RQ-180隐身长航时无人机设计特征分析

吴以婷，冯晓宇，杨勋平，祝中强，谭新，裴譞

成都飞机设计研究所

RQ-180作为美军应对“对抗”和“拒止”战争环境，实现高威胁地区穿透性情报、监视、侦察（ISR）任务的战略无人侦察机，从《航空周刊》2013年首度披露至今，相关信息极为有限，但仍可一探究竟。

在《航空周刊》的报道中，RQ-180被认为是一型主要携带有源相控阵雷达（AESA）和无源电子侦察装置等任务载荷，可执行电子战任务的隐身高空长航时“全球打击者”。另据披露，RQ-180的存在使得美国空军决定减少对“下一代轰炸机”（NGB）的需求，以降低成本，转而提出了成本相对较低、依靠体系内协同作战能力（包括RQ-180在内）的远程打击轰炸机（LRS-B）发展计划。

结合《航空周刊》的相关论述以及《2020联合部队情监侦任务》《下一代情监侦优势飞行计划摘要》《2030空中优势飞行计划》中美军关于协同、网络化及智能化的设想，RQ-180作为美军空中系统簇的重要成员，极可能还具有高精度目标指示、信息处理能力，可以作为远程打击作战体系中的目标指示节点、信息中继平台及数据融合分发中心，深入敌方优势空域执行情报侦察和联合纵深打击任务。

基于公开信息，本文对RQ-180的总体方案及飞行性能进行分析与反设计研究。

信息梳理

布局

《航空周刊》在2013年首次刊登有关RQ-180的文章时，认为该机采用了与X-47B相似的布局设计，机翼可折叠，并发布相关想象图；但2019年的文章根据最新信息来源，对RQ-180想象图进行了更新，认为有更多的证据表明，RQ-180的最终构型可能更接近于诺格公司擅长设计的飞翼布局，后缘更加简化、采用锯齿形设计，与官方发布的B-21轰炸机类似。图1亦即目前流传最广的RQ-180外形图。

图1 《航空周刊》发布的RQ-180想象图。

除《航空周刊》外，自2020年11月起，陆续有疑似RQ-180的目击记录见诸报道。2020年11月，航空爱好者在加利福尼亚州爱德华空军基地以北的莫哈维沙漠上空拍摄到疑似RQ-180的飞翼布局图像；2021年9月，有摄影师在社交媒体上发布照片，宣称在菲律宾拍摄到一架神秘的飞翼战斗机，不少人确信照片中的无人机即为美军已列装的RQ-180；2021年10月，在美国内华达测试与训练靶场附近上空，再次有人拍摄到疑似RQ-180无人机的照片。

翼展

在当前关于RQ-180翼展的数据信息中，引用较为普遍的有52m和39.6m两种。

图2 疑似RQ-180无人机的各种照片。

《航空周刊》2013年的报道曾提到52m的翼展，并称由于美国空军希望拥有一型尺寸更大、航程更远的全球打击平台，诺格公司参与的美国空海军“联合无人空中作战系统”（J-UCAS）项目被取消，分解为海军验证机项目即X-47B和空军的秘密项目即RQ-180。几乎与此同时，诺格公司公开讨论了一种具有加长机翼、翼展为52.4m的X-47C方案。而翼展39.6m则来源于同篇文章中介绍诺格区和美军51区新建的、足以容纳39.6m以上翼展飞行器的机库，同时该篇文章还报道，RQ-180尺寸可能与RQ-4B无人机（翼展39.9m）相似。

重量

在当前相关资料中，常有RQ-180最大起飞重量14621kg的表述，但经检索未见可靠来源。经过对比此类资料中的上下文描述和《航空周刊》原文，推测此类资料可能错误引用了原文“RQ-180的尺寸、续航性能与‘全球鹰’类似，‘全球鹰’重量14628kg”中的“全球鹰”重量。

援引《航空周刊》中的表述，相较快速开发的RQ-170原型机，RQ-180作为装备体系的重要组成，其尺寸将会更大并拥有更好的隐身特性和续航能力；同时考虑到美国空海军“联合无人空中作战系统”项目被取消的原因，RQ-180的尺寸也应当比海军验证机项目X-47B更大。

发动机

当前普遍认为，RQ-180无 人机安装了两台涡扇发动机。《航空周刊》的报道称，RQ-180配置的两台中等涵道比涡扇发动机与改进型CF-34发动机类似，推力比“全球鹰”配装的AE3007H略大。

气动

在气动特性方面，《航空周刊》介绍，RQ-180具有“滑翔机般的”气动效率，其采用了复杂的三维流动控制技术，维持了机翼上的大面积层流。有消息称，诺格公司的新型隐身无人机可以获得与常规布局飞机相近的气动效率。

