想象无侦-7 Mk2

晨枫

无侦-7还是中国空军的新兵，但已经在台海、南海、西藏多有现身。据说在南海的时候，美国海军F-18E战斗机出动驱赶，但达不到无侦-7的巡航高度，只好翻肚皮、秀导弹，也算示威一把。无侦-7废话少说，只是埋头咔咔猛拍照。还真是埋头，因为F-18E和美国航母都在下方。
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据报道，近来无侦-7飞到日本海去了。
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日本空自F-15在日本海拍到的无侦-7
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其实在2023年，无侦-7已经飞到宫古水道。日本空自F-15的升限比美国F-18更高，但还是不够，最后只拍下一张仰视图，连平视无侦-7都做不到。在日本海出现的无侦-7的飞行路线是个迷。由于没有飞越对马海峡的报道，推断有可能是穿越俄罗斯领空飞入日本海的。如果属实，这意味着中俄军事合作进入了全新的层次，但这是另外一个话题了。
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: [* u7 p: B: I7 S在2006年珠海航展上，无侦-7以模型形式出现，命名为“翔龙”，还是单垂尾设计。在2021年珠海航展上，实体飞机正式展示，定名无侦-7，改为V形双垂尾，发动机也由涡喷13改为涡扇13，可能是非加力型。
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据报道，无侦-7的长度14.33米，翼展24.86米，采用涡喷13的原型的巡航速度为750公里/小时，实用升限18000米，航程7000公里，留空时间10小时。改用涡扇13后，航程和留空时间可能显著提高。
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4 C/ B+ t2 P# p+ }  Y无侦-7采用独特的搭接翼，但还是因为外观有几分相似，被戏称为“全村鹰”


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3 R6 B! G. @" d; E) Z“全球鹰”当然是美国的RQ-4
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无侦-7被戏称为“全村鹰”，这可看作低配的美国RQ-4“全球鹰”。这是世界上唯二的高空长航时（HALE）无人机。相比之下，“全球鹰”长度14.5米，翼展39.9米，巡航速度570公里/小时，航程22800公里，留空时间34小时以上，实用升限18000米。
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. S- X9 p2 I* f' Z( k无侦-7无疑是够用的，18000米的升限很有用。F-18翻肚皮，赌气比有用性更多。导弹可以上射，但还是有限制。在特别高的高空，导弹为中低空优化的气动控制显得不足。还记得气球事件吗？那时失控飘飞进入美国的中国气象气球在18000-19500米高度，美国F-22要拦截，可是费了不少功夫。
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& U; z$ G! v! a/ T1 i4 H2 K6 c这当然是因为气球很难用雷达制导的空空导弹打有关，红外制导的空空导弹也必须靠近了才能锁定。无人机的雷达和红外特征比气球大得多，但采用足够的隐身手段的话，依然不容易打，何况无人机还可以配置自卫干扰和反制手段，并在航迹规划上主动躲开高威胁区域，增加生存力。
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超高空有大用。
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作为侦察机，站得高，看得远。在18000米高空，地平线在480公里以远，监控面积达到73万平方公里；降低一半到9000米，地平线就只有340公里了，监控面积降低到36.6万平方公里。

, r! J9 w) h. E; K对于日本海来说，无侦-7只需要在日本海中线，就可以监控整个日本列岛。在南海，从西沙周围的巡逻位置，就可以监控从越南沿海到菲律宾沿海的整个南海北部。在中印边界中国一侧浅近后方，则可以监控新德里以北的全部印度北方。

在大国对抗的场景里，高空长航时无人机的作用还超过侦察。由于巡航高度高、覆盖面积大，在通信卫星、导航卫星容量不够的时候，可以填补缺口。在卫星被打掉或者因为故障、损坏而暂时失能的时候，临时补缺更是意义重大。2022年河南水灾的时候，一架翼龙-2H无人机在空中担任5-6小时的手机通信临时基站，就是类似功能在战争时期的预演。
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( g2 L7 C' }9 s4 e但无侦-7要好用，还需要大大增加留空时间。

