第一章 前言

　　1.1 二十一世纪战场前瞻——未来高技术武器发展的特点和趋势

　　自“沙漠风暴”行动八年来，高技术战争和发达国家的武器装备发展计划大体上可以看出，2020年前后武器装备将进入到信息化时代，将逐步实现体系化、信息化、网络化、精确化、隐身化和轻小型化，并可能呈现无人化的发展趋势。21世纪战场将成为陆、海、空、天、信息五维战场，作战空间将向外层空间扩展。信息战武器、电子战武器、一体化装备、隐身武器、精确制导武器、军用航天装备、无人机／机器人武器将成为军事大国21世纪占优势的主导武器装备，也是发展中国家极力谋求的军事手段，动能与定向能等新概念武器也将陆续实用化。未来高技术武器装备的发展呈现以下的特点和趋势：

　　一、信息进攻与信息防御的攻防对抗将成为未来战争的焦点。计算机网络攻击与防御是信息战的重要内容。这种攻防对抗属于静悄悄的战争较量，其战略破坏性可与核生化大规模杀伤性武器相比。

　　二、电子战已成为信息时代战争的“战略要素”，是夺取信息优势的重要手段。电子战装备是21世纪发展的重点。

　　三、一体化系统的发展和运用将使21世纪战场更透明，指挥近实时，行动更敏捷，夜间变“明亮”，陆海空天作战行动一体化。

　　四、具有高机动性和隐身性的武器平台将成为空中、海上和陆上的主力武器装备。主动隐身技术将得到更多的应用。隐身与反隐身攻防对抗将更加激烈。

　　五、无人机、无人潜航器、无人车辆和战场机器人将成为发达国家2020年前后的重要武器，担当起侦察、探测、压制防空、 战场毁伤评估等作战任务。

　　无人机作为空中的机器人将朝小型化、自主式、隐身、全天候方向发展。无人机将广泛用于高风险环境，完成以信息攻防对抗为主的作战任务。无人侦察机将可能取代有人侦察机，无人作战飞机将可能部分取代战斗机和轰炸机，起到远中近程精确打击作用。随着微电子、微电技术的发展，将可能出现微小型无人机。陆上将出现“战术无人车”、“地面无人车”等机器人车辆， 它们将采用GPS接收机、激光测距仪、热像仪及高分辨率相机等高技术，向全天候、全地形、自主式和小型化发展。有人预言，无人车辆将成为21世纪陆军的核心武器。水中将出现完全自主式无人潜航器(UUV)，用于水下探雷、支持潜艇和水面舰艇作战行动。

　　六、导弹攻防对抗将成为未来高技术战争的重要组成部分，对应的武器系统将呈现明显的对抗性发展格局，中远程精确打击武器装备、防空反导一体化武器装备是发展的重点。

　　七、精确制导武器具有高效费比特征，已成为战争的基本手段。

　　八、以卫星为主体的军用航天系统将是一体化全球感知、全球交战系统的核心，全球卫星导航定位系统将成为未来精确指挥控制、中远程精确打击和精确兵力投送的关键装备。夺取空间优势和控制外层空间将成为21世纪美国航天力量的首要任务。

　　九、未来战争中，动能武器和定向能武器将成为防空反导、反卫星的利器，非致命武器将为未来军事行动提供新的选择。这些新概念武器的逐步应用将意味着作战方式的巨大变化。

　　十、核生化武器依然存在，战略核武器是未来信息化战争的保护伞，争夺核优势将主要在实验室内进行。

　　1.2 未来飞行器设计方案构想——潜母计划及“左右手”

　　展望二十一世纪战争形势的发展趋势，像航空母舰这样庞大的战斗群暴露出很大的弱点。随着巡航导弹、鱼雷等速度、隐身性能和精确打击能力的提高，航空母舰正在受到严重的威胁。而且，航空母舰要形成战斗力，必须依靠护卫舰、潜艇、反潜机等构成一个立体化战斗体系才能实展期威力，从效费比上分析，是相当不合算的。我国的经济实力还不强盛，因此我们必须创新，量体裁衣，建设一支符合我国发展和具有战略意义的国防力量。

　　从世界战争形势格局的不断发展中我们看出，信息化、智能化、隐身性能和高速性能等将是军事建设的主导方向。中国潜艇技术基础比较雄厚，我们应该充分利用优势，设计和建造一支具有中国特色的大海军。根据以上的分析，我提出了“潜母计划”的设想，并在此基础上设计出了一套与之配套的攻击武器，即后面谈到的“左右手”。

　　在“潜母计划”中，我国需要设计建造一种升级版的巨型潜艇，我们给它一个新的称谓：“潜母”(Mother Submarine)。根据设计要求，“潜母”采用核动力驱动，具有噪音低，潜航时间长等特点，能够在世界范围内快速反应。取名为“潜母”，是沿用了航空母舰的战斗思想。作为母舰，“潜母”能够搭载多种联合作战武器，如水空飞行器、微型潜航器、鱼雷、巡航导弹等。在水空飞行器和微型潜航器的协助下，不必再担心受到反潜机和高空反潜武器的威胁，“潜母”具有了更强的生存力；而且能够极大地扩大潜艇的作战半径和战斗力。潜艇也给飞行器和微型潜航器提供了庇护和扩充其威力的平台。“潜母”和水空飞行器等互为补充，极大地增强了隐身性能，缩短的作战反应时间，提高了潜艇和飞行器等武器系统的战斗力。“潜母”的设计思想和性能，决定了其作战形式的多样性。近可以阻击敌人的航母战斗群，防御我国领土和主权不受侵犯；远可以进行登陆战和“外科手术”攻击，在敌国采取侵略行动之前，先发制人。“潜母”实可谓远可攻，近可防。

　　“潜母计划”是对未来战争思想的一个扩充，此次我们具体设计的重点是“潜母计划”当中的“左右手”。“左右手”是指“潜母”搭载的两种潜射飞行器。称之为“潜母”的左右手，是因为这两种飞行器使得潜艇的战斗力和作战范围的到了增强和扩充，而且也提升了其自身的防御能力，这不是相当于给潜艇增添了两个重而有力的拳头吗？这两种潜射飞机器，具有各自不同的特点，取名为“龙影”和“鲲鹏”。

　　“龙影”和“鲲鹏”不同于以往飞行器的概念，主要特点是其采用了水底潜射和水上回收的特殊方式。“龙影”属于高空高速飞行器，翼展小，适合于存放于“潜母”有限的空间里；“鲲鹏”采用了变形翼技术，可以收放机翼，减小存放空间。“龙影”和“鲲鹏”具有一定的抗压能力，可以在水下，通过弹射管，从“潜母”中发射出来，潜航到远处再浮出水面起飞。回收的时候先浅入水底，再游向母舰，从发射管中回收入机库中。这种特殊的方式，无需“潜母”浮出水面，增强了隐蔽性，较少了被探测的机会。