无人机的外形、最大起飞重量以及飞行性能均与发动机的尺寸、推力、油耗率密切相关，因此，本文以RQ-180可能配装的发动机为切入点，对RQ-180无人机展开研究与分析。

发动机分析

美国中等涵道比涡扇发动机中，符合《航空周刊》推测的有通用电气公司CF-34-3系列发动机及霍尼韦尔公司HTF7000系列，同时编号为CF-34的发动机还有更大推力的CF-34-8系列。由于当前无发动机具体型号信息，考虑RQ-180的优异续航特性，本文选取各系列中巡航油耗率较低的型号进行分析（见表1）。

外形分析

布局

隐身无人侦察机RQ-170的使命任务与RQ-180相似，并采用了无尾飞翼布局。由此推断，为适应高威胁环境下的穿透作战使用，新一代情监侦无人机更倾向选用具有高隐身特性的无尾飞翼布局。RQ-180外形进一步佐证了这一结论。

在动力配置方面，已披露的信息表明RQ-180配装有两台中等涵道比涡扇发动机；疑似RQ-180公开图像的尾迹也清晰显示，该机配装有两台发动机。一般而言，对于续航时间长、航程远、须要穿透进入高威胁区域的此类战略无人侦察机，基于安全性考虑，通常会配装不少于两台发动机。综合以上分析，本文可以初步判定，RQ-180为一型双发、无尾飞翼布局的无人机平台。

以RQ-180公开图像为基础，本文参照典型飞翼布局外形，考虑发动机安装空间的合理性，按比例构建RQ-180三维模型，将模型旋转至与公开图像相近的角度，可以看出三维模型能够基本反映RQ-180的外形特征。据此推测，RQ-180前缘后掠角约为28°，全机几何展弦比（翼展平方与全机投影面积的比值）约为9.6。

基于专业人士的研究分析，从空气动力学角度而言，28°后掠角与大展弦比飞翼布局无人机在18km、Ma0.6附近巡航点优化设计的气动外形常用后掠角基本一致，而《航空周刊》的文章介绍，RQ-180飞行高度与“全球鹰”15～ 20km的飞行高度相当或略高。由此可推断，RQ-180的巡航点应在15～20km、Ma0.6附近。

翼展

对卫星地图上位于美军51区疑似RQ-180机库的建筑物进行测量，机库主体建筑跨度达106m。参考民航领域的经验，跨度在100m的单机位机库，可以停放B747飞机（翼展65m）；跨度在50+50m的双机位机库，可以停放A320飞机（翼展35.8m）。但双机位机库大门中部一般会设置中柱，两个机位的飞机分别从各自的滑行道进出，而当前卫星地图显示，机库仅有一条滑行道。因此，本文认为该机库停放的飞机，其翼展应较36m更大。测量滑行道中心线距机库建筑的距离，同时扣除必要的安全裕量，得到飞机的半展长应小于29m，即翼展应小于58m。

从总体布置角度考虑，不同于常规布局无人机，飞翼无人机通常采用内埋式一体化设计的保形进排气系统，以减少对隐身和气动特性的破坏；其进气道常采用背负式内埋S型设计，对发动机叶片进行遮挡以减少电磁波入射；发动机喷管尾部需联结一段延伸喷管以联通机体外表面，将发动机圆喷管转化为与翼面前后缘平行的扁平状，出口界面与机体外形高度融合，从而提高隐身性能；又因为进排气系统的设计会对发动机装机特性造成显著影响，因此飞翼布局在总体布置上须为复杂的内埋进排气系统提供充裕的空间，以保证流道平滑过渡。

对RQ-180而言，可选用的发动机最大直径均在1.3m左右，长度2.3～3.3m。结合上文中构建的RQ-180三维模型，基于工程经验并考虑进排气系统、油箱及其他机载设备的合理布置，当发动机为CF-34-3系列或HTF7000系列时，无人机翼展应不小于40m，当发动机为CF-34-8系列时，无人机翼展应在不小于50m，与X-47C方案翼展52m吻合（见表2）。而当翼展小于30m时，发动机与机体比例严重失衡，无人机无法实现合理布局。

表2 发动机尺寸推算的翼展。

综合以上分析，基于配装不同发动机的可能性，推测RQ-180翼展大概介于40～58m之间。

图3 RQ-180三维模型与公开图像的对比图。

重量特性分析

载油系数

图4 本文构建的RQ-180三维模型。

本文从公开资料获取了部分美军军机型号的载油系数，详见表3。由于飞翼飞行器具有更优异的结构效率，其载油系数一般较常规布局更高。而RQ-180任务载荷重量较B-2、B-52等轰炸机更小，保守估计RQ-180载油系数不小于56%。

