CN102826227B - 无人空天战机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人空天战机，整机具有气动外形，包括机头、机身和机翼，所述机身内安装有复合式发动机，所述复合发动机由涡扇发动机、冲压发动机和液体火箭发动机组成，所述复合发动机内并排着两个涡扇发动机；涡扇发动机在飞机低速飞行时使用，当速度超过1.5马赫后，开启冲压发动机并关闭涡扇发动机，使空天飞机在离地面四万米的大气层内以30马赫的速度飞行；如果再用火箭发动机加速，无人空天战机就会冲出大气层，像航天飞机一样，直接进入轨道；返回大气层后，它又能像普通飞机一样在机场着陆；因此，在未来战争中，它既适用于大气层内战斗，也适用于太空厮杀，是一种可以来回穿越大气层，而且比现代飞机更灵活，战斗力更强的新型武器。

Description

无人空天战机

技术领域

本发明涉及一种飞行器，尤其涉及一种集航空器和航天器于一体的飞行器。

背景技术

随着航天技术的发展，使人类的探索领域从陆、海、空拓展到外层空间。经过半个世纪的探索，从宇宙飞船到航天飞机，再到空天飞机，往返于天地之间的航天运输装备实现了三次重大跨越。

宇宙飞船最突出的特点是没有翅膀，每艘飞船只能使用一次。至今，宇宙飞船已发展了三代，主要有卫星式飞船和登月式飞船两大类。美国在登月式飞船上领先一步，俄罗斯则在卫星式飞船上更胜一筹。未来，宇宙飞船将向三个方向发展：有多种功能和用途；返回落点控制精度提高到百米级范围以内；返回地面的座舱，经适当修整后可重复使用。同时，未来的行星际载人飞行将主要用飞船来实现。

第二次重大跨越使人类实现了重复使用运载工具上太空。航天飞机是可重复使用、往返于太空和地面之间的航天器，结合了飞机和航天器的性质。它既能代表运载火箭把人造卫星等航天器送入太空，也能像载人飞船那样在轨道上运行，还能像飞机那样在大气层中滑翔着陆。航天飞机甚至有小型空间站的许多功能，还可从轨道上捕捉、维修和回收卫星等，并在太空多次对“哈勃”太空望远镜进行修复。

第三次重大跨越使人类进入太空更便捷、更经济。由于航天飞机存在许多先天不足，一些航天大国便着眼未来开始研制新一代空天飞机。空天飞机代表了今后数十年内航天运载技术的重要发展方向，并可能将成为未来控制空间、争夺制天权的关键武器装备之一，它一旦发展为成熟的航天装备，必将给太空探索带来革命性的影响，从而打破目前业已形成的国际太空发展格局。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种既适用于大气层内战斗，也适用于太空厮杀，可以来回穿越大气层而且比现代飞机更灵活，战斗力更强的无人空天战机。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：无人空天战机，整机具有气动外形，包括机头、机身和机翼，所述机身和所述机翼连为一体且呈流线形，所述机身内安装有发动机，所述机身内设有弹仓；所述机头内安装有控制系统和雷达系统，所述发动机为复合发动机，所述复合发动机包括涡扇发动机、冲压发动机和液体火箭发动机，所述复合发动机内并排着两个涡扇发动机，两个涡扇发动机外设有共用涵道，所述涡扇发动机的进气道设有涡扇发动机进气口闸门，所述复合发动机还设有发动机进气口总闸门，所述共用涵道兼做所述冲压发动机的进气道，所述涡扇发动机后设有涡扇发动机加力燃烧室，所述涡扇发动机加力燃烧室兼做所述冲压发动机燃烧室或所述液体火箭发动机燃烧室，所述复合发动机的尾喷管为矢量尾喷管；所述机身内设有氧化剂箱和燃料箱。

