隐身超音速无人机Thanatos

晨枫

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Kratos是最先被美国空军选中，作为忠诚僚机进入技术验证的，XQ-58已经飞了一段时间了。诡异的是，在正式竞标的时候，General Atomics Gambit和Anduril Fury入选最终竞标，Kratos出列。现在知道，Kratos在憋劲，准备参加下一阶段的忠诚僚机竞标，设计方案就是Thanatos，已经首飞了。
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XQ-58已经和F-16、F-35、F-22等飞机演练忠诚僚机有一段时间了


. v5 o2 l5 b+ @& S% s- G4 lThanatos的设计有特色，最大特色是无垂尾和边条上进气口

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4 |  U8 E% ^! w- m这是更加符合翼身融合体的构型，但有相当明确的中央机体和翼身分界
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Thanatos的设计有特色，最大特色是无垂尾和上表面进气口。这也更加符合翼身融合体的构型，但有相当明确的中央机体和翼身分界。

* R/ P  T9 p6 D* \, P( n' p还不清楚Thanatos的技术参数和飞行性能，看样子可能超音速，估计和典型战斗机对标。XQ-58、Gambit和Fury都是亚音速的，实际上当不了忠诚僚机，只能当忠诚哨机。

Thanatos这样的机翼平面用于亚音速巡航有点不给力。这也是高度重视隐身的设计，机翼前后缘的后掠角对齐。已经很久没有看到人字翼以外这样“原教旨主义”的边缘对齐机翼了。
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# `$ [& ?) S- Q7 @. [1 W# ?2 l边条一直延展到机头，很有点像诺斯罗普Tacit Blue的机头后掠化了。事实上，Thanatos在整体上就很有点Tacit Blue再世的感觉，当然超音速化了，无垂尾化了。


6 `/ s% H5 u1 P& `" rTacit Blue隐身研究机
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Tacit Blue是第一代隐身设计中是最原教旨主义的，比最后导致F-117的Have Blue更加隐身。多少年来，Have Blue和F-117解密得差不多了，但Tacit Blue一直没有爽快解密。Tacit Blue这个隐身基本设计最后导致B-2。

B-2是无尾飞翼，气动构型与Tacit Blue完全不一样，但“驼背锐边”的设计都是出于同样的“电磁能量沿圆浑上表面爬行后在尖锐边缘流失”的思路。据说这是诺斯罗普首席电磁物理学家Fred Oshira在苦思冥想不得其解时，陪孩子在迪斯尼玩，手里捏着橡皮泥，看到spinning cup而灵机一动想到的。Tacit Blue 好似“坐在平板上”的基本设计就是这样来的。
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Tacit Blue还采用“跌入式”进气口，既降低阻力，又增加隐身。现在波音MQ-25“黄貂鱼”上的进气口出自同门。

Thanatos的进气口不是“跌入式”，而是在机身两侧边条的上方。进气道是复合S形，在水平方向上向中线弯曲，在垂直方向上向下然后向上，有效地掩盖了发动机正面。
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3 e2 Z$ B* \& ]) ]有意思的是，两侧进气口和进气道当然是翼身融合体的一部分，但Thanatos的翼身融合体很特别，两侧进气道和中间机体有明显的“分界沟”，中央机体是规整的扁柱体。
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4 d& P& U6 Y! k, B1 k; a直通通的柱体有利于结构强度，也便于制造，但这里可能更大的作用是帮助方向安定性。无尾飞翼很大的问题是不易保持方向安定性。圆浑上表面的气流不总是规则地从前向后流动，在各种气动干扰下，会发生横向流动，导致各种偏航影响。B-2采用上下裂板式副翼，用差动阻力控制偏航。这带来额外阻力，也削弱隐身。近20年后，X-47依然采用差动阻力，只是不再采用复杂的上下裂板式副翼，而是上表面扰流片和单片式副翼合作控制偏航，阻力和隐身问题依在。
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B-2采用裂板式副翼提供差动阻力，控制偏航
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X-47B用上表面扰流片和单片式副翼提供差动阻力
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  n. ?  Z4 T! lThanatos或许依然有一定的差动阻力控制，但同时用中央机体和两侧进气道之间的深沟等效于垂尾的作用。常规垂尾用暴露的面积提供方向安定性的力矩，要求在重心后的侧向投影面积大于重心前。Thanatos的“双沟”两侧的投影面积似乎还做不到，但依然提供有用的“隧道”效应，并降低偏航控制的负担。Thanatos的扁平喷口内可能还有类似X-47B的“内置垂尾”，X-47B是单发，喷口内没有分隔板的需要，这是用于补偿垂尾的缺失的。用被动的方式增加方向安定性，比纯主动的差动方式更加简单、可靠。“内置垂尾”的代价是推力损失，Thanatos那样的“分界沟”的代价是不平整的上表面，隐身方面有一定的代价。