　　以上是“龙影”和“鲲鹏”的相同之处，作为两种不同的飞行器，他们又具有各自的侧重和任务。

　　“龙影”的设计定性为高空高速攻击机，从“龙影”这个名字上可以显现它的性能特点。“龙”，神话传说里描述为一种具有喜水、飞升、通天、善变、显灵、示威等品性的神物。经过漫长时间的创造、演化和升华，龙已成为中华民族容合、福生、谐天、奋进的精神象征。“影”，捉摸不定，变化莫测，神出鬼没。“龙影”机身修长，翼身、发动机一体化，采用乘波体气动设计，火箭/超然冲压组合发动机提供动力，所以能够以8M速度巡航，最高速度可达10M。进气道、尾喷管能够密封，保证在“龙影”能够潜水。在水里用发动机的火箭功能助推。尾喷管采用大宽高比二元矢量喷管，蒙皮采用具有隐身功能和自适应的智能蒙皮，控制系统为由具有高速运算能力的分子计算机构成，这些技术的采用使得“龙影”具有高度隐身性和智能化。

　　高速飞行，会使飞机的头部和机翼前缘等地方气动加热到极高的温度，还有发动机的燃烧室也会达到很高的温度，这些地方都学要采用被动和主动的热防护。被动热防护，主要是在耐高温材料上下功夫。现在的耐高温材料有很多，比如耐高温陶瓷。主动热防护，可以采用发汗冷却技术和热电材料。热电材料可以把热能转换成电能储存起来，作为激光武器的能量的部分来源。另外，“龙影”的燃料为氢气，用储氢材料存储。由于储氢材料吸-放氢时伴随着巨大的热效应，发生热能-化学能的相互转换，且这种反应的可逆性好，反应速度快，所以这种方式是一种有效的蓄热和制冷途径。

　　“北冥有鱼，其名为鲲。鲲之大，不知其几千里也。化而为鸟，其名 为鹏。鹏之背，不知其几千里也。怒而飞，其翼若垂天之云。”“鲲鹏”的命名取自庄子《逍遥游》的这句对鲲鹏的描述。“鲲鹏”是鱼，它拥有一对柔性的“鱼鳍”(变形翼)。在水里的时候，模仿蝠鲼的游泳动作，扑动变形翼提供向前的动力和升力。氢化物电池给扑翼提供持续的能量。根据水翼原理，“鲲鹏”依靠不断地游动提供升力。氢化物电池是利用储氢材料的电化学吸附氢特性及电催化活性原理制作的。在水下游动的时候，“鲲鹏”的进气道和尾喷管都是密封的。进气道模仿鱼鳃，采用智能变形蒙皮，能够自动的根据情况控制进气量或者密封。尾喷管模仿鱼嘴，由上下两半组成，能够通过改名尾喷管的开口大小和形状来控制推力和红外辐射，同时还能上下偏转，属于二维矢量喷管。

　　“鲲鹏”选择泳动的方式潜行具有以下优点：○1隐身性能得到巨大提高。传统的螺旋桨推动方式，噪音大，容易被敌人的海底声纳探测网发现。变形翼能很好地模仿了鱼的游动方式，噪音分贝可接近一般鱼类的噪音强度，使得敌方声纳无用武之地。另外，红外辐射也因为没有发动机而大幅降低，这也是隐身的一个重要方面。○2机动灵活，能够迅速躲避鱼雷的攻击。缺点是：游动速度比较慢，但是可以以空中飞行的方式弥补。

　　“鲲鹏”又是一只鸟，它能在空中自由的飞翔。要完成起飞的动作，“鲲鹏”首先需要通过游动加速，然后跃出水面滑翔，同时打开进气道、尾喷管和完成发动机点火。这个过程相当复杂，需要“鲲鹏”具有多任务协调工作的能力。在点火的过程中，为了防止海浪进入进气道，采用背部进气的方式。点火完成后，飞机有了升力，能够在适当高度贴近海面飞行，避免发动机进水，所以可以使飞机翻转换为腹部进气，以减小雷达反射面积，增强隐身性能。为了隐身，“鲲鹏”的设计在很多方面都作了努力和创新，如前面提到的游动方式。另外，它的飞行方式对隐身也有很大的贡献。低空的时候，“鲲鹏”掠海飞行，腹部进气，既利用了雷达的盲区，又能充分利用地效应升阻比高的优势；高空的飞行的时候，改为背部进气，以光滑平整、小雷达放射的另一面应对敌方的探测。“鲲鹏”选用小涵道比加力涡扇发动机，燃料消耗率低，航程远。在智能控制方面，“鲲鹏”和“龙影”的原理和技术一样。

　　“龙影”和“鲲鹏”的主要任务分配。“龙影”的设计任务为：攻击低、高空反潜武器，协同打击航母舰队，高空侦察，对地面目标进行“外科手术”。“鲲鹏”的设计任务为：攻击水下潜艇和微型潜航器，协同打击航母舰队，水下侦察，对地面目标进行突袭。

　　第二章 “鲲鹏”设计

　　2.1气动仿生设计

　　外形设计与飞行器的性能密切相关，什么样的外形决定了什么样的性能。“鲲鹏”作为未来战场的一种攻击飞行器，要求具有高度隐身和高度机动的特性。为了实现这些能力，“鲲鹏”采用了很多仿生设计。整体布局为飞翼，仿鱼鳃可变进气道和仿鱼嘴二元矢量喷管都是为了更好的隐身而设计的。变形翼可以像鸟的翅膀一样自由弯曲，所以能够充分发挥飞机的性能，从而能够更加机动灵活地自由飞行。

　　2.1.1 飞翼+变形翼

　　“鲲鹏”无人歼击轰炸机采用翼身融合、无尾翼的三角形飞翼布局。飞翼布局空气动力效率高，空气阻力小，雷达反射也小。但常规操作面的操作控制性能极差，而变形翼技术很好的解决了这方面的问题，使得飞翼布局的飞行器从轰炸机、运输机向战斗机方向迈进。

　　变形机翼控制技术，通过在飞行中改变飞机机翼的几何构型，或用流动控制方法来调整翼面上的流动和气动力载荷，使气流的气动力在整个飞行包线中每个飞行状态都接近最佳状态，从而达到提高飞行性能和减轻结构重量的目的，并可省掉传统的操纵面减轻结构重量并获得最佳的控制效果。改变机翼几何外形的技术包括改变机翼形状和翼剖面弯度、通过柔性机翼等实现。

　　2.1.2 仿鱼鳃式进气道

　　进气道的设计关系到发动机的性能和飞机的隐身性能，必须重点考虑。“鲲鹏”不同于传统的飞行器，要求能够实现水空两用。如何解决进气道的密封和阻力问题，成为关键。

　　鱼鳃式进气道有两个性能特点。一是，可变。可变是指进气道的大小形状可以自由改变，以调节发动机的性能，类似于DSI进气道的性能。通过变形还可以实现进气道在水下的密封问题。鱼类的呼吸系统给了我们很好的启发：若使进气道密封时能和机身融为一体便能减小进气道带来的额外阻力。二是，可控。可控是指进气道的变形接受控制系统的指挥，这也需要智能控制系统来解决。