作为优选的技术方案，所述机身前部两侧设有兼做机翼一部分的鸭翼，所述机翼的角部安装有可折叠前掠式翼尖，所述机头上设有三条与所述机身对称法线平行的纵向凸起。

作为优选的技术方案，所述机翼的后端设有后升降舵。

由于采用了上述技术方案，无人空天战机，整机具有气动外形，包括机头、机身和机翼，所述机身和所述机翼连为一体且呈流线形，所述机身内安装有发动机，所述机身内设有弹仓；所述机头内安装有控制系统和雷达系统，所述发动机为复合发动机，所述复合发动机包括涡扇发动机、冲压发动机和液体火箭发动机，所述复合发动机内并排着两个涡扇发动机，两个涡扇发动机外设有共用涵道，所述涡扇发动机的进气道设有涡扇发动机进气口闸门，所述复合发动机还设有发动机进气口总闸门，所述共用涵道兼做所述冲压发动机的进气道，所述涡扇发动机后设有涡扇发动机加力燃烧室，所述涡扇发动机加力燃烧室兼做所述冲压发动机燃烧室或所述液体火箭发动机燃烧室，所述复合发动机的尾喷管为矢量尾喷管；所述机身内设有氧化剂箱和燃料箱；由于无人空天战机安装有涡扇发动机、冲压发动机和火箭发动机，涡扇发动机可以使空天飞机水平起飞，当速度超过1.5马赫后，就使用冲压发动机，使空天飞机在离地面四万米的大气层内以1.5-30马赫的速度飞行；如果再用火箭发动机加速，无人空天战机就会冲出大气层，像航天飞机一样，直接进入轨道；返回大气层后，它又能像普通飞机一样在机场着陆；因此，在未来战争中，它既适用于大气层内战斗，也适用于太空厮杀，是一种可以来回穿越大气层，而且比现代飞机更灵活，战斗力更强的新型武器。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的立体图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的仰视图；

图4是图1机头方向的正视图；

图5是本发明实施例涡扇发动机工作时的结构示意图；

图6是本发明实施例冲压发动机工作时的结构示意图；

图7是本发明实施例火箭发动机工作时的结构示意图；

图中：1-机头；2-机身；21-氧化剂箱；22-燃料箱；3-机翼；4-复合发动机；41-涡扇发动机；42-共用涵道；43-涡扇发动机进气口闸门；44-发动机进气口总闸门；45-涡扇发动机加力燃烧室/冲压发动机燃烧室/火箭发动机燃烧室；5-弹仓；6-控制系统；7-雷达系统；8-矢量尾喷管；9-鸭翼；10-前掠式翼尖；11-纵向凸起；12-后升降舵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1、图2和图3所示，无人空天战机，整机具有气动外形，包括机头1、机身2和机翼3，所述机身2和所述机翼3连为一体且呈流线形，所述机身2内安装有发动机，所述机身2内设有弹仓5；所述机头1内安装有控制系统6和雷达系统7，所述发动机为复合发动机4，所述复合发动机4包括涡扇发动机41、冲压发动机和液体火箭发动机，所述复合发动机4内并排着两个涡扇发动机41，两个涡扇发动机41外设有共用涵道42，所述涡扇发动机41的进气道设有涡扇发动机进气口闸门43，所述复合发动机4还设有发动机进气口总闸门44，所述共用涵道42兼做所述冲压发动机的进气道，所述涡扇发动机41后设有涡扇发动机加力燃烧室45，所述涡扇发动机加力燃烧室45兼做所述冲压发动机燃烧室或所述液体火箭发动机燃烧室，所述复合发动机4的尾喷管为矢量尾喷管8；所述机身2内设有氧化剂箱21和燃料箱22，所述燃料箱22可分别为涡扇发动机41、冲压发动机和液体火箭发动机提供燃料。

作为优选的技术方案，所述机身2前部两侧设有兼做机翼3一部分的鸭翼9，所述机翼3的角部安装有可折叠前掠式翼尖10，所述机头1上设有三条与所述机身2对称法线平行的纵向凸起11；所述机翼3的后端设有后升降舵12。