表3 相关飞行器型号的载油系数。

结构系数

参考美军军机相关飞行器型号数据（表4），本文对RQ-180结构系数进行估算。

表4 相关飞行器型号的结构系数。

当前飞翼布局型号的结构重量数据较为缺乏，仅有X-47B及B-2两型。其中，X-47B为舰载无人作战飞机，对机动性能及结构强度要求较高，因此结构系数较RQ-180应当更大；B2远程战略轰炸机虽然拥有更大的起飞重量，可对应相对较低的结构系数，但由于其研制时间较早，落后的生产工艺和材料技术又会造成结构系数偏高。而诺格公司研制的“全球鹰”高空长航时无人侦察机，其使命任务与RQ-180相似，机体复合材料占比超过60%，结构系数达到20%，处于世界领先水平，由于采用了传统布局，其结构重量会较飞翼布局略高。RQ-180作为一种先进的飞翼布局无人机，即使复材使用量不及“全球鹰”，其结构系数亦不会超出“全球鹰”过多。参考同为飞翼布局的B-2，保守估算RQ-180结构系数为23%。

图5 卫星地图显示的疑似RQ-180新建机库。

图6 RQ-180在不同翼展下，其发动机布置示意图。

起飞推重比

RQ-180作为大型战略侦察机，一般部署在较为成熟、拥有标准化跑道的美军基地，对起飞滑跑距离的要求不会很高。事实上，在已知的国外军机中，具有较长航时、且对机动性要求较低的亚声速侦察机、轰炸机，其起飞推重比均较低（见表5）。据此推测，RQ-180起飞推重比应在0.25左右，不超过0.3。

表5 相关飞行器型号的推重比。

最大起飞重量

由《航空周刊》的信息可以推测，美国空军希望得到一款比X-47B尺寸更大、航程更长，能力远高于RQ-170的无人机，RQ-180的外形尺寸和重量应大于RQ-170和X-47B。

美军于2017年发布编号为TC 3-01.80的飞机识别手册，该手册明确给出，RQ-170翼展为19.99m，与伊朗捕获RQ-170后公布的数据基本一致。按该手册所给尺寸和外形估算，RQ-170最大起飞重量在10t左右；X-47B的最大起飞重量则为20t左右。因此，RQ-180最大起飞重量应大于20t。以下从不同角度对RQ-180的最大起飞重量进行分析。

由无人机起飞推重比推算是确定最大起飞重量较为常用的方法，准确度较高。上节分析得到，RQ-180起飞推重比为0.25～0.3。考虑配装不同发动机，按起飞推重比0.25进行估算，RQ-180最大起飞重量应在30～46t之间；按起飞推重比0.3估算，最大起飞重量则应在25～38t之间，详见表6。

表6 起飞推重比推算RQ-180的最大起飞重量。

此外，可通过翼载对最大起飞重量进行估算。虽然RQ-180与B-2的最大起飞重量及使用场景均存在差异，但同为无尾飞翼布局且具有洲际飞行能力的亚声速隐身飞行器，应当具有相近的升力特性。我们假设RQ-180与B-2巡航升力系数相当，由升力与重力的平衡关系可以得到，二者的动压与翼载应该呈线性关系；现计算B-2在初始巡航阶段的动压数据（此时飞机重量接近最大起飞重量），对照B-2翼载，结合前文分析得到的RQ-180巡航高度/速度，即可推算得到RQ-180翼载。

D.P.Raymer在《飞机设计：一种概念方法》中介绍，为增加航程，以较远航程为目的的飞行常采用“巡航爬升”飞行轨迹以保持较高的升阻比；参考“全球鹰”的变高度飞行剖面，RQ-180与B-2的巡航高度应随重量下降而增加。资料显示，B-2出航高度为12km，而RQ-180出航高度应在15km左右，计算得到RQ-180最大起飞重量对应翼载约为126kg/m2（表7）。由于RQ-180相比B-2具有更大的展弦比，其升力系数可能比B-2更大，故RQ-180翼载可能大于126kg/m2。

表7 RQ-180翼载推算结果。

在上文对RQ-180外形进行分析时，通过比例建模得到RQ-180几何展弦比约为9.6，据此分别计算翼展为40m及58m的全机投影面积，按翼载126 kg/m2估算飞机最大起飞重量（表8）。考虑上文推算的翼载可能偏小，对应不同的翼展，RQ-180的最大起飞重量应略大于21t～44t量级。

表8 翼载推算RQ-180最大起飞重量。

最后，我们参考相关型号的重量密度，对飞行器重量进行估算。由表9可见，由于不同布局形式、任务使命、载油系数的飞行器，其重量密度存在比较大差异，造成数据分散较大，且各型飞行器准确的面积及体积数据较难获得，因此重量密度统计估算重量的结果仅作为参考。