　　2.1.3 仿鱼嘴二元矢量喷管

　　尾喷管是产生红外辐射的主要部位，如何有效地降低红外辐射是隐身性能的关键之一。“鲲鹏”采用了仿鱼嘴大宽高比二元矢量喷管，即能够实现水底密封，还能够有效地对尾焰进行遮蔽。鱼嘴尾喷管采用变形翼相同的技术进行控制，可实现形状大小和二维的方向改变。

　　2.2变形翼技术

　　2.2.1 变形翼材料和结构

　　实现机翼变形的关键在于高强度塑性变形材料、驱动器以及灵敏控制系统。

　　纳米材料：许多纳米材料具有强度高、韧性大、抗腐蚀、抗断裂能力高以及特殊的光学性能等特点，给“鲲鹏”设想的实现提供了现实可行的理论基础和条件。比如，纳米陶瓷具有高活性、高断裂能力和耐冲击的性能，可以有效提高飞机在穿越水空交界时受到的冲击。纳米铜能够实现200%的塑性变形，而良好的塑性性能正是实现变形翼飞机的关键。

　　人工肌肉：在结构中埋入离子交换膜金属复合材料(Ionic exchange polymer metal composites，以下简称IPMC)材料，或称作“人工肌肉”作为变形的驱动器，具有重量轻、成本低、运动平滑、响应快速、组合灵活、动力强劲、自制动、适配性强等优点。

　　人工肌肉的结构：人工肌肉主要由一根橡皮管外包强力的塑料网构成，当被充气和吸气时，可以像人的肌肉一样伸缩。在功率/重量比方面，人工肌肉高达400:1的，而一般的气缸和电动缸只有16:1，因此它也特别适合用于机器人等应用。

　　下表是IPMC、SMA、EAC的特性比较，从中可以看到人工肌肉的优越性。

　　IPMC、SMA、EAC特性比较树脂类IPMC形状记忆合金(SMA)电活性陶瓷(EAC)

　　驱动位移大于10%小于8%0.1-0.3%

　　应力(MPa)10-30约为70030-40

　　响应速度微秒至秒秒至分钟微秒至秒

　　密度1-2.5g/cm35-6g/cm36-8 g/cm3

　　驱动电压(V)4-750-800

　　电源消耗瓦特瓦特瓦特

　　断裂强度能恢复原状、有弹性有弹性脆性

　　智能控制：要实现机翼变形是一个复杂的过程，传统的控制系统已无法有效完成这项任务，而智能控制理论的提出让我们看到了希望。关于智能控制将在后面重点介绍。

　　2.2.2 储氢材料电池作驱动能源

　　驱动人工肌肉的电压只需4~7V左右，所以采用电池作为能源就能满足要求。利用储氢材料的电化学吸附特性及电催化活性原理制作的氢化物电池，具有较高的比能量、无记忆效应、耐过充及过放性好等优点，并且由于选用了储氢材料作为氢气的储存方式，可以提供充足的能源，所以我们选择氢化物电池作为变形翼的驱动能源具有很多优越性。

　　2.3智能控制技术

　　具有一定智能的飞行器，是一个完整的个体。作为人工生命，它像人一样，也应该具有感知能力，思维分析能力，执行行为能力。这些能力大致可以由三个系统来完成：感知系统、行为系统、运动系统。虽然这三个系统具有不同的功能，但是相互之间却紧密联系，相互影响的。

　　2.3.1 智能材料与结构

　　智能材料可以定义为它能以最恰当的方式响应环境变化，并根据此变化显示自己的功能。关于智能材料、智能材料和结构、智能材料结构和系统、智能系统、智能结构等名词的定义并不明确。在不少情况下，他们的意义是基本相同的。特别是“材料和结构”有时应理解为一个单一的名词。可以说它表明了“智能材料”领域，“材料”和“结构”很不容易分开；很难说在传统材料的定义要求下能找到均匀的材料并具有智能。

　　从材料的最初级智能来看，可以分为敏感、致动、处理三大功能。敏感器的功能用于感知(探测监视)外界环境加在材料上的刺激，有时也用于监测自身内部的行为。处理器的功能是把从探测到的信息进行评估，并把它与材料系统预先存储的相关数据资料比较；处理器的功能还包括纪录存储信息、评估用的计算法等。制动器的功能是在由处理器加工过的敏感信息基础上对外界刺激给出恰当的反应(也叫响应)。

　　从材料的固有智能来看，可分为以下功能：自组装、自修复、自诊断、自分解、学习等。智能材料有了这些能力就是有了比最初级智能水平高的智能了，这些现象的背后是更为基础的智能，包括感知、处理、致动能力。它们是多种功能协调动作的结果。

　　“鲲鹏”和“龙影”都采用了纳米智能材料结构。该结构由纳米材料、纳米传感元件、驱动元件、纳米计算组成，具有多功能、智能化、结构健康自诊断、自监控、自校正、环境自适应和损伤自愈合功能的一类仿生结构系统。从解剖学的角度来看，纳米智能材料结构相当于一个由骨骼、神经、肌肉和大脑组成的系统。

　　许多纳米材料具有强度高、韧性大、抗腐蚀、抗断裂能力高以及特殊的光学性能等特点，给“鲲鹏”设想的实现提供了现实可行的理论基础和条件。比如，纳米陶瓷具有高活性、高断裂能力和耐冲击的性能，可以有效提高飞机在穿越水空交界时受到的冲击。纳米铜能够实现200%的塑性变形，而良好的塑性性能正是实现变形翼飞机的关键。另外，可以利用纳米光管对博得吸收、折射率高的特点，以及耐高温、导热快的特点作为特殊的隐身材料。

　　用纳米技术研制的分子传感器，灵敏度能比普通传感器高出数百倍乃至数千倍，使“鲲鹏”能够更早的嗅出敌我双方的动向。

　　嵌装光导纤维传感器或直接具有“感觉”、“记忆”特征的职能材料在飞机机体上，将加快作战飞机向“智能平台”迈进的速度。以智能材料为基础的职能结构将大大改变飞机的行状，飞机的机体将成为一种有自我意识的结构，能够感觉到飞机的应变和应力，并在飞机中做出反应，改变自身形状的控制面，其机翼可以像翅膀一样自己弯曲，从而改变升力和阻力。它们的感觉与飞机的飞行控制系统结合在一起，就能够使飞机在无需担心结构破坏的情况下，充分发挥飞机飞行性能以致接近它的物理极限。飞机的结构受到破坏可以发出早期预报。

　　要实现自适应可以在结构中埋入离子交换膜金属复合材料(Ionic exchange polymer metal composites，以下简称IPMC)材料，或称作“人工肌肉”来实现。结构健康监测可以采用埋入光导纤维传感器，将无损检验(NDI)，无损评价(NDE)纳入材料与结构的初始设计中，将为所有新型结构的连续健康监测创造条件。自修复可以采用内置胶囊仿生自修复机理。

