隱形的翅膀:從轟炸機到無人機的飛翼設計 | 王臻明 | 鳴人堂
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隱形的翅膀:從轟炸機到無人機的飛翼設計

圖為土耳其製造的Bayraktar TB2無人機。 圖/美聯社
圖為土耳其製造的Bayraktar TB2無人機。 圖/美聯社

土耳其製造的Bayraktar TB2無人機,在俄烏戰爭中大放異彩,宣告了無人機時代的來臨。生產Bayraktar TB2的公司不只獲利豐厚,土耳其也加緊腳步研發下一代的無人機,以爭取更多訂單。

除了Bayraktar TB2的後續機型外,土耳其飛機工業公司(TAI)也推出全新的ANKA-3無人機。這款剛剛曝光的無人機採用「飛翼構型」(Fliying wing)的匿蹤設計,雖然目前透露的資訊並不多,但能看出是一架具備偵察、監視、打擊能力的多功能無人機,將與土耳其正在積極發展的載人匿蹤戰機TF-X,形成未來主要戰力。

因匿蹤功能翻紅的飛翼構型

飛翼構型的設計並不是在匿蹤時代才出現,遠在第二次世界大戰前,各國的航空科學家就已投入相關研究,並率先發展出商用客機,各國軍方也積極思考要如何運用在軍事領域上。其中德國的Horten Ho 229時速可達一千公里,作戰半徑一千公里,能攜帶一千公斤的炸彈,充份利用了飛翼構型的特點,是最為成熟的設計。

但Horten Ho 229的原型機開始試飛時,已接近戰爭尾聲,因此沒能量產服役。戰後Horten Ho 229的原型機被美軍擄獲,並運回美國本土詳細拆解研究,也為美國發展飛翼轟炸機提供了一定的助力。

圖為ANKA-3無人機。 圖/取自Temel Kotil推特
圖為ANKA-3無人機。 圖/取自Temel Kotil推特

飛翼構型的最大優點,是整個機身都算是機翼的一部份,飛行時能提供最大的升力,再加上沒有垂直尾翼,機身阻力較小。沒有傳統的中間機身,還擁有另外一個好處,就是結構較簡單。傳統飛行器的機身與機翼連結處,往往是承受最大應力的部份,必需特別補強,飛翼構型則沒有這個問題。

這些特點讓飛翼構型的飛行器,酬載的效率較高,因此德國人在設計Horten Ho 229,選用了飛翼構型。只是在當時,雷達技術才剛出現,大家還不清楚飛翼構型還擁有另外一個特點,雷達的截面積很小,天生就具備匿蹤能力。

美國在第二次世界大戰結束後,也開始研發新型的轟炸機,結合自身的研究成果與Horten Ho 229的啟發,由當時的諾斯洛普公司(Northrop),推出採用飛翼構型的XB-35原型機,與XB-36競爭長程重型轟炸機的訂單。

不過外型較前衛的XB-35,還無法被當時所接受,在原型機與小批量生產YB-35以後,由採用傳統飛機構型的B-36「和平諦造者」(Peacemaker)出線。雖然後來諾斯洛普公司以YB-35的機體,改裝新型噴射引擎,研發出性能更優異的YB-49,卻仍然沒有辦法獲得美國空軍的青睞。

德國的Horten Ho 229時速可達一千公里,作戰半徑一千公里,能攜帶一千公斤的炸彈,充份利用了飛翼構型的特點,是最為成熟的設計。圖為Horten Ho 229飛行模擬圖。 圖/維基共享
德國的Horten Ho 229時速可達一千公里,作戰半徑一千公里,能攜帶一千公斤的炸彈,充份利用了飛翼構型的特點,是最為成熟的設計。圖為Horten Ho 229飛行模擬圖。 圖/維基共享

畢竟飛翼構型也有不少的缺點,因為沒有垂直尾翼,所以操控機體的方式較為複雜,也較為不穩定。在飛行器還採用傳統機械式控制的時代,這是很大的致命傷。

而且要將所有的機件都塞入飛翼之中,並爭取最大的機內空間,以增加酬載量,導致飛翼非常肥厚,這在低速時還不會出現問題,卻會妨礙高速的性能。偏偏當時正進入超音速時代,研發超音速戰略轟炸機成為主流,飛翼構型的設計因此被打入冷宮。有很長一段時間,幾乎不曾再出現採用飛翼構型的民用或軍用飛行器。

不過美國在研發XB-35、YB-35與YB-49時,卻意外發現雷達常常無法追蹤正在試飛的原型機,還誤以為發生空難,因而瞭解到飛翼構型較不易被雷達偵測到的特點,這為美國後來研發B-2匿蹤轟炸機奠定了重要的基礎。

當美國保密多年的F-117與B-2相繼亮相,揭開匿蹤時代後,飛翼構型一夕翻紅。特別是數位化時代來臨,飛行器大多採用「線傳飛控」(Fly By Wire)的方式,由電腦來輔助控制飛機,可高速運算的航空電腦,能在幾毫秒內自動調整飛機的姿態,改善了飛翼構型較不穩定的問題。

