2023年軍用無人機動力進展

■ 譚米 / 中國航空發動機研究院

2023年，世界局勢愈發緊張，俄烏沖突膠著，巴以沖突爆發，無人機作為影響戰場局勢的關鍵因素之一，引發了廣泛的關注。

美國、歐盟、俄羅斯、土耳其、印度和韓國等國家和地區均加快了無人機研制的步伐，無人戰斗機、忠誠僚機、無人貨運機和自殺式無人機等多種無人機不斷涌現。與此同時，無人機動力也呈現出多樣化的特征，除了傳統的渦扇、渦軸、渦槳、渦噴和活塞式發動機之外，新型動力也開始在無人機領域嶄露頭角。

渦扇發動機：高空高速長航時無人機動力首選

渦扇發動機具有推力大、推進效率高等優點，多用于無人戰斗機、無人加油機與高空長航時無人機等大型無人平臺，可滿足高速高空高機動長航時的飛行需求。

2023年1月，美國空軍研究實驗室（AFRL）表示正通過Bandit計劃（旨在開發模擬敵方戰斗機的無人飛行器）測試未來無人戰斗機新推進系統。測試中，AFRL將威廉姆斯公司的發動機與藍軍技術（BFT）公司Fury無人機的碳纖維復合材料推進流道系統進行集成，用以驗證發動機的可操作性以及穩定裕度。Fury無人機的設計目標是以有人戰斗機的一小部分成本制造同等強大的無人戰斗機。AFRL希望借助Bandit計劃縮短自主協作平臺的開發周期，在2022年6月確定發動機后，團隊僅用6個月就完成了全面試驗。

Fury無人機推進流道系統試驗

2023年1月，韓國國防發展局（ADD）透露將為韓國無人系統忠誠僚機（KUS-LW）隱身原型機配備烏克蘭伊夫琴科進步機器制造設計局開發的帶加力渦扇發動機AI322，并計劃在2027年6月之前進行KUSLW的飛行驗證。AI322渦扇發動機干推力為24.5kN，加力推力為44kN，此前還被土耳其“紅蘋果”（Kizilelma）無人戰斗機選為動力。

2023年4月，巴西Turbomachine公司宣布開始開發一種推力為27kN的雙轉子渦扇發動機TF6000，用于未來的無人機和導彈。TF6000的具體裝機對象尚未明確，但Turbomachine公司目前正在為Tupan貨運無人機測試其單轉子TF12000渦扇發動機，并計劃2024年交付。

2023年4月，美國軍方文件顯示，自2022年9月以來，美國RQ-170“哨兵”高空長航時隱身無人偵察機可能進行了至少9次飛行，以收集俄羅斯軍隊的情報。美國空軍總共擁有20 ～30架RQ-170，由洛克希德-馬丁（洛馬）公司旗下臭鼬工廠研制，由一臺GE公司的TF34渦扇發動機提供動力。TF34發動機于1971年開始研制，最初用于美國A-10攻擊機，發動機推力為43kN，耗油率為37.9kg /（kN·h）。

印度SWIFT模型和“卡佛里” 渦扇發動機模型

2023年8月，美國海軍宣布推遲MQ-25“黃貂魚”無人加油機的初始作戰能力（IOC）日期至2026年7月9日，比最初的計劃時間推遲了近2年。這是由延長的設計審查、生產故障和供應鏈中斷多種因素導致?！包S貂魚”由1臺羅羅公司的AE3007N渦扇發動機提供動力。AE3007N是AE3007系列發動機的最新型號，推力為40kN。該系列的另一型發動機AE300H推力為42kN，是高空長航時無人機RQ-4“全球鷹”的動力。

2023年12月，土耳其航空航天工業公司（TAI）宣布安卡（Anka）-3無人戰斗機完成首飛，飛行時長1h10min，飛行高度達到2400m。該無人機采用無尾飛翼布局，最大起飛質量約為7t，主要用于執行空地打擊、縱深打擊和摧毀／壓制敵防空等任務。安卡-3的動力裝置是由烏克蘭供應的23kN推力級的發動機，具體型號尚未公開。

