伴随着各国第五代隐身战斗机陆续服役，隐身与反隐身技术的较量将逐渐成为大国间未来空战与防空作战角力的核心舞台。一方面是隐身飞机通过综合应用外形、涂料、结构、主被动射频等手段综合抑制自身目标特征信号，从而压缩敌方探测装置对自身的有效探测距离，打造突破敌方防空体系的“利矛”。另一方面是各类反隐身装备不断更新探测手段、使用多种传感器组网探测以及增加自身辐射功率等手段，以期尽可能在更远距离上发现并跟踪来犯之敌，铸就抵御敌方隐身渗透的“坚盾”。
为了在装备研制过程和部队日常训练中模拟敌方隐身目标，世界已有国家陆续投入隐身靶标的研制工作。美国空军于2007年启动了其第五代空中目标研制工作，分别由美国空军实验室和美国空军学院各自组成团队进行方案竞标。最终美国空军学院的三角翼无尾布局方案通过竞标并投入样机研发，计划于2019-2020年间进入试飞。
图1 第五代空中目标
2016年第十一届珠海航展上，中国航天空气动力技术研究院以模型形式展出了其设计研制的彩虹805隐身靶机。该机采用飞翼布局，俯视平面外形与美军B-2轰炸机几乎完全一致。其采用双发动机推进，翼展4米，最大起飞重量190千克，续航时间40分钟，RCS小于0.01平方米，起降采用火箭助推起飞与伞降回收方式。自上次航展以来，该机一直没有后续试飞消息。
图2 “彩虹-805”高速隐身靶机
针对国内外无人机市场高隐身靶机这一迫切而巨大的潜在需求, 西安天拓航空科技有限公司与北京航空航天大学联合提出“苍雀”飞翼布局隐身无人靶机方案，经过三年研制时间于2018年7月16日首飞成功。该型靶机针对装备研制中的目标配试与部队日常训练需求，在设计中实现高隐身、大机动性能指标同时，兼顾全寿命周期成本与工作环境要求，采取了一系列独创性设计。
图3 “苍雀”隐身无人靶机助推起飞瞬间
总体设计方案
“苍雀”隐身无人靶机采用小展弦比无尾飞翼气动布局，机长1.6 m，翼展2.1 m，标准起飞重量60 kg，最大机动过载8 G，航时大于40分钟。该机在设计中充分考虑了使用成本控制与实际易用性要求，为兼顾高低速性能同时应用了机翼的几何扭转与气动扭转，使全机展向载荷分布能够兼顾适应高速小迎角和低速大迎角下不同的环量需求。“苍雀”无人机搭载单台最大推力40 kg级无人机/航模涡轮喷气发动机作为动力装置，起飞通过简易发射架支撑的零滑跑火箭助推起飞方式，可适应各类恶劣复杂起飞环境。着陆采用一次性气囊辅助的伞降回收方式，气囊和减速伞分别置于飞机上下两侧，在减速伞打开后飞机向前翻滚180°使其机背向下。减速伞通过电动风扇充气并在接地过程中提供进一步缓冲，从而避免接地过程中机体与地面之间剧烈冲击造成的结构损伤。
图4 “苍雀”无人机方案
对于新型隐身靶机而言，一方面其任务使命要求其隐身性能必须与世界领先装备足够接近，否则亦无法在试验和训练中足够真实地模拟战场对抗。而另一方面，靶机的消耗品属性又要求其成本必须严格控制在有限范围之内，否则无法支撑起试验和训练的大量花销。为达到性能与成本间的最佳平衡，“苍雀”无人机设计方案通过将隐身、气动、结构、操稳等不同学科的融汇贯通，最终实现了系统层面的有机协调最优。
图5 首飞准备中的“苍雀”无人机