　　2.3.2 智能控制理论

　　智能控制不同于经典控制理论。在线神经网络控制是智能控制中比较优秀的方法，适合动态变化的系统。神经网络具有非线性函数逼近能力，在控制中得到很大的应用，但是离线神经网络算法很难适应动态系统的未知变化。 对于参数及结构不确定的系统，神经网络权值在线修正，可以使动态系统得良好的响应特性。神经网络是一个大规模并联的分布式处理系统，由大量具有知识存贮功能的简单神经元构成。它从以下两个方面模仿大脑:通过学习从外界获取知识;知识存贮在连接各神经元的权重中；神经网络的分布式处理结构。其学习和推广能力使它有可能解决当前难以解决的复杂问题。归纳起来，神经网络有如下几个特点:

　　l)神经网络在结构上与数字计算机截然不同，它是由很多小的处理单元相互连接而成的，每个单元的功能简单，但大量简单处理单元的集体的、并行的活动可以快速地处理信息，得到实时应用;

　　2) 神经网络具有自适应性、自学习和自组织性，求解问题非常灵活，并且有很强的容错性，即使系统内一些处理单元受损，通过自组织和自学习，仍能使系统处于最佳状态;

　　3) 由于神经网络所获得的知识存贮于神经元间的权重中，从单个权重是看不出存贮的知识内容的，它是分布式存贮方式;

　　4) 由大量非线性神经元构成的神经网络本身是非线性的，它能求解模式空间分界面非常复杂的、高度非线性的模式识别问题。因此，神经网络用于信号与信息处理，特别是自适应信号处理有重要意义。

　　人工免疫系统(AIS, Artificial Immune System)是模仿自然免疫功能的一种智能方法，它是在生物免疫系统的启发下，通过模拟其对外界的自然防御机理，实现噪声忍耐、无教师学习、自组织和记忆等功能。其应用涉及机器人控制、数据挖掘、计算机安全、故障诊断、优化、电网负荷预测等许多领域。

　　人工情感(Artificial Emotion)。人对环境的反应通常是以下三方面因素综合的结果，即理性思维、本能反应和情感响应。目前智能控制研究主要集中在如何模拟人的理性思维过程，包括学习、推理和联想记忆。反应式响应是一种较低级的生物反应，例如，动物的经典反射机制。人工情感为实现高性能的智能控制提供了一条新途径。

　　2.3.3 分子计算机

　　虽然神经网络控制在非线性控制等方面非常优越，但是要能够有效地实现神经网络系统的功能，我们需要功能更强大，运算速度更快的计算机系统。现行的微电子加工工艺在10年以后将接近发展的极限，线宽的不断缩小将式的固体电子器件不再遵从传统的运行规律。分子电子学有望解决这些问题。在奔腾电脑芯片中1平方厘米的面积上可以集成 个电子元件，而分子电子学允许在同样大小面积上集成 个单分子电子元件，集成度的提高将使运算速度极大的提高，同时，成本也会大大缩减。分子导线、分子开关、分子电路以及分子芯片的不断相继突破将使分子计算机的实现又向前迈了一大步。分子计算机是人们多年以来的梦想，它可以实现现在计算机所无法真正实现的模糊推理功能和神经网络运算的功能，是智能计算机的突破口之一。

　　2.3.4 多智能体系统

　　智能体(Agent)：在人工智能领域，智能体被定义为具有感知能力、问题求解能力和与外界通信能力的实体，是完全自治或半自治的。“鲲鹏”和“龙影”作为无人机，是一个独立的单兵智能体系统，所以智能体具有的能力，“鲲鹏”和“龙影”都应该满足。

　　“鲲鹏”和“龙影”应具有的能力：①在环境中的行动能力；②可以与其他的Agent直接进行通信；③由倾向驱动；④能有限地感知环境；⑤对环境没有或可有部分表达能力；⑥能够提供服务；⑦可能有自我复制的能力；⑧依据所有的资源、技能、理解、表达和通信等能力进行为满足其目标的行为。

　　“鲲鹏”和“龙影”应具有的知识、目标和能力：具有必要的领域知识、通信知识和控制知识。具有必要的推理、决策等能力。从最终用户角度看，它是用户体现其意图的软件助手，能独立或几乎不需要指导地代表用户完成指定的任务。“鲲鹏”和“龙影”应具有自主性、学习性、社会性、反应性、友好性等特性。

　　“鲲鹏”和“龙影”应具有的特性：①自主性：能自行控制其状态和行为，能在没有人或其他程序介入时操作和运行；②通信能力：能与其他Agent进行信息沟通和交流；③感知和响应能力：能对环境的变化作出及时的感知和响应；④推理和规划能力：具有基于当前知识和经验进行推理和预测的能力；⑤合作和协调的能力：多职能体之间能够消除冲突，以协调工作的方式完成一些单个智能体无法完成却能共同受益的复杂任务；⑥能动性：表现为在目标驱动下自行选择合适的时机采取的行为；⑦适应和进化能力：通过积累经验并学习新的知识，不断地修正自身行为以适应环境的变化。

　　应具有的类似于人的因素：如知识(Knowledge)、信念(Belief)、意图(Intention)、义务(Obligation)、甚至情感(Emotion)

　　多智能体系统(MAS, Multi-Agent System)。单个智能体的能力、知识和计算资源都很有限，而多个智能体组成的多智能体系统是解决大型、复杂、分布式及难预测问题的重要手段。多智能体系统是在逻辑或物理位置上呈分布状态的多个智能体组成的较为松散的联合体，各智能体按预先规定的协议，根据系统的目标状态及自身的目的、资源和知识，利用通信网络，相互之间通过协商确定各自的任务，并通过协调和协作来共同完成任务并达到整体目标。在复杂的动态环境下，由于存在时间和资源的约束，多智能体系统需要解决的关键问题是如何进行资源分配、任务调度、行为协调和冲突消除，使功能独立的智能体通过协商、协调和协作来完成复杂的控制任务或解决复杂的问题。在基于多智能体的兵力生成建模系统中，根据角色的不同，可分为半自主兵力模型、智能兵力模型和指挥兵力模型等三个智能体，其作用分别是：①半自主兵力模型，是描述战场的底层实体，具有智能性较低的反应行为，不具备高级的面向目标的智能行为。②智能兵力模型，同时具有反应式行为和高级智能行为，能够独立地完成目标的智能行为。③指挥兵力模型，主要描述战场指挥实体的指挥控制活动。

　　在多兵力(同种和不同种之间)系统中，单兵系统作为一个职能体，当多兵同时从事同一项或多项任务时，利用多智能体技术建立智能体的协调系统，避免冲突的出现，共同完成复杂并行的作业任务。

　　“鲲鹏”和“龙影”基于多智能体系统的主要能力：①智能性：智能体用于表现其智能的方法，包括其自身的软件和知识表示，描述词汇数据、条件、目标和任务；②连续性：智能体是一个连续运行的系统，它能够检测环境的变化、修正其行为并更新其知识库。智能体的工作可以由某个事件或条件或环境限制的发生而引发。连续性就是对智能体是如何被接触发生及运作的同步性的描述；③通信能力：智能体能够与其他智能体进行信息交流以达到其目标，并且能够通过适当的接口与用户进行直接的交流。这就是需要访问各种大范围的资源和服务。智能体的通信属性是对各种资源、协议和服务的描述。④协作性：智能体自动地将其自身按照用户的要求进行定制，也能自动地适应各种环境变化。