RQ-4的留空时间长的多，是因为采用超大翼展的细长机翼。机翼是产生升力的主要手段。翼面积越大，产生的升力越大，但这是有条件的。
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机翼产生升力依赖气流的连续性。气流流过粗短（小展弦比）机翼时，气流流经上表面的路径较长，首先摩擦阻力大大增加，其次容易发生气流分离和各种复杂涡流，产生升力的效率大大降低。气流流过细长（大展弦比）机翼时，很快在后缘汇合，连续性得到很好的保留，上下翼面的速度差形成升力，摩擦阻力更是大大降低，产生升力的效率达到最高。

大翼展，细长机翼，这才是高升力的密码。滑翔机就是采用细长机翼的典型，可以在无动力的情况下滑翔很远的距离。
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事实上，高升阻比还需要小后掠甚至平直翼，因为后掠角导致迎面气流沿着后掠的机翼前缘有所“溜肩”，降低产生升力的效率。后掠翼本来就是接近音速时推迟局部气流速度超过音速、导致激波阻力而采用的。对于以长航时为主的无人机，降低速度并不是多大的问题。因为后掠角而降低升阻比才是问题。
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在极端情况下，采用超大翼展的平直翼无限接近于平直翼的飞翼，气动效率达到最高。但相对纵长也降低到极限，容易发生俯仰控制力矩不足的问题。洛克希德RQ-3“暗星”就是失败的先例。
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. s4 u9 U' J& {& D$ B洛克希德RQ-3“暗星”具有夸张的大翼展和高展弦比，具有出色的留空时间，但因为俯仰控制力矩太短而不能解决稳定性问题，最终下马

: c8 Z8 |# Q2 p6 A& s但是即使用足够长度的机身和有效的尾翼解决俯仰力矩问题，大展弦比机翼也有制造难度增加的问题，更有机翼刚度较低而带来气动控制反转的问题。刚度较低的机翼不仅在气流作用下会上下挥舞，还可能在副翼偏转时沿展向轴线发生扭转。
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机翼刚度不足时，副翼压低可能导致机翼“埋头”，降低迎角，反之亦然
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副翼在机翼外段后缘。在正常情况下，左右副翼一上一下偏转时，向下的一侧产生向上的压力，向上的一侧产生向下的压力，形成横滚力矩。但刚度不足的机翼会因为副翼形成的压力而发生弹性扭转：向下的副翼偏转造成机翼“向前拱起”，降低机翼迎角，实际上降低升力；向上的副翼偏转造成机翼“向后蹲下”，增加机翼迎角，实际上增加升力。也就是说，发生气动控制反转，横滚力矩反向，非常容易造成失事。
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4 d. H0 l3 c% h3 g9 a. |4 P& H襟翼在机翼内段后缘，机翼结构离翼根较近，气动弹性扭转的问题较小，但还是可能发生。

增加机翼刚度可以解决这个问题，但要大大增加重量。在飞控律中限制副翼动作是另一个办法，在气动扭转快要导致反转的时候“适可而止”，但要大大限制机动性。
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但无侦-7那样的搭接翼（也称菱形翼）就极大缓解了机翼刚度问题。半翼展处的搭接使得内翼段几乎不可能发生气动弹性扭转，无侦-7的襟翼就在内翼段；外翼段靠近搭接点的部位也较少受到气动弹性扭转的影响，但依然远离机身中轴线，横滚力矩够大。

这意味着无侦-7的飞控难度较小，或者说，不需要对机动性做不必要的限制。

! c* @& @! k) ^. b& R3 Q作为高空、长航时无人机，机动性本来就不是太大的问题，所以这个优点不能说有多突出。

5 x9 `2 U0 U& w2 _9 A, F/ a然而，搭接翼决定了后掠角较大，巡航速度太低反而不经济。但就HALE无人机而言，巡航速度较高相对于长航时来说，并不是多大的优点。如果能选择的话，长航时更重要。
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继续增加翼展也有问题，翼尖位置会非常靠后，升力中心位置要相对后移，全机的重心平衡有点困难。
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更大的问题是：速度大范围变化时，升力中心的前后移动太大，带来配平困难。早期人们对后掠翼缺乏理解时，有过在降落减速时，外翼段首先失速，升力中心大幅度前移，造成机头不可控上扬。F-100“超级佩刀”上这个问题最严重，人称“佩刀舞”，是很多失事的元凶。