在隐身措施选择中，“苍雀”无人机侧重发力于效费比最高的外形隐身技术。除采用一般隐身飞机常见的边缘平行、表面连续过渡、舵面开槽、二元喷口等手段外，为削减进气道对飞机头向雷达散射面积的巨大影响，在进气口位置安装了原理与F-117、RQ-170类似的雷达屏蔽网。对于火箭助推靶机而言，其发射过程中所承受的过载可类比于航母母舰上的弹射过程，为实现火箭助推集中载荷的分散而必须对机体多部件进行加强，并在机身表面预留与火箭推力杆连接的相关结构。“苍雀”无人机为解决巡航构型下的隐身问题，采用了特殊的火箭舱设计可利用舱内结构在发射过程中承受火箭冲击载荷，并能够在完成起飞过程并抛弃火箭后，舱门自行关闭并机械上锁以实现飞机巡航状态下光顺隐身外形。
图6 位于机背部的气囊舱与设备舱
图7 位于机腹位置的前设备舱、伞舱与火箭舱
设计亮点 飞翼布局横航向自稳定设计
众所周知，由于没有垂直尾翼传统飞翼布局飞机均存在航向安定性不足的问题，其直接表现就是飞机的荷兰滚现象。荷兰滚具体表现为飞机不受控制地一边左右滚转一边左右偏航的横航向现象，就像在海浪中漂泊的小船一样。对于常规布局飞机来说，明显的荷兰滚现象一般会在大迎角/高升力系数情况下出现，而这一问题的最简单解决办法即通过增加垂尾面积以提升飞机航向安定性。
图8 荷兰滚运动示意
作为划时代的伟大飞机，美国B-2轰炸机所采用的技术方案很大程度上成为了日后其他飞翼布局飞机设计的标准参考。为了避免垂直尾翼对飞机侧向隐身性能的不利影响，B-2通过主动控制技术对飞机侧滑角进行反馈，当飞机侧滑时打开相应方向机翼后缘的阻力方向舵，通过组合传感器-飞控系统-舵面三者构成的一个整体起到垂直尾翼相同的航向安定性作用。
“苍雀”飞机在设计中采用了与B-2完全不同的横航向稳定性解决办法。从正前方观察，“苍雀”机翼采用了带有一点“科幻”色彩的三段下反设计。该布局基于由飞机横航向飞行品质出发的反向设计，通过展向不同截面的上反角分布实现飞机横向/航向静稳定导数、动稳定性导数的精确调整，从而使得飞翼布局飞机实现不依赖于主动控制系统的横航向自稳定效果。从气动机理上看，横航向自稳定设计与X-48B所采用的翼尖安定面原理完全不同，翼尖安定面仍可视为垂直尾翼的一种，通过翘起的翼尖而实现增加航向稳定性作用。而自稳定设计则是通过多段上反角布置，实现对横航向各个稳定性导数的综合调整。而进一步从隐身角度来说，翼尖安定面所产生的角反射器效果也是隐身设计所必须重点回避的。
飞翼布局飞机的横航向自稳定设计方法来自于北京航空航天大学研究团队近五年来基于空气动力学与飞行力学的学科交叉研究成果。“苍雀”飞机作为该项设计理论的第二次成功实践对象，由于削减了对主动控制系统和飞机气动传感器的依赖，使得该机具有更加优良的任务可靠性与使用维护成本。“拉风”的机翼外观也成为识别“苍雀”无人机与其他类似飞翼布局飞机的最显著视觉特征。
首飞与后续研制工作
“苍雀”无人机2018年7月16日的首飞主要目标为火箭助推过程和轻载巡航状态下的稳定性与操纵性验证，以及通讯链路的中近距离工作性能测试，采用了发射过程自主，发射结束后切人工操纵的飞行方式。首飞过程选用总冲3.6 kN·s级助推火箭辅助起飞，火箭平均推力280kgf，点火时间1.3s，整个起飞过程中飞机平均受到7 G 过载的加速度作用。
由于首飞采用轻载构型，飞机在火箭点火后迅速爬升，姿态角和迎角侧滑角均控制保持在设计范围之内，在火箭助推段结束后达到170 m高度和200 km/h速度。在飞控自动控制飞机结束起飞过程后，操作切换手动模式手控制完成一系列机动并顺利降落地面，完成了整个试飞过程。在飞机降落后结构检查和飞行数据分析均表明，飞机气动性能良好，飞行过程与数值仿真结果相似度较高，在大过载发射过程中机翼和火箭舱结构刚度良好，成功证明了相关气动操稳分析与结构设计的合理性。