无人空天战机的主要特点：

第一，具有一体化和高流线化外形。

无人空天战机的外形高度流线化，机翼3、发动机进气口和机身2一体化，在平飞时空气阻力会大大减小。而在做较大的机动动作时，鸭翼9会扰乱流过飞机的气流，使鸭翼9之后的机翼3和机身2表面充满漩涡，产生涡升效应，并使飞机的速度锐减，提高飞机的机动性。

无人空天战机采用前鸭翼9和可折叠前掠式翼尖10的变机翼3气动布局，当可折叠前掠式翼尖10展开时飞机是翼尖前掠布局，机动性强，升力大，适于低速飞行和空中格斗。可折叠前掠式翼尖10闭合时整个飞机变为大后掠三角无尾布局，阻力大大减小，容易获得更高的速度，适于高速飞行和在大气层外飞行。

无人空天战机的机头1有三条与机身2对称法线平行的纵向凸起11。在超高速时，它会使机身2周围的气流更高效地流过，它们将前部气流分流，使其后的气流对飞机的力分散开，从而削弱空气对飞机整体的阻力。

无人空天战机发动机进气口的前方没有阻隔，空气不经过其他部位直接流入进气口，所以机身2不会对进入发动机的空气形成扰流，从而提高飞机在超高速时的性能，也降低了发动机的事故几率。

如图4所示，它的机翼3具有独特的变化方式，由低速变高速时，前掠式翼尖10将利用机翼3两面气压差(通过翼尖上的副翼使其上面的气压大于下面的气压)纵向(垂直于水平面)折叠180°，与机翼3合并在一起；由高速变低速时前掠式翼尖10再反向折叠180°，前掠式翼尖10的横截面再和机翼3的横截面合并在一起。这样的变化方式与F-14那样的横向旋转机翼和伸缩式的机翼相比体积小，结构简单，重量轻，并直接利用空气能，节省了空间，减小了飞机空重，没有直接制动的机械所以不容易出现机械故障。前掠式翼尖10折叠后与机翼3形成了横截面为双突形的机翼，虽然增加了机翼的厚度但阻力不会因此增大。

第二，整机强度高，升力大。

无人空天战机的机翼3虽然不大，但它并不完全依赖于机翼3产生升力，它的机身2宽大扁平，使其机身2也能产生较大升力，增加了载重量，并在机翼3受损或折断的情况下仍能维持飞行乃至继续战斗能力，提高了抗战损伤能力。

第三，具有隐身性能。

无人空天战机的外形也是为隐身而设计，全机没有直角，没有大面积弧面，发动机的进气口和喷管都很深，减少了雷达反射面积。武器全部内置，以减少阻力和雷达反射面积。

第四，发动机多种工作方式并存。

如图5、图6和图7所示，无人空天战机的发动机是涡扇-冲压-火箭复合式发动机，扁平的发动机中并排着两个涡扇发动机41，两个涡扇发动机41外是它们的共用涵道42，也是冲压发动机的进气道。使用涡扇发动机41时，空气分成三股，其中两股分别进入两个涡扇发动机41，另一股从涵道流过，在接近喷嘴时三股气流重新会合在一起，从涡扇发动机41出来的两股高速高温气体与从涵道流出的低速冷空气混合，增大低速时的推力，也减小了喷气速度与飞行速度的差，节省燃料。

使用冲压发动机时，通往涡扇发动机41的进气道完全关闭，空气流经涡扇发动机41外进入冲压发动机燃烧室，与燃油混合并点燃，从喷口喷出。

使用火箭发动机时，进气口完全关闭，氧化剂和燃油被泵入燃烧室，混合并燃烧，产生的高温高压尾气由喷管喷出。

发动机尾喷管为矢量尾喷管，可在俯仰方向变化正负60°，使飞机具很高的超音速机动性能和低速大迎角性能，能在空中迅速变换自己的位置，让机头1快速指向目标，并能在空中任一位置向敌机发起攻击，使无人空天战机在“零”速度和大攻角下同样也可以具有高机动性，从而让它具有更强的空中格斗能力，变被动为主动，变劣势为优势，进行各种超常规机动作战。