　　2.4隐身性能的主要措施

　　2.4.1 优化外形设计

　　采用翼身融合的保形设计，无外挂设计，弹仓内置，使机身形成平滑过渡的流线形体，以减少雷达信号。 在机翼平面设计上，为了降低RCS，飞行器翼面设计采用前缘后掠；合理调整其后掠角、展弦比、根梢比等参数，以减少散射源；采用飞翼布局，将机翼翼尖修圆，使机翼前缘经圆角逐渐过渡到机翼后缘，使边缘绕射的主散射源变为爬行波次散射源。

　　对于发动机进气道、尾喷管、排气口等，都可看作凹状结构，具有较强的雷达信号特征，因此，这类结构隐身一般采用遮蔽法，其要点是利用机体的某一部分遮避发动机的进气道或尾喷口，以减小雷达探测的视角范围。“鲲鹏”属于低空突防飞机，将发动机的进气道安装在机腹内，尾喷管用鱼嘴式设计可以有效地遮挡空中预警机和雷达对发动机的视线。机腹进气是在第三代战斗机上采用较多的一种进气形式。由于受机体的屏蔽作用，在大迎角时进口的局部迎角远低于自由流的迎角，提高了大迎角时进口气流的质量，对提高大迎角机动性有明显的作用。

　　采用大宽高比二元矢量喷管。二元喷管减小了红外源的尖峰辐射, 改善了红外能量的光谱分布, 明显抑制了喷管及尾喷流的红外辐射。涡扇发动机在采用大宽高比二元喷管以后能够有效地降低热喷流的红外辐射强度,并且红外辐射随着宽高比的增加而降低,但是在宽高比大于8以后红外辐射度不再随着宽高比的增加而明显降低。大宽高比矩形喷管射流尾焰呈羽状分布，增强了与外界大气的掺混，并且随着宽高比增大而增强，使高温区进一步缩短，红外抑制特性增强。

　　2.4.2 特殊的飞行方式

　　在水中的时候采用游动的方式，能够有效地避开雷达和声纳的探测。在掠海飞行的时候，进气道位于下方，上方的雷达反射面极小，致使空中预警机也不能发现。在高空飞行的时候，进气道滚转到上方，以小的雷达反射面面对敌方雷达的探测。“鲲鹏”拥有上天入水的本领，纵使被敌方发现攻击也能迅速的藏入水中躲避。

　　2.4.3 隐身材料

　　雷达隐身材料的应用对隐身技术来说也是很重要的，如果通过合理的外形设计将飞行器的RCS值减少75%以上，那么再使用隐身材料，就可进一步将该值提高到90%以上。雷达隐身材料主要分为雷达透波材料和雷达吸波材料(RAM)以及导电材料。还有许多红外隐身材料能减少发动机等处的红外辐射度，增强红外隐身能力。由于隐身材料技术已比较成熟，所以不再累述。

　　等离子体隐身技术。等离子隐身技术是目前谈论最多的一种隐身技术，很多苏俄武器迷对它寄予厚望，希望这种技术与苏式超级机动战斗机结合，可以打造出能够与美式新战机一较高低的未来超级战斗机。

　　这种隐身技术依赖的等离子体是指当任何不带电的普通气体在受到外界高能作用后，部分原子中电子成为自山电子，同时原子因失去电子而成为带正电的离子。这样，原中性气体变成由大量自由电子、正电离子和部分中性原子组成的新气体，该气体被称为物质的第四态或等离子态。等离子体能够吸收雷达电磁波。当外界雷达波的频率高于目标等离子的本底频率时，高频雷达的波信号进入等离子体，通过波与带电粒子的相互作用，把波的能量转移到等离子体的带电离子上，从而减少反射回雷达站的电磁波信号。

　　当外界雷达波的频率低于目标等离子的本底频率时，电磁波具有绕过等离子体的倾向。这是因为等离子体对电磁波来说相当于一个凹面镜，电磁波进入等离子体后会偏折方向，自然绕过等离子体，从而绕过被等离子体包裹的物体。

　　2.4.4 智能隐身控制

　　隐身武器智能化：智能化的“鲲鹏”将具有自适应隐身能力。它能够根据目标威胁的位置、传感器探测方式自动调整自身容易暴露的部位，使自身具有最佳隐身性能的部位朝着威胁方向。这样可减小对机载有源电子战装备的依赖"有效避开敌方的电子探测。目前已经开展的智能隐身应用方向有：用于飞行器的与天线融合的智能蒙皮，用于潜艇的吸声智能蒙皮，可根据环境变化自动保持一致的光隐身蒙皮等。

　　2.5 小涵道比加力涡扇发动机

　　2.5.1 氢燃料和储氢材料

　　考虑到“鲲鹏”经常在水中活动，所以选择了比冲高，推力范围大、能反复起动、能控制推力大小、点火性能优越、工作时间较长的氢燃料小涵道比加力涡扇发动机。储氢材料的选用，使得飞机受到冲击时能够具有很高的安全性。大海有取之不尽的氢气资源，所以和核潜艇配合使用不存在能源的问题。

　　现在研究以发现很多性能优越的储氢材料，如炭纳米管。该材料储氢密度大，而且能可逆、快速地吸放氢，有适当的平衡分解压，放氢温度低，循环寿命长。用这种方式存储，运输更方便、更安全，可有效降低事故的损害程度。下图为炭纳米管储氢示意图：

　　2.5.2 发动机的结构和性能

　　涡轮风扇发动机是由喷管排出燃气和风扇排出空气共同产生反作用推力的燃气涡轮发动机。涡轮风扇发动机由风扇、压气机、燃烧室、驱动压气机的高压涡轮、驱动风扇的低压涡轮和排气系统组成。其中压气机、燃烧室和高压涡轮三部分统称为核心机,由核心机排出的燃气中的可用能量,一部分传给低压涡轮用以驱动风扇，余下的部分在喷管中用于加速排出的燃气。风扇转子实际上是 1级或几级叶片较长的压气机，空气流过风扇后，一部分流入核心机称为内涵气流由喷管高速排出产生推力，另一部分围绕核心机的外围流过，称为外涵气流，也产生推力。这种有内外二个涵道的涡轮风扇发动机又称为内外涵发动机。流经外涵和内涵的空气流量之比称为涵道比或流量比。涵道比对涡轮风扇发动机性能影响较大,涵道比大,油耗率低，但发动机的迎风面积大；涵道比较小时，迎风面积小，但燃料消耗率大。涡轮风扇发动机可安装加力燃烧室，成为加力涡轮风扇发动机。