表9 相关飞行器重量数据统计。

X-47B舰载无人作战飞机对机动性能及结构强度要求较高，因此具有较高的结构重量密度；B-2作为远程战略轰炸机，携带了大量任务载荷，其最大重量密度较高；参考RQ-4A进行估算，RQ-180翼展40m对应的最大起飞重量应在30t量级。

综上分析，考虑RQ-180装配不同发动机，该机最大起飞重量在25～46t之间。

气动特性分析

对于追求超长续航时间的长航时飞行器来说，良好的气动特性至关重要。2001年，诺格公司在“传感器飞机”项目支持下，进行了大展弦比无尾飞翼布局高效气动设计研究，并取得一定成效。之后在2007年，诺格公司收购复合材料公司，为其带来了世界领先的机体制造工艺，可进一步减小阻力。同样，由诺格公司研制的RQ-4B无人机，在19km高空尚可保持28.7的升阻比，可以推断，更为先进的RQ-180将具有世界领先水平的气动特性。

参考D.P.Raymer编写的《飞机设计：一种概念方法》，本文运用浸润展弦比（定义是翼展长的平方除以飞机总浸润面积）估算RQ-180最大升阻比。由构建的三维模型得到RQ-180浸润展弦比为4.58，高度18km、Ma0.6的雷诺数为5.36×106，由冯·卡门公式计算全机摩擦阻力系数Cf，得到Cf=0.0033；假设诱导阻力因子e=1，则可推算RQ-180在巡航设计点的理论最大升阻比约为32.8，这与书中统计图外插得到的RQ-180升阻比约为32基本协调。

另可引入机翼形状因子k来推算RQ-180的最大升阻比。在e=1时，参考工程经验，假设RQ-180的机翼平均厚度为13%～15%，则其机翼形状因子约为1.3，可计算出最大升阻比为30.4。但实际上，机翼载荷不可能完全满足椭圆载荷分布，e小于1.0，并考虑各种杂项阻力，实际最大升阻比约为最大理论值的0.8～0.9，RQ-180的实用升阻比在26.6～29.5之间。基于RQ-4B“全球鹰”28.7的升阻比及相关参考资料信息，本文推测RQ-180修正后的实用升阻比不低于27。

续航特性分析

RQ-180是RQ-4B“全球鹰”的后续替代机型。《航空周刊》介绍，RQ-180续航时间与“全球鹰”相当，可在任务区留空24h。

运用布雷盖方程对RQ-180的续航性能进行估算。前文通过前缘后掠角推算的RQ-180巡航速度约为Ma0.6，巡航高度与“全球鹰”相当或略高，故参照相同量级中等涵道比涡扇发动机高度速度特性变化规律，估算相应发动机在18km、Ma0.6的油耗率，并上浮5%作为装机修正后数据。工程经验表明，此类无人机巡航升阻比与最大升阻比十分接近，故升阻比取为27；载油系数按上文分析保守取为56%；将以上数据带入方程，计算得到RQ-180续航时间大于31h，按Ma0.6折算，能够满足在任务区留空24h（见表10）。

表10 发动机巡航油耗率及对应的续航时间。

此外，由于美国制造的中等涵道比涡扇发动机具有相当优势，且本文所用发动机数据多为20世纪90年代的公开资料，考虑到近30年的技术进步，RQ-180实际采用的发动机很可能具有更轻的干质量与更低的油耗，从而更容易拥有较高的载油系数（接近甚至超过60%）及更高的巡航效率，RQ-180的续航时间极有可能达到RQ-4B的36h。

分析结论

本文基于公开信息，对RQ-180无人机的总体方案及飞行性能进行分析与反设计研究，可以得到初步判断，该无人机为飞翼布局，配装两台中等涵道比涡扇发动机。根据可能配装的发动机不同，翼展在40～58m之间，最大起飞重量在25～46t之间，载油系数不小于56%，起飞推重比0.25～0.3，最大升阻比约27，巡航高度15～20km，巡航速度在Ma0.6附近，续航时间不小于31h，预计可达到36h。最后，分别给出RQ-180配装不同目标发动机所对应的可能总体性能参数（见表11）。

表11 RQ-180总体性能参数。

在此基础上，下面做出进一步推论。

第一，多角度分析表明，RQ-180可能为一型最大起飞重量约46t、可在任务区留空不小于24h的大型双发无尾飞翼布局无人机。

第二，虽然最大升阻比可能较“全球鹰”无人机略偏低，但得益于发动机油耗及干质量方面的优势，RQ-180具有极优越的续航性能；其实际载油系数可能接近甚至超过60%，作为RQ-4B的替代者，其续航时间极有可能达到RQ-4B的36h。