美國在第二次世界大戰結束後,結合自身的研究成果與Horten Ho 229的啟發,由當時的諾斯洛普公司(Northrop),推出採用飛翼構型的XB-35原型機。圖為XB-35原型機。 圖/維基共享
美國在第二次世界大戰結束後,結合自身的研究成果與Horten Ho 229的啟發,由當時的諾斯洛普公司(Northrop),推出採用飛翼構型的XB-35原型機。圖為XB-35原型機。 圖/維基共享

各國快速發展的飛翼無人機

接下來無人機的快速發展,讓飛翼構型更受歡迎。因為升力大、阻力小的這個優點,讓無人機的滯空時間能更上一層樓。不需要飛行員的駕駛艙空間,也使飛翼的厚度大幅降低,匿蹤性能則讓無人機非常適合進行偵察任務。

最好的例子是美國的RQ-170哨兵(Sentinel)無人偵察機,可長時間在空中秘密執行偵察任務。目前外界對這款無人偵察機所知不多,只知道已在阿富汗與中東執行過多次作戰任務,美國可能還在研發另一款更先進的RQ-180無人偵察機,一樣採用飛翼構型,但外界知道的訊息更少。

在無人偵察機以外,美國也曾投入無人艦載機的研發。已與多家公司合併的諾斯洛普.格魯曼(Northrop Grumman)推出X-47A飛馬式(Pegasus)無人機參與競爭,採用改良式飛翼構型的X-47A累積了一定技術後,接續的X-47B擁有更先進的外型設計,並成功在航空母艦上起降。

這次諾斯洛普.格魯曼雖一樣在最後出局,美國海軍不只沒有進一步發展艦載無人戰機,甚至還選擇了別的方案,來發展MQ-25魟魚(Stingray)艦載無人空中加油機。不過飛翼無人機仍在快速發展中,未來前景可期。

美國的RQ-170哨兵(Sentinel)無人偵察機,可長時間在空中秘密執行偵察任務。圖為RQ-170哨兵無人偵察機模擬飛行圖。 圖/維基共享
美國的RQ-170哨兵(Sentinel)無人偵察機,可長時間在空中秘密執行偵察任務。圖為RQ-170哨兵無人偵察機模擬飛行圖。 圖/維基共享

同樣的,俄羅斯、中國與印度等國,也對飛翼無人機有很高的興趣。俄羅斯積極研發的S-70獵人-B(Okhotnik-B)無人機,就採用飛翼構型,並且定位為新一代主力戰機Su-57的「忠誠僚機」(Loyal Wingman)。

雖然目前S-70還在開發測試階段,但從已知的資訊來看,S-70不只可以發射空對地飛彈,應該也具備一定的空戰與電戰能力,還可利用雙向資料鏈,與Su-57交換作戰資料,可大幅強化Su-57的戰力。由於Su-57與S-70都具備匿蹤能力,將是非常有威脅性的組合,對防空飛彈系統是極大的挑戰。

中國的無人機發展速度非常的快,不少採用飛翼構型,包括代號利劍無人機的攻擊-11。這款具備偵察、打擊能力的無人機,首次亮相是在中國建國七十周年的國慶閱兵上,可以見到頗為成熟的匿蹤設計。在稍後的珠海航空展上,還展出攻擊-11所擁有的兩個內置彈艙。此外,彩虹無人機系列的彩虹-7,近期也剛剛曝光,是比攻擊-11更大型的飛翼無人機,一樣具備偵察與打擊能力。而另一款天鷹無人偵察機,則是中高空的無人戰略偵察機。

比較有意思的,是中國還曾經展出一款FL-2無人機的模型,嘗試利用飛翼無人機來做為運輸機。整體來說,中國在這個領域的積極耕耘,對於發展轟-20匿蹤轟炸機,勢必有正面的助益,因為尚未曝光的轟-20極有可能也採飛翼設計。

印度則計畫發展飛翼構型的Ghatak匿蹤無人機,並希望這款大型無人機具備攻擊能力。但印度採取了一個比較保守的做法,先試做較小型的SWiFT無人機進行測試,等累積足夠的技術與經驗,再撥款給Ghatak計畫。SWiFT已在之前試飛成功,讓印度的無人機計畫邁出一大步。

相比之下,歐洲國家在這個領域起步的非常早,發展速度卻相對緩慢,英國一開始就投入雷神(Taranis)無人機的發展,法國也推出了nEUROn無人機計畫,但都難以量產服役,未來可能會合併相關技術,改由英法兩國共同投資研發下一代的無人機,但是否還會採用飛翼構型,則還在未定之天。

台灣受俄烏戰爭的啟發,也積極推動無人機的發展,除了設立無人機創新研發園區,採購多款民用無人機供國軍使用。中科院也在近日公開正在研發的軍用無人機與繞行式械彈系統,不過並沒有採用飛翼設計的匿蹤無人機,這或許可以做為未來努力的目標。

至於中國的飛翼無人機,是否已經量產服役,雖然還要再觀察,但這應該只是時間早晚的問題。這種匿蹤無人機一定會對台灣的防空系統造成更大的壓力,甚至與殲-20匿蹤戰機或轟-20匿蹤轟炸機配合,做為突襲的先鋒,國軍必需即早思考因應的辦法。

中國的無人機發展速度非常的快,不少採用飛翼構型,包括代號利劍無人機的攻擊-11。 圖/維基共享
中國的無人機發展速度非常的快,不少採用飛翼構型,包括代號利劍無人機的攻擊-11。 圖/維基共享

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