　　加力式涡轮风扇发动机在飞机巡航中是不开加力的，这时它相当于一台不加力式涡轮风扇发动机，但为了追求高的推重比和减小阻力，这种发动机的涵道比一般在 1.0以下。在高速飞行时，发动机的加力打开，外涵道的空气和涡轮后的燃气一同进入加力燃烧室喷燃料后再次燃烧，使推力可大幅度增加，甚至超过了加力式涡轮喷气发动机，而且随着速度的增加，这种发动机的加力比还会上升，并且燃料消耗率有所下降。加力式涡轮风扇发动机由于具有这种低速时较燃料消耗低，开加力时推重比大的特点，目前已在新一代歼击机上得到广泛应用。

　　“鲲鹏”使用小涵道比、带加力燃烧室的涡轮风扇发动机，在亚音速飞行时不使用加力燃烧室，耗油率和排气温度都比涡轮喷气发动机低，因而红外辐射强度较弱,不易被红外制导的导弹击中。使用加力作2倍以上音速的飞行时，产生的推力可超过加力涡轮喷气发动机。因为涡扇发动机效率高，燃料消耗低，所以飞机的航程远。

　　2.6设计任务

　　“鲲鹏”的用途：

　　①反舰、防空作战。“鲲鹏”可以水空两面对敌军的舰艇、航母以及反潜机将进行快速机动的攻击。装配了“鲲鹏”的潜艇，相当于增添了强有力拳头，远可攻，近可防。

　　②反潜、扫雷。“鲲鹏”可凭借其载荷能力强的特点，携载大量的声纳浮标、探测仪器和反潜武器，成为一个有效的反潜平台。通过战术数据链交互能力和数据分发与组网能力的提高，“鲲鹏”群的威力将被进一步放大。美国的无人潜航器(UUV)也只能望而生畏了。水雷对于几乎全程掠海飞行的水面效应飞行器完全奈何不得，相反，装上扫雷具的“鲲鹏”将成为水雷的头号“克星”。

　　③攻击地面目标，争夺制空权。“鲲鹏”由潜艇搭载，且高度隐身，机动性能好，可长时间巡游和潜伏在浅海地区，所以可以对地面军事目标进行迅速的“外科手术”。

　　④侦察。由于“鲲鹏”在水里采用储氢电池，所以可以长时间巡游，而且因为游动方式噪声小，红外辐射小，所以具有很高的隐身性能，所以完全可以胜任海中侦察的任务。特别是在环境复杂的浅海地区，长时间、自主地进行隐秘工作，可有效收集水底和水面情报，作为诱饵协助母舰猎杀敌方潜艇，或者对敌方潜艇进行长时间跟踪。“鲲鹏”并且拥有智能化的攻击能力，可搭载各种类型的鱼雷、导弹进行自主攻击。与美国的“鸬鹚”无人相比，“鲲鹏”的优势更加突出。“鸬鹚”的潜水方式和回收方式都很容易暴露潜艇的方位，有可能给潜艇带来致命的威胁。而“鲲鹏”采用潜艇深水投放，可游弋到一定距离后浮出水面点火升空。

　　⑤网络中心站。无人机的任务将很快扩展到电子干扰、通信截听、隐含电磁频谱的图像生产、弱信号测量等领域，并将具备对地面辐射源精确定位、侵入并接管地方网络系统、将算法包植入敌网络、利用新型有源相控阵雷达(其中一些与机体表面一体化)对敌方导弹和机载雷达进行干扰或攻击等能力。

　　2.7三视图及技术参数

　　1)机身尺寸：

　　翼展 17.50米

　　机长 23.00米

　　机高 3.50米

　　2)重量：

　　空重10,000公斤

　　最大起飞重量 40,000公斤

　　3)动力：

　　发动机 小涵道比加力涡扇发动机

　　推力 30,000公斤力

　　4)飞行性能：

　　最高速度 3马赫

　　超音速巡航 2马赫

　　飞行航程 15,000公里

　　实用升限 20,000米

　　5)潜航性能：

　　水下巡航速度 20节

　　下潜深度 200米

　　噪音分贝 40分贝

　　6)武器系统：

　　智能雷达

　　智能声纳

　　空空导弹

　　炸弹

　　鱼雷

　　第三章 “龙影”设计

　　3.1 乘波体气动设计

　　3.1.1 乘波体的概念和特点

　　乘波体，是指一种外形特殊的，其所有的前缘都具有附体激波的超音速或高超音速飞行器.与传统的超声速或高超声速飞行器相比，有几个明显的特点：

　　(1)“乘波”。激波完全附着于飞行器的前缘，这是乘波体和传统的超声速或高超声速飞行器的最主要的区别。传统的超声速或高超声速飞行器在高速飞行时会产生激波，但多是脱体激波。而乘波体是一种经过特别设计的飞行器，它可以使激波附着于整个前缘。

　　(2)高升阻比。由于激波附着于乘波体的前缘，所以可以防止下表面的高压气流“漏到”上表面，这样就可以提高上、下表面间的压强差，从而使得飞行器的升力增加。而传统的飞行器由于激波不能完全附着于前缘，上下表面间的气流相连通，下表面的高压气流“泄漏”到上表面，从而导致飞行器的升力减小，升阻比也减小。在这种情况下，飞行器为了增加升力，不得不加大飞行迎角，从而导致飞行器的其它性能受到限制。虽然乘波构型的升阻比L/D随攻角α的变化与普通构型非常接近，但在相同的攻角下，乘波构型的升力却比普通构型的升力要大得多。因此，在相同的升力下，乘波构型的升阻比要高得多。

　　(3)进气道工作性能好。传统的飞行器多采用机身两侧、机头或机腹进气。当采用机身两侧进气时，由于受机头到机身这段距离的机体的影响，进气道无法获得比较均匀的气流。而采用机头进气时，虽然进气道的流场比较均匀，但是随之而产生的是雷达、天线安装问题。而乘波体的进气道则可以在获得均匀的流场的同时，不影响其它的性能。这主要是因为乘波体的下表面对气流有压缩作用，所以可以通过控制乘波体下表面的形状来控制在下表面产生几道激波，从而使得流过的气流恰好交在发动机进气道的唇口上。这样可使进气道的工作性能提高，同时使发动机达到最佳的工作状态。

　　由于乘波体的飞行马赫数极高，使得发动机在点火时出现很大的困难，这就是乘波体设计中特别关注发动机和燃料的选择的原因。在目前的乘波体设计中，主要采用超燃冲压发动机。

　　3.1.2 一体化设计

　　“一体化”顾名思义，就是将乘波体的外形和发动机有效地结合为一体，从而使得两者的性能都得到最大的发挥。

　　前机身/进气道/发动机一体化设计是提高飞行器升阻比的重要方法。自国际上第一次提出高超声速飞行器的概念起，人们就不断探索机身/发动机一体化设计技术，对于气动力一体化概念来说，重要的是前机身与发动机进气道和机身后体与发动机喷管的一体化设计，一体化结构和气动布局的恰当选择可以使飞行器的升阻比和发动机推力明显提高，提高进气道总压恢复系数，保证发动机所需流量，从而提高发动机的推力并保证其工作的稳定性。机身后体与发动机尾喷管的一体化可产生后体升力，从结构上减小重量，提高飞行器的有效载荷能力。