X-47B的尾喷口内有“内置垂尾”，用喷流速度补偿面积的不足


! [& ~6 I6 M, E' X7 l/ w, O这是模型，但“内置垂尾”的细节更容易看清楚
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进气口前的上表面切出一个缺口，缺口引向进气口。缺口前的边条后掠角不仅有隐身考虑，更是对激波的形成有考虑，需要对进气形成预压缩，帮助进气道的总压恢复。进气口上唇的后掠角也是一样，还需要与激波的角度贴合，既要减少从进气口唇口向外侧的漏气，又要避免激波扫到进气道内壁。应该也有某种DSI的考虑，以便分离进气气流的附面层，但现有图像里细节看不清楚。
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% e; R* m2 V6 }5 V上表面进气口有助于隐身，尤其是Thanatos的任务以对地攻击为主。但上表面进气口不利于机动性，一拉起就容易进气口“断气”。这是所有上表面进气的通病，不是Thanatos特有的。
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6 E% G- h3 ]: K7 \4 Y6 F但上表面进气不光有利于隐身，还有利于留出完整的机腹，这对机腹弹舱很重要。从3D图容易看到，Thanatos的弹舱延伸到进气口之前，三点式起落架的布置也很紧凑、自然，这与上表面进气口让出机腹空间不无关系。当年北美F-107的设计也采用背部进气口，正是出于类似的考虑。
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当年的北美F-107也采用背部进气口，与隐身无关，就是为了让出地方，有利于安排完整的机腹弹舱
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4 Y4 t' u# L: N4 O9 p1 m4 f# n但机动性问题也不能不考虑，F-107下马的部分原因就在于机动性太糟糕，而且飞行员弹射太危险。

Thanatos倒是没有飞行员弹射的问题，也索性没有垂尾。这提供了一个全新的可能性：在正常飞行的时候，进气口在上表面；在高机动飞行的时候，来一个鹞子翻身，进气口就成了下表面了，这样大迎角拉起就不再有进气气流畸变问题。无垂尾使得“正飞”、倒飞没有差别，非对称翼型的倒飞问题可以用迎角来补偿。

4 I) m+ Q7 B4 j: @) _  e# H+ {$ F当然，问题会有很多。飞控律在正飞、倒飞时完全不同，机腹弹舱在倒飞时武器投放是大问题，但这些都不是不可解决的。关键是无尾飞机容许倒飞也成为正常飞行状态之一，尤其是无人机没有飞行员倒飞时的生理限制，这一全新的可能性不容忽视。
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Thanatos能“正常倒飞”吗？不知道，但这一可能性已经存在了。

越看Thanatos，越觉得这是一个很有意思的设计。

大黑蚊子

有个问题，倒着飞的时候，这货的隐身性能应该跟正着飞的时候有差距吧，那还算隐身忠诚僚机么

晨枫

大黑蚊子 发表于 2024-12-22 07:57
( r. X3 g6 f, A  Y( d$ e有个问题，倒着飞的时候，这货的隐身性能应该跟正着飞的时候有差距吧，那还算隐身忠诚僚机么 ...

- {* h& _1 _) E$ u' [/ k应该差异不太大。全向隐身嘛，上下也包括在内。

小木

任意反正的主要问题就是供油设计上需要多一些考虑和重量吧，感觉相比带来的好处，代价很小。

晨枫

小木 发表于 2024-12-23 08:00
1 r* G3 F9 a, }2 @1 p+ ^3 H0 B任意反正的主要问题就是供油设计上需要多一些考虑和重量吧，感觉相比带来的好处，代价很小。 ...

& p9 G- ~' j: v' Y你说的对，供油要重新考虑。不过现在战斗机、教练机也能倒飞，只是一般时间不长，否则飞行员受不了。估计供油不会是大问题。

mezhan

晨枫 发表于 2024-12-23 23:44
! `- p8 m7 B; |8 c$ a4 r你说的对，供油要重新考虑。不过现在战斗机、教练机也能倒飞，只是一般时间不长，否则飞行员受不了。估计 ...

"供油不会是大问题。"

! B  U! `) E, j' ]( n( V* A反正都是用油泵,  不是靠重力

晨枫

mezhan 发表于 2024-12-23 12:22
3 Z+ B% U9 ^: c$ D"供油不会是大问题。"
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- Q; K1 A' a) V/ r1 f' I( u# \2 m反正都是用油泵,  不是靠重力

8 X& z; v1 F4 m- z, M什么泵都有NPSH啊，没有足够的压头，泵没法好好工作哦。要么惰性气体加压的压力大于重力（这个要求有点高），要么有多个取油口，但要有阀门保证露空的取油口不会有惰性气体进入油管和油泵，也挺啰嗦的。

隧道

小木 发表于 2024-12-23 22:00
5 Z2 i; P/ A$ z3 T任意反正的主要问题就是供油设计上需要多一些考虑和重量吧，感觉相比带来的好处，代价很小。 ...

; _; j8 I* q! `, @/ p8 I7 a0 L进油软管口加个配重？

晨枫

隧道 发表于 2024-12-23 23:05
进油软管口加个配重？

那机动飞行的时候不猛晃荡啊

隧道

晨枫 发表于 2024-12-24 14:21
& U0 ~- [# L9 p( E那机动飞行的时候不猛晃荡啊

7 C+ W+ M& `8 k那就上下各一个进油口。。

小木

晨枫 发表于 2024-12-23 09:44
你说的对，供油要重新考虑。不过现在战斗机、教练机也能倒飞，只是一般时间不长，否则飞行员受不了。估计 ...

3 y2 P0 B$ `3 u' x1 T# S) e, i- |. M. Y现代设计里不还是都有专门的容量非常有限的倒飞油箱吗。当然这个的尺寸限制应该和飞行员的承受能力相辅相成。
另外还有滑油系统的倒飞设计。
要克服肯定都是得加重量的。

晨枫

小木 发表于 2024-12-24 07:18
现代设计里不还是都有专门的容量非常有限的倒飞油箱吗。当然这个的尺寸限制应该和飞行员的承受能力相辅相 ...

是的，没准把倒飞油箱大大扩大，再增加油箱之间的转移机制，就可以解决问题？