2023年12月，印度國防研究與發展組織（DRDO）宣布對其隱身飛翼飛行試驗臺（SWIFT）的無尾布局進行了測試。SWIFT是印度Ghatak無人戰斗機的縮比驗證機，旨在驗證其隱身性和高速著陸技術。SWIFT目前由俄羅斯的36MT渦扇發動機提供動力，后續將采用印度燃氣渦輪研究院（GTRE）開發的推力為4.4kN的小型渦扇發動機（STFE）。Ghatak無人機將裝配GTRE開發的推力為48kN的“卡佛里”（Kaveri）無加力渦扇發動機。GTRE計劃在2024年完成“卡佛里”發動機認證，2026年批量生產。

渦軸/渦槳發動機：受中空長航時察打無人機青睞

渦軸/渦槳發動機常用于中空長航時無人機和無人直升機等。與活塞式發動機相比，渦軸/渦槳發動機具有結構緊湊、振動小、噪聲小、推進效率高和功重比大等優點；與渦扇發動機相比，渦槳發動機還有耗油率低的優點。

2023年11月，美國通用原子航空系統（GA-ASI）公司在英國“威爾士親王”號航空母艦上演示了“莫哈韋”（Mojave）無人機的短距起降能力。“莫哈韋”無人機是“捕食者”家族的最新成員，可執行長時間的武裝監視、偵察和攻擊任務，適合用于分布式作戰以及遠征行動。動力裝置是羅羅公司的M250-B17F渦槳發動機，額定功率為335kW，耗油率為0.371kg/（kW·h）。M250-B17F發動機是M250渦槳發動機系列中功率最大、耗油率最低的型號，能給“莫哈韋”無人機提供25h的續航支撐。

2023年6月，法國國防承包商圖爾吉斯-蓋拉德（Turgis & Gaillard）公司在巴黎航展上展示了5.5t級中空長航時無人機阿洛克（Aarok）的原型機。該機計劃在2025年完成一系列自費適航測試。阿洛克無人機尺寸只有“歐洲無人機”（Eurodrone）的一半，成本也大大縮減，可在簡易跑道上起降。原型機目前由1臺895kW的PT6渦槳發動機提供動力，后續可能選用賽峰集團的阿蒂丹（Ardiden）TP或GE公司的“催化劑”（Catalyst）渦槳發動機。

2023年9月，美國空軍特種作戰司令部（AFSOC）負責人提出未來MQ-9“死神”無人機可能作為“母艦”，發射較小的無人飛行器，為聯合部隊建立傳感器網格或通信路徑。MQ-9“死神”中空長航時察打無人機由通用原子航空系統公司研制，動力為1臺功率為700kW的霍尼韋爾公司TPE331-10渦槳發動機。2022年，通用原子航空系統公司曾在其MQ-9B無人機上測試了普惠加拿大公司的PT6E渦槳發動機，功率相比之前提升了30%。

“歐洲無人機” 和“催化劑” 渦槳發動機

2023 年11 月，空客公司宣布由西班牙國家航空航天技術研究所（INTA）對中空長航時“歐洲無人機”的推進系統進行地面測試?？湛臀靼嘌婪绖张c航天公司將向INTA交付發動機、機艙和發動機安裝系統，并在塞維利亞的工廠組裝。“歐洲無人機”采用2 臺GE 公司的“催化劑”渦槳發動機作為動力?！按呋瘎卑l動機于2021 年9 月首飛，功率范圍625 ～1210kW，吸收了GE公司大型商用渦扇發動機的多項技術，相比于同類產品燃油消耗降低了20%。

渦噴發動機：低成本可消耗無人機動力的有力競爭者

渦噴發動機適合高速飛行，常用于高速無人偵察機、無人靶機、無人巡飛彈等。雖然相比渦扇發動機耗油率偏高，但其部件較簡單、制造成本較低等特點適合大規模迅速生產，近年來引起多方關注。

2023年4月，烏克蘭向俄羅斯發射圖-141“雨燕”高亞聲速無人攻擊機，被俄方電子對抗系統發現并破壞其導航系統，失去控制后墜毀。據公開統計數據顯示，俄烏沖突爆發后，烏克蘭已經發動了29架“雨燕”無人機，曾炸毀俄軍戰略轟炸機基地。該無人機由蘇聯生產，最高速度1110km/h，作戰半徑可達1000km。“雨燕”無人機的動力裝置為1臺推力為20kN的KR-17A渦噴發動機，由當時的烏法發動機制造生產聯合體制造，1979年開始量產。