　　高超声速/冲压发动机一体化设计模型

　　机体与发动机高度集成具有很多优点：

　　(1)可利用前体对来流进行预压缩，提高了进气道的来流压缩能力；

　　(2)减少了发动机的迎风面积、飞行器阻力和重量；

　　(3)飞行器的湿面积减少，大幅度降低飞行器的冷却流量需求；

　　(4)超燃冲压发动机便于做成模块式，飞行器可按推力需要选装适当数目的模块发动机，增强了同一型号发动机的适应性。发动机尺寸缩小，对试验设备的要求随之降低。

　　“龙影”的进气道外罩唇口置于前体转折点之前，以增大前体压缩气流的捕获量。

　　巡航马赫数Ma~

　　“龙影”的头部半径比较小，以减小阻力;头部半径对进入发动机的气流也有影响，小的头部半径可以减小高温烩层和总压损失。但是太小的头部，气动加热温度高，对防护材料的要求更高，所以要择中考虑。

　　3.2火箭/冲压组合发动机

　　3.2.1 发动机的结构和性能

　　超声速燃烧冲压发动机是一种新型的吸气式动力装置，因其良好的性能和巨大的潜在优势，在未来的航空、航天领域中具有广阔的应用前景。超燃冲压发动机由进气道、隔离段、燃烧室和尾喷管组成。与涡喷发动机相比，超燃冲压发动机结构简单，主要由进气道，隔离段、燃烧室和尾喷管组成。上世纪六十年代末，超音速燃烧冲压发动机与飞行器机体一体化的设计思想被提出，其特点是将飞行器机体的下表面作为发动机的进气道与尾喷管的一部分，使飞行器的前体作为进气道的预压缩面，后体作为发动机喷管膨胀面的组成部分，从而可以减小发动机的迎风面积，降低外阻力和重量。一体化超燃冲压发动机的尾喷管与机身后体统称之为尾喷管，又称后体喷管。超燃冲压发动机尾喷管分为内部喷管和外部喷管，外部喷管即机身后体。后体喷管没有喉道，而类似于斜切口，如图所示。

　　在高超声速飞行时，后体喷管是推进系统产生推力的主要部件，其作用是将燃烧室出口高温高压的燃气膨胀加速，使喷管排出的气流动量大于进气道捕获气流的动量，从而使发动机产生净推力。

　　“龙影”使用的火箭/冲压组合发动机是结合了火箭发动机和超然冲压发动机各自优点于一体的高超声速发动机。该发动机虽是两种不同发动机的组合，但是使用同一种燃料——氢气。“龙影”自带一个小液氧罐，使其能够在没有空气的情况下点火，同时也是为了能够加速到超然冲压发动机工作的最小马赫数，从而实现水空两用和大速度阈内飞行。

　　3.2.2 燃料的选择

　　供选择的燃料主要有两种：液氢和烃。烃具有容易存储和控制比较方便的优点，而氢的密度比较小，大约是烃的1/11，所以氢在存储时，所需要的存储容器的体积比烃大得多，这样会导致整个飞行器的体积和重量增加，但这个问题有望通过储氢材料解决。氢在点火时的性能要优于烃燃料，烃燃料的点火时间会比氢的点火时间大约滞后一个数量级。

　　推进系统采用氢燃料的火箭/冲压组合发动机。在M8以上碳氢燃料的冲压发动机受来流总温和超音速燃烧等条件的制约已经不能正常工作，只有采用氢燃料的发动机来实现，同时氢燃料发动机比冲高、而且还可以用于主动的热防护系统。火箭组合的超燃冲压发动机启动马赫数约为3左右，这样助推火箭发动机仅需将飞行器加速到马赫数3，设计相对简单，降低了整个武器系统的使用费用。

　　氢气不仅质量轻、反应活性强、比冲量大，而且发生化学反应后生成的事水或水蒸汽，因此它是未来储能的绿色能源。用氢气作为能源燃料可以减轻工作装置的质量。如果飞机以氢气为燃料，单位质量的氢气和单位质量的喷气燃料相比，前者的能量是后者的3.5倍，这大大减轻飞机的燃料承载量。以氢气为燃料的“龙影”具有很多优越性：质量轻、机翼较短、发动机台数少、能量/质量比高、噪声小等。碳纤维作为氢的储藏材料，储氢量可高达10%(质量)；超海绵状纳米碳纤维的储氢量可以达到40%(质量)，在室温下工作，可释放其中80%的氢气。

　　综合比较，氢气具有更多的优点，更符合“龙影”的设计要求。

　　3.3变形翼和智能控制

　　“龙影”采用的变形翼和智能控制的原理和技术与“鲲鹏”的相同，这里就不再重复。指出一点：“龙影”属于高超声速飞行器，不能像“鲲鹏”那样做大幅度的机翼变形，因为会受到很大的阻力和干扰。所以“鲲鹏”和“龙影”在变形翼材料上有所不同。

　　3.4热防护技术

　　高超声速飞行器的飞行动压高，气动加热对飞行器壁面形成很强的热载荷，尤其是头部驻点、机翼前缘、超燃冲压发动机侧板等位置。超燃冲压发动机内部是高超声速气流减速后继续燃烧的高速、高温气流，壁面附近燃气总温可达2500K~3000K，对流传热严重。高超声速飞行器发动机一体化构型的工作环境热载荷大，超过了非烧蚀辐射型热防护材料的承热能力，在被动热防护的基础上还必须采用主动冷却方式。

　　3.4.1 被动防热方案

　　采用隔热结构。这种结构兼有热沉结构和热结构二者的特征，一般可认为是表面隔热结构。其表面受热，并辐射掉大部分入射热量，而隔热层则阻止剩余入射热量中的大部分向内传递，最后仅有一小部分热量传至次层结构，并以热沉方式存储在此结构中。该结构也可保持气动外形不变。隔热结构的主要选材是氧化硅、氧化铝等轻质、隔热的陶瓷材料及耐久性金属材料。当今，纳米材料取得了巨大的进展，纳米陶瓷既具有普通陶瓷隔热和高强度的性能，又有超塑性，有望成为“龙影”隔热结构的良好材料。

　　3.4.2 发汗冷却技术

　　发汗冷却技术作为一种仿生技术，是利用生物为了生存对所处环境(温度)进行自身调节的一种能力和技术。发汗冷却材料就是材料处在高温环境下工作时，通过自身“出汗”以降低材料本身的温度，进而达到热防护的目的。与膜冷却相比，发汗冷却有较大的优势，所需冷却剂很少，冷却剂注入壁面的速度很小，所以对主流的扰动较小，由此产生的性能损失不大。与再生冷却相比，一方面它可以产生比再生冷却更好的冷却效果；另一方面，由于冷却剂流速小，产生的压降也相对较小，这可以大大提高燃烧室的室压，提高燃烧效率和整个发动机的性能。

