。與渦噴發(fā)動機(jī)相比，超燃沖壓發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，主要由進(jìn)氣道，隔離段、燃燒室和尾噴管組成。上世紀(jì)六十年代末， 超音速燃燒沖壓發(fā)動機(jī)與飛行器機(jī)體一體化的設(shè)計(jì)思想被提出，其特點(diǎn)是將飛行器機(jī)體的下表面作為發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道與尾噴管的一部分，使飛行器的前體作為進(jìn)氣道 的預(yù)壓縮面，后體作為發(fā)動機(jī)噴管膨脹面的組成部分，從而可以減小發(fā)動機(jī)的迎風(fēng)面積，降低外阻力和重量。一體化超燃沖壓發(fā)動機(jī)的尾噴管與機(jī)身后體統(tǒng)稱之為尾 噴管，又稱后體噴管。超燃沖壓發(fā)動機(jī)尾噴管分為內(nèi)部噴管和外部噴管，外部噴管即機(jī)身后體。后體噴管沒有喉道，而類似于斜切口，如圖所示。在高超聲速飛行時，后體噴管是推進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)生推力的主要部件，其作用是將燃燒室出口高溫高壓的燃?xì)馀蛎浖铀?，使噴管排出的氣流動量大于進(jìn)氣道捕獲 氣流的動量，從而使發(fā)動機(jī)產(chǎn)生凈推力?！褒堄啊笔褂玫幕鸺?沖壓組合發(fā)動機(jī)是結(jié)合了火箭發(fā)動機(jī)和超然沖壓發(fā)動機(jī)各自優(yōu)點(diǎn)于一體的高超聲速發(fā)動機(jī)。該發(fā)動機(jī)雖是兩種不同發(fā)動機(jī)的組合， 但是使用同一種燃料氫氣?！褒堄啊弊詭б粋€小液氧罐，使其能夠在沒有空氣的情況下點(diǎn)火，同時也是為了能夠加速到超然沖壓發(fā)動機(jī)工作的最小馬赫數(shù)，從而 實(shí)現(xiàn)水空兩用和大速度閾內(nèi)飛行。3.2.2 燃料的選擇供選擇的燃料主要有兩種：液氫和烴。烴具有容易存儲和控制比較方便的優(yōu)點(diǎn)，而氫的密度比較小，大約是烴的1/11，所以氫在存儲時，所需要的存 儲容器的體積比烴大得多，這樣會導(dǎo)致整個飛行器的體積和重量增加，但這個問題有望通過儲氫材料解決。氫在點(diǎn)火時的性能要優(yōu)于烴燃料，烴燃料的點(diǎn)火時間會比 氫的點(diǎn)火時間大約滯后一個數(shù)量級。推進(jìn)系統(tǒng)采用氫燃料的火箭/沖壓組合發(fā)動機(jī)。在M8以上碳?xì)淙剂系臎_壓發(fā)動機(jī)受來流總溫和超音速燃燒等條件的制約已經(jīng)不能正常工作，只有采用氫 燃料的發(fā)動機(jī)來實(shí)現(xiàn)，同時氫燃料發(fā)動機(jī)比沖高、而且還可以用于主動的熱防護(hù)系統(tǒng)?；鸺M合的超燃沖壓發(fā)動機(jī)啟動馬赫數(shù)約為3左右，這樣助推火箭發(fā)動機(jī)僅需 將飛行器加速到馬赫數(shù)3，設(shè)計(jì)相對簡單，降低了整個武器系統(tǒng)的使用費(fèi)用。氫氣不僅質(zhì)量輕、反應(yīng)活性強(qiáng)、比沖量大，而且發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成的事水或水蒸汽，因此它是未來儲能的綠色能源。用氫氣作為能源燃料可以減輕工作 裝置的質(zhì)量。如果飛機(jī)以氫氣為燃料，單位質(zhì)量的氫氣和單位質(zhì)量的噴氣燃料相比，前者的能量是后者的3.5倍，這大大減輕飛機(jī)的燃料承載量。以氫氣為燃料的 “龍影”具有很多優(yōu)越性：質(zhì)量輕、機(jī)翼較短、發(fā)動機(jī)臺數(shù)少、能量/質(zhì)量比高、噪聲小等。碳纖維作為氫的儲藏材料，儲氫量可高達(dá)10%(質(zhì)量)；超海綿狀納 米碳纖維的儲氫量可以達(dá)到40%(質(zhì)量)，在室溫下工作，可釋放其中80%的氫氣。綜合比較，氫氣具有更多的優(yōu)點(diǎn)，更符合“龍影”的設(shè)計(jì)要求。3.3變形翼和智能控制“龍影”采用的變形翼和智能控制的原理和技術(shù)與“鯤鵬”的相同，這里就不再重復(fù)。指出一點(diǎn)：“龍影”屬于高超聲速飛行器，不能像“鯤鵬”那樣做 大幅度的機(jī)翼變形，因?yàn)闀艿胶艽蟮淖枇透蓴_。所以“鯤鵬”和“龍影”在變形翼材料上有所不同。3.4熱防護(hù)技術(shù)高超聲速飛行器的飛行動壓高，氣動加熱對飛行器壁面形成很強(qiáng)的熱載荷，尤其是頭部駐點(diǎn)、機(jī)翼前緣、超燃沖壓發(fā)動機(jī)側(cè)板等位置。超燃沖壓發(fā)動機(jī)內(nèi) 部是高超聲速氣流減速后繼續(xù)燃燒的高速、高溫氣流，壁面附近燃?xì)饪倻乜蛇_(dá)2500K3000K，對流傳熱嚴(yán)重。高超聲速飛行器發(fā)動機(jī)一體化構(gòu)型的工作環(huán) 境熱載荷大，超過了非燒蝕輻射型熱防護(hù)材料的承熱能力，在被動熱防護(hù)的基礎(chǔ)上還必須采用主動冷卻方式。3.4.1 被動防熱方案采用隔熱結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)兼有熱沉結(jié)構(gòu)和熱結(jié)構(gòu)二者的特征，一般可認(rèn)為是表面隔熱結(jié)構(gòu)。其表面受熱，并輻射掉大部分入射熱量，而隔熱層則阻止剩余 入射熱量中的大部分向內(nèi)傳遞，最后僅有一小部分熱量傳至次層結(jié)構(gòu)，并以熱沉方式存儲在此結(jié)構(gòu)中。該結(jié)構(gòu)也可保持氣動外形不變。隔熱結(jié)構(gòu)的主要選材是氧化 硅、氧化鋁等輕質(zhì)、隔熱的陶瓷材料