第五，起降方式多样。

无人空天战机一般情况下采用滑跑起降方式，也可以作为舰载机在航母起降，滑跑起降结构为公知，故图中未示出。它的短距起降能力极佳，可在100米以内起飞。需要时也可以机载发射或用火箭发射入太空。

第六，具有智能化操纵系统。

由人工智能操控，可以不依赖地面控制，完全独立，一旦敌军摧毁了指挥中心，无人空天战机也不会丧失效用，转而自动联系其他指挥中心和飞机。

无人空天战机与其他飞机相比，无人空天战机对空和对地都有很强的打击能力。执行打击距离18000千米以上的远程目标任务时，无人空天战机先在机场或航母起飞，然后加速并爬升，飞出大气层，进入地球轨道，关闭发动机，到达目标上空时开启发动机，向地面俯冲，进入射程后发射或投放武器，摧毁目标，并在途中自行摧毁前来拦截的敌机。它可以同时锁定多个地面目标和多个空中目标，使敌人的防空体系无法工作，成功脱身后再穿越大气层进入返航轨道返航。

为提高作战效率和节省燃料，在战争中可以将多个无人空天战机用火箭发射入不同的地球轨道，而后它将进入睡眠状态，关闭发动机，整机的耗电几乎为零，只保持与地面的联系。电源由机背上的一块太阳能电池供给。当全球任何地方出现情况时，地面将其激活，它将迅速奔赴战场，进入大气层，在第一时间出现在冲突上空，摧毁目标。完成后地面将指导其返航。

在打击较近的空中或地面目标时，无人空天战机将贴近地面飞行，再加上它的隐身性能，雷达很难发现它。它将突然出现在目标附近，将其击落或摧毁，敌人将措不及防。

只在大气层内无人空天战机的作战半径也将超过8000千米。它很好的超低空性能，独特的冲压发动机和完美的气动外形使其可以在接近水平面高度以5马赫的速度飞行，减小被发现的几率。

技术数据：

翼展	17.30m(展开)/13.00m(闭合)
		机长	17.70m
机高	1.40m
		机翼机翼面积	26.735平方米
翼尖面积	9.4125平方米
		机翼总面积	36.1475平方米(展开)/26.735平方米(闭合)
鸭翼面积	7.5625平方米
		机翼后掠角	25°
翼尖前掠角	60°

无人空天战机性能数据：

海平面高度最大平飞速度	5马赫
		海平面高度最大巡航速度	3马赫
大气层内最大平飞速度	30马赫
		大气层内最大巡航速度	15马赫
最小平飞速度	150千米/时
		大气层内最大航程	20000千米
大气层内最大留空时间	12小时(在最节省燃料的状态下)
		大气层外最大留空时间	根据所需(理论上无限)
起降滑跑距离	100米
		大气层内作战半径	8000千米
最大作战半径	覆盖全球

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (2)

1.无人空天战机，整机具有气动外形，包括机头、机身和机翼，所述机身和所述机翼连为一体且呈流线形，所述机身内安装有发动机，所述机身内设有弹仓；所述机头内安装有控制系统和雷达系统，其特征在于：所述发动机为复合发动机，所述复合发动机包括涡扇发动机、冲压发动机和液体火箭发动机，所述复合发动机内并排着两个涡扇发动机，两个涡扇发动机外设有共用涵道，所述涡扇发动机的进气道设有涡扇发动机进气口闸门，所述复合发动机还设有发动机进气口总闸门，所述共用涵道兼做所述冲压发动机的进气道，所述涡扇发动机后设有涡扇发动机加力燃烧室，所述涡扇发动机加力燃烧室兼做所述冲压发动机燃烧室或所述液体火箭发动机燃烧室，所述复合发动机的尾喷管为矢量尾喷管；所述机身内设有氧化剂箱和燃料箱；

所述机身前部两侧设有兼做机翼一部分的鸭翼，所述机翼的角部安装有可折叠前掠式翼尖，所述机头上设有三条与所述机身对称法线平行的纵向凸起。

2.如权利要求1所述的无人空天战机，其特征在于：所述机翼的后端设有后升降舵。