　　“龙影”采用强迫发汗冷却。强迫发汗冷气是一种复合冷却技术，由发汗冷却和气膜冷却组成。首先把材料制成多孔材料部件，在工作过程中液体料在高压下从部件材料的“汗孔”渗出蒸发以带走部件基体的热量使部件降温，以达到部件材料的冷却降温和保证部件不被高温烧蚀的目的。

　　3.4.3 高温热电材料进行热电转换

　　利用高温热电材料，可以把机身表面产生的气动热能转化为电能，作为“龙影”激光武器的部分能量来源。既能够有效地制冷，又解决了激光武器的高能来源。虽然现阶段还没能研制出高温性能良好的热电材料，但是相信不久的将来一定能够取得突破。下面以半导体热电发电机为例，介绍一下热电原理。

　　半导体热电发电机(简称为 TEG),实质上是许多p和n型半导体材料按照一定的排列组合方式构成的半导体堆(Thermopile)。因此,半导体热电发电也经常被称为半导体热电堆发电。

　　TEG 的工作原理如下:发电机工作于冷热源之间,其热端从热源吸热,然后由冷端向冷源放热,同时将热能转化为也能,以温差电动势或电流的形式输出。TEG 产生的温差电动势主要由汤姆逊(Thomson)电动势和帕尔贴电动势组成。其中,汤姆逊电动势是由半导体材料中导电机构(自由电子或空穴)的热运动产生的。当半导体材料的两端存在温差时,半导体的导电机构受到热激发后运动状态会发生改变。对于n型半导体,自由电子从高温向低温迁移,因此在低温端积累电子带负电,而高温端缺乏电子带正电。同时,高低温端会在导体中建立起一个静电场,一方面阻止自由电子从高温向低温运动,一方面使反向的自由电子加速到低温端。当达到静电平衡时,半导体两端就会形成一定的电动势。对于p型半导体,导电机构主要是空穴,与自由电子的电荷数目相等,但符号相反。因此,产生的电动 势也与n型半导体相反。

　　帕尔贴电动势是由于两种不同半导体的结点两端的自由电子以及空穴的密度不同引起的。自由电子或空穴从一种半导体向另一种半导体迁移,最终在结点的两端形成正负电荷积累,并建立起静电场,阻止自由电子或空穴的移动。当达到平衡状态时，结点两端就会形成一个电动势。

　　TEG循环与传统热力发电相比具有以下的优点:无噪音、无污染、无旋转机械运行寿命很长维修少,可靠性高；能够满足中小发电量的要求,可以灵活地调整负荷。对热源温度要求较低,即使在100℃以下,也能输出电能；能够适用于特殊场合(如荒漠、深层空间等)的发电需要。

　　上图是温差电致冷装置原理图。当电流I通过由导流片相联接的p型和n型热电对时，将产生Petlier效应，在一端吸热(制冷)而在另一端放热，图(a)。图(b)是温差发电装置原理图。当装置的两端存在温差时，由于Seebeck效应，将产生电势。此时若构成电流回路，将可产生电流I。

　　3.4.4 储氢材料制冷技术

　　储氢材料吸放氢时伴随着巨大的热效应，发生热能-化学能的相互转换，这种反应的可逆性好，反应速度快，因而是一种特别有效地蓄热和热泵介质。储氢材料贮热能是一种化学储能方式，长期储存毫无损失。考虑到“龙影”是以储氢材料来储存氢燃料，所以可以这项制冷技术，一是达到了热防护的作用，二是释放出氢气供发动机燃烧，一举两得。

　　3.5设计任务

　　“龙影”的用途：

　　①反舰、防空作战。“龙影”的飞行速度高，可以从高空对敌军的舰艇、航母以及高空反潜武器进行迅速机动的攻击。

　　②攻击地面目标，争夺制空权。“龙影”由潜艇搭载，速度快，隐蔽性好，而且其搭载的高能激光武器能够有效地进行定点打击。

　　③侦察。“龙影”巡航速度达到8M，飞行高度30000米，当其搭载侦察系统的时候完全有能力胜任侦察任务。

　　④网络中心站。无人机的任务将很快扩展到电子干扰、通信截听、隐含电磁频谱的图像生产、弱信号测量等领域，并将具备对地面辐射源精确定位、侵入并接管地方网络系统、将算法包植入敌网络、利用新型有源相控阵雷达(其中一些与机体表面一体化)对敌方导弹和机载雷达进行干扰或攻击等能力。

　　3.6三视图及技术参数

　　1)机身尺寸：

　　翼展 10.00米

　　机长 15.00米

　　机高 2.50米

　　2)重量：

　　空重8,000公斤

　　最大起飞重量 20,000公斤

　　3)动力：

　　发动机 火箭/冲压组合发动机

　　推力 15,000公斤力

　　4)飞行性能：

　　最高速度 10马赫

　　超音速巡航 8马赫

　　飞行航程 20000公里

　　实用升限 30千米

　　5)潜航性能：

　　水下巡航速度 50节

　　下潜深度 200米

　　噪音分贝 60分贝

　　6)武器系统：

　　炸弹

　　空空导弹

　　智能雷达

　　高能激光武器

　　高空制导鱼雷

　　总结：设计创新

　　一、“鲲鹏”无人潜射歼击轰炸机亮点：

　　1、采用潜艇搭载，水下发射，水下回收，地效飞行

　　2、采用基于纳米智能材料和人工肌肉的变形翼技术

　　3、以泳动的方式在水下潜行

　　4、以氢气为燃料，用储氢材料储存

　　5、基于神经网络控制和分子计算机的智能控制系统

　　6、进气道和尾喷管使用仿生设计

　　7、大宽高比二元矢量喷管减少红外辐射

　　8、选用储氢材料电池作为变形驱动能源

　　二、“龙影”无人潜射高超音速歼击机亮点：

　　1、采用潜艇搭载，水下发射，水下回收

　　2、采用基于纳米智能材料和人工肌肉的变形翼技术

　　3、使用火箭/超然冲压组合发动机

　　4、以氢气为燃料，用储氢材料储存

　　5、基于神经网络控制和分子计算机的智能控制系统

　　6、机身和发动机采用乘波体和一体化设计

　　7、使用了发汗冷却等多种冷却技术

　　8、装配高能激光武器

　　参考文献：

　　1、《智能控制与智能系统》 许力 著 机械工业出版社 2007年2月第1版

　　2、《人工鱼》 班晓娟等 著 北京-科学出版社 2007年10月

　　3、《纳米技术》 翟庆洲 著 兵器工业出版社 2006年3月第1版

　　4、《无人机战术运用初探》 郑金华 著 军事谊文出版社 2006年12月第1版

　　5、《现代隐身飞机》 [英]D.理查森 著 科学出版社 1991年1月第1版

　　6、《我的世界是圆的——科拉尼和他的工业设计》 霍郁华编 航空工业出版社 2005年10月北京第1版

　　7、《智能控制技术》 韦巍 编 机械工业出版社 2007年11月第1版

　　8、《功能材料学概论》 马如璋等 编 冶金工业出版社 2006年2月第2次印刷

　　相关专题：第三届飞行器设计大赛