2023年6月，捷克航空航天公司PBS與烏克蘭伊夫琴科進步機器制造設計局簽署了一份諒解備忘錄，以開發一種巡航導彈、反艦導彈和可消耗無人機用新型渦噴發動機AIPBS-350。AI-PBS-350發動機推力為3.4kN，質量僅為51kg，耗油率為120kg/（kN·h），包含4級軸流壓氣機和單級渦輪。

2023年12月，美國國防承包商Anduril公司推出了一款名為“走鵑”（Roadrunner）的可重復使用、垂直起降高亞聲速無人飛行器。該飛行器攜帶高爆炸性彈頭，可用來識別、攔截各種空中威脅尤其是無人機。單架“走鵑”成本為數十萬美元，將配備2臺Anduril公司自研的低成本渦噴發動機。目前Anduril公司并未透露發動機的具體參數，只聲稱其擁有良好的大過載機動性能。

活塞式發動機：戰術級無人機的性價比之選

活塞式發動機是無人機最早、最廣泛使用的動力裝置，技術成熟，鑒于其良好的經濟性和可靠性，一直在中低空、中低速戰術無人機領域占據主導地位。

2023年5月，美國通用原子航空系統公司完成裝備功率為149kW的HFE 2.0重油發動機的增程型“灰鷹”無人機首飛。美國陸軍正在考慮使用HFE 2.0發動機取代增程型“灰鷹”無人機目前使用的134kW的重油發動機。HFE 2.0項目于2016年由通用原子航空系統公司啟動，目標是設計和開發更可靠、更耐用的活塞式發動機。通用原子航空系統公司還聯合通用原子電磁系統（GAEMS）公司來設計和制造該發動機的雙無刷發電機，大大減少了現場維修保障成本，并增加50%的電力輸出。該發動機也是目前美國陸軍正在資助開發的現代化“灰鷹”25M飛機的基礎，以支持未來的多域作戰（MDO）任務。

“走鵑” 垂直起降無人飛行器

2023年5月，空客公司和法國國防部武器裝備總署（DGA）聯合完成了VSR700垂直起降無人機系統首次飛行試驗。VSR700是一種輕型軍用戰術無人直升機，隸屬于法國海軍的艦載無人機系統（SDAM）項目，將部署在法國的歐洲多任務護衛艦（FREMM）上。VSR700動力裝置為1臺功率116kW的Thielert Centurion 2.0柴油活塞式發動機。Thielert Centurion2.0發動機采用水冷、渦輪增壓，配備全權限數字式電子控制（FADEC）系統，以及減速齒輪箱驅動的恒速螺旋槳，可有效降低螺旋槳噪聲。

2023年11月， 土耳其TB-3艦載無人機首飛成功。該機最大起飛質量為1450kg，有效載荷為280kg，比TB-2有大幅提升，可短距起降，承擔偵察、打擊和防空等任務。TB-3艦載無人機將部署在土耳其海軍“阿納多盧”號輕型航空母艦上，該航空母艦號稱是全球首艘無人機航空母艦，于2023年5月開始服役。TB-3無人機配備功率為128kW的土耳其自產TEI PD170柴油活塞式發動機。該發動機專為中空長航時無人機研發，擁有兩級串聯渦輪增壓系統，可以使用JP-8或Jet-A1燃料，干質量162kg。發動機于2018年12月27日進行了首次飛行測試，已經進入批量生產階段。

TEI PD170柴油活塞式發動機和TB-3艦載無人機

新型動力：在多種無人機領域大顯身手

2023年，新型動力越來越多地用于無人機。相比有人機，無人機在驗證一些新型動力技術上更安全也更靈活，有益于提升新型動力的技術成熟度。

混合電推進系統

2023年3月，西科斯基公司提出將建造混合電推進驗證機（HEX），是一型垂直起降遠程無人機。飛機最大起飛質量超過3175kg，航程超過926km。HEX項目將基于GE公司正在為美國國家航空航天局（NASA）和美國軍方開發的混合電推進系統，GE公司將提供1臺功率為2312kW的CT7渦軸發動機、1臺1MW級發電機和相關的電力電子設備。