+ t/ x' y. b# @- f6 |! v/ Q1 y1 m& S降低后掠可以减小升力中心的移动问题，但需要前后翼都是小后掠，导致前后翼的翼根在机身中段紧挨着，在结构上接近简单机翼，降低搭接翼的优越性。在极端情况下，前后翼的翼根重合，这就回归到普通机翼了。
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与同翼展平直翼相比，搭接翼本来就因为前后翼有高差而迎风阻力较大，升阻比要打折扣；同平面前后翼则有复杂的翼间干扰问题，同样升阻比要打折扣。

! {: N4 ?  W3 B' E由于这些问题，搭接翼尽管概念上诱人，在实用上并没有得到广泛拥抱，无侦-7是少见的实际使用搭接翼的例子。
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DARPA的X-65是用于流体飞控研究的，用射流代替气动控制面，但其两段式后掠的搭接布局也很有意思
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4 i. W4 D7 E7 H! j7 l1 W& N然而，像美国X-65研究机那样，外翼段改用小后掠甚至平直翼，升力中心移动问题就小得多。小后掠翼甚至平直翼对加大翼展的限制也很小，非常有利于提高升阻比和长航时飞行。
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  J' q! H+ t2 `大翼展不仅有利于长航时，也有利于提高升限。洛克希德U-2就是先例，实用升限达到21000米，地平线更远，达到520公里，监控面积也增加到85.5万平方公里。

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U-2的升限达到21000米
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" S) V; n( s0 d0 U2 Z5 z两段后掠的搭接翼用于改造无侦-7的话，翼展增加50%甚至更多都没压力，而且不会引起升力中心移动和飞控问题。

- v8 U. R# u4 P2 @1 k! E7 r增加翼展增加一点阻力和重量，但在大大增加升阻比的同时，保持抑制气动弹性扭转的优越性，结构刚度的先天优势也降低机翼设计和制造难度，还是得大于失的。如果像U-2一样把巡航高度提高到21000米以上，覆盖范围和有用性进一步增加。

如果翼展大到影响机场运作，还可以考虑折叠翼，外翼段在起飞前和着陆后向内折起，减少地面运作中的占地。搭接点是天然的折叠点。
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涡扇13（尤其是非加力型）比涡喷13省油，但还是有推力过度的问题。涡扇13的军用推力达到56.75kN，接近涡喷13的加力推力（63.7kN）。相比之下，RQ-4的F137涡扇（来自罗尔斯-罗伊斯AE3007）只有34kN。
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' D5 P! Z" H' x. R0 F( x无侦-7的空中和起飞重量缺乏数据，但从机长和翼展推断，应该低于RQ-4，RQ-4三倍之多的航程和留空时间一部分来自增加的载油量，一部分来自发动机低油耗。
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7 f2 a' o/ H8 X( y$ x6 U5 n6 N中国航发正在自由王国的门槛，更先进但小推力的涡扇发动机只是研发重点问题。涡扇13还是基于苏联RD33的基本技术，而RD33在苏联时代都不是技术水平最高的，AL31的技术水平更高。涡扇19的技术水平还要高，据传为歼-35的动力，但中推的推力接近AL31，推力太大了。
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6 R* P/ S. {6 a4 W) Q8 u中国需要小推力涡扇，这是无人机大发展的需要。高空长航时无人机的速度要求低，气动布局灵活，甚至可以考虑用涡轴发动机的原理，在低压涡轮后增加一级自由涡轮驱动的风扇。
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0 x. _: X- G  f& F0 G6 m* R自由涡轮说穿了就是风车。低压涡轮排气的能量不直接用于产生推力，而是主要用于吹动自由涡轮，自由涡轮带动风扇叶片，产生主要推力，进一步减速降温后的喷气产生其余推力。自由涡轮也可以两级反转，进一步提高推力效率和增加推力。
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这其实就是桨扇的一种构型，推进效率接近涡桨，速度接近涡扇。噪声较大的问题则由于推力级较低和飞行高度很高而缓解，但比常规涡扇还要省油很多，机械复杂性方面则因为取消了涡桨所需的减速齿轮箱而大大简化。
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用于无侦-7改装的话，尾置发动机对后机身的限制较小，也容易避开双垂尾。很高的升阻比意味着起飞、着陆姿态较平，较高的发动机位置也减少起飞、着陆中桨叶触地的问题。

" W+ m9 g: P, H4 k0 p9 M& {/ |但无侦-7的航程和留空时间达到“全球鹰”水平的话，有用性提高不言而喻。实用升限进一步提高到U-2水平的话，就更上一层楼了。