氫動力

2023年4月， 德國初創企業AeroDCS GmbH公司宣布獲得德國萊茵蘭-普法爾茨州34萬歐元的創新基金，以開發氫動力無人機。該無人機可以飛行10h，最大起飛質量為25kg，有效載荷為8kg，其氫動力系統是普通電池和氫燃料電池的組合。

2023年5月，新加坡H3動力公司和澳大利亞無人機制造商Carbonix公司宣布將開發和生產首個澳大利亞氫電垂直起降無人機。H3動力公司此前發布了一項突破性的氫電力短艙技術，利用分布式氫-電推進技術解放了主機身，為更大的傳感器或更多的貨物騰出了空間，有利于長距離貨運。

TBCC發動機

2023年12月，美國赫爾墨斯（Hermeus）公司完成了高超聲速無人飛行器“夸特馬”（Quarterhorse）首架縮比驗證機“動態鐵鳥”的地面測試。歷時37天的測試在美國空軍阿諾德工程發展中心（AEDC）進行，對包括電氣、液壓、氣動、航電、轉向和推進在內的各種系統展開了驗證?！翱涮伛R”無人驗證機的動力是基于GE公司J85渦噴發動機的“奇美拉”（Chimera）渦輪基組合循環（TBCC）發動機。赫爾墨斯公司的另一款高超聲速無人驗證飛行器“黑馬”（Darkhorse）于2022年選擇普惠公司的F100-229渦扇發動機作為其動力“奇美拉 ”II TBCC發動機的核心元件。

旋轉爆震發動機

2023年12月，美國初創企業金星航空航天（Venus Aerospace）公司與美國NASA馬歇爾航天飛行中心合作，實現了旋轉爆震火箭發動機（RDRE）持續時間最長的測試。發動機成功地進行了4min的熱試車，而大多數此類型的發動機測試只持續1 ～2s，這意味著RDRE已經做好了進入飛行演示的準備。金星航空航天公司與NASA續簽了2024年的合同，將在硬件上測試不同的推進劑組合，以在更高的推力水平上運行，并展示RDRE所承諾的效率增益。金星航空航天公司未來計劃用速度為馬赫數（Ma）5的無人機對RDRE進行飛行測試。

結束語

2023年，局部沖突的爆發加速了全球無人機的發展。相對而言，動力的發展較為緩慢。雖然當前國外中高端無人機的動力基本上采用成熟發動機進行改進改型，但動力發展格局相較有人機動力有所轉變。

美國擁有最完整的動力譜系和最全面的數據，在無人機的發展上具有先發優勢，關注的重點已轉向低成本化、模塊化，同時加強對混合電推進、TBCC、旋轉爆震等新型動力領域的投資，實現軍民融合發展；俄羅斯經過與烏克蘭2年的拉鋸戰，充分認識到無人機發展的重要性，然而俄羅斯在無人機動力領域儲備不足，限制了其中高端無人機的發展，目前多使用自殺式無人機、商用旋翼無人機等；烏克蘭的無人機依賴土耳其和美國的支援，同時依靠蘇聯的遺產開展發動機外交，為土耳其、韓國等國家無人機提供中小推力渦扇發動機；歐洲近年無人機發展滯緩，多依賴以色列和美國出口，無人機動力發展更是與美國深度捆綁，MQ-25“黃貂魚”、RQ-4“全球鷹”等無人機動力均來自羅羅北美公司，“歐洲無人機”的動力也由美國GE公司的子公司Avio Aero公司在捷克生產；土耳其借著TB-2的勢頭乘勝追擊，發展了多型無人戰斗機、察打無人機，同時以自研或者聯合研制等方式開始發展本土中高端無人機動力；印度發展野心不容小覷，無人僚機尚在研發階段，配套的國產渦扇發動機已在同步推進。

俄烏沖突、巴以沖突從一定程度上展示了無人機的作戰場景和作戰方式，但大國沖突背景下的無人機作戰強度和烈度遠不止于此，既需要低成本無人機塑造數量優勢，也需要中高端無人機打造不對稱優勢。而無人機動力正在成為影響未來各國無人機發展實力的關鍵因素。