波音和皮亞塞茨基公司的無人遠(yuǎn)征裝備無人機(jī)方案

格拉漢姆·瓦里克

美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)于2017年5月發(fā)布了一份“無人遠(yuǎn)征裝備”（MUX）的招標(biāo)書，要求工業(yè)界研制一種大型（Group 5）的長航程、長航時(shí)、可垂直起降的艦載/陸基多任務(wù)無人機(jī)，能夠同時(shí)滿足在兩棲突擊艦和遠(yuǎn)征軍陸基使用的需求，并能夠與MV-22“魚鷹”和F-35B搭配使用，預(yù)計(jì)在2020年代中期投入服役。

為了更好地規(guī)劃“無人遠(yuǎn)征裝備”計(jì)劃的目標(biāo)和實(shí)施途徑，美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)同時(shí)還在關(guān)注美國國防部預(yù)研局（DARPA）的“戰(zhàn)術(shù)偵察節(jié)點(diǎn)”（TERN）計(jì)劃、“空中可重構(gòu)嵌入式系統(tǒng)”（ARES）計(jì)劃和美國海軍研究辦公室的‘空中自主貨運(yùn)/通用系統(tǒng)”（AACUS）計(jì)劃，并和美國海軍就‘無人遠(yuǎn)征裝備”計(jì)劃展開了密切的合作。

自那時(shí)以來，“無人遠(yuǎn)征裝備”計(jì)劃吸引了很多競標(biāo)者，包括極光飛行科學(xué)公司、波音公司、貝爾公司、卡雷姆公司、西科斯基公司、諾斯羅普·格魯門、洛克希德·馬丁/皮亞塞茨基公司等，通用原子公司也可能參與到競爭中來。

2018年4月23日，美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)又對“無人遠(yuǎn)征裝備”計(jì)劃的需求進(jìn)行了優(yōu)化，著重凸顯其預(yù)警、情報(bào)、偵察和監(jiān)視（ISR）、電子戰(zhàn)及通信中繼四項(xiàng)能力，弱化了物資運(yùn)輸能力，力求最大效率地提高美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)空地特遣部隊(duì)的作戰(zhàn)能力。

美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)在今年6月6～7日的工業(yè)日聽取了各方面意見后，將發(fā)布最終的招標(biāo)書，并計(jì)劃于2019財(cái)年第二季度正式確定“無人遠(yuǎn)征裝備”計(jì)劃無人機(jī)的方案，2025年或2026年實(shí)現(xiàn)“無人遠(yuǎn)征裝備”計(jì)劃無人機(jī)的初始作戰(zhàn)能力，2034年前實(shí)現(xiàn)全面作戰(zhàn)能力。

本文介紹近日由波音公司和美國皮亞塞茨基飛機(jī)公司揭示各自的一個(gè)“無人遠(yuǎn)征裝備”計(jì)劃競標(biāo)方案。

波音的尾坐式方案

波音公司正在研究的一種潛在布局是尾坐式的課垂直起降的“無人遠(yuǎn)征裝備”無人機(jī)設(shè)計(jì)，這種借鑒是波音公司在20世紀(jì)90年代中期研制，并與1995進(jìn)行飛行試驗(yàn)的一種小型的“直升機(jī)翼”（ Heliwing）無人機(jī)的經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

“直升機(jī)翼”的翼展為5.2m、總重為660kg，由一臺(tái)功率176kW的威廉姆斯WTS117渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)兩副直徑2.13m的螺旋槳作為動(dòng)力，設(shè)計(jì)的前飛速度為180km/h，能攜帶任務(wù)載荷90kg，續(xù)航時(shí)間為5h?！爸鄙龣C(jī)翼”試驗(yàn)機(jī)第一次飛行是在1995年4月，但是在7月的第9次飛行中由于發(fā)動(dòng)機(jī)熄火飛機(jī)墜毀，計(jì)劃不得不終止。

波音公司現(xiàn)在的尾坐式無人機(jī)方案概念的外形很像“直升機(jī)翼”，只是尺寸更大，在機(jī)翼中部有兩個(gè)大直徑的雙葉推進(jìn)螺旋槳，使幾乎整個(gè)機(jī)翼都浸末在螺旋槳的滑流中，從而確保飛機(jī)在垂直、向前飛行和過渡飛行期間，氣流能始終貼附在機(jī)翼表面上。

尾坐式無人機(jī)方案采用的是直機(jī)翼，只是在螺旋槳的外側(cè)機(jī)翼有適當(dāng)?shù)腻F度，兩個(gè)螺旋槳由安裝在機(jī)身上的一對渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管在著陸時(shí)能偏轉(zhuǎn)，以避免高溫氣流直接噴在飛行甲板上造成的損壞。

設(shè)計(jì)尾坐式無人機(jī)方案設(shè)計(jì)有4個(gè)尾坐著陸支架，兩個(gè)較大的分別安裝在螺旋槳后面的機(jī)翼尾部，另兩個(gè)較小的則分別安裝在垂直尾翼的上面和下面。

與“直升機(jī)翼”不同的是，尾坐機(jī)增加了一個(gè)前翼用于穩(wěn)定和控制，而且前機(jī)身可以向下折疊，機(jī)翼和螺旋槳也可以折疊，便于節(jié)省機(jī)庫停放面積，并且結(jié)構(gòu)是模塊化設(shè)計(jì)的，機(jī)頭可以拆下用另一個(gè)裝有不同任務(wù)載荷的機(jī)頭替換，以執(zhí)行不同的任務(wù)。

波音公司的尾坐式無人機(jī)方案的尺寸要求能在一艘“阿利·伯克”級(jí)驅(qū)逐艦的飛行甲板上使用，當(dāng)機(jī)翼折疊后，能停放在“奧斯卡·奧斯汀”號(hào)（DDG-79）驅(qū)逐艦以及后續(xù)的同級(jí)艦的直升機(jī)機(jī)庫中。只是尾坐式無人機(jī)方案概念的一個(gè)值得關(guān)注的問題是，飛機(jī)在有側(cè)風(fēng)的環(huán)境下垂直起降時(shí)的可操縱性，因?yàn)闄C(jī)翼的迎風(fēng)面積較大，特別是在戰(zhàn)艦的較小飛行甲板上使用時(shí)，為此波音公司正考慮在垂直著陸時(shí)機(jī)翼能折疊，以減少機(jī)翼側(cè)翼面積受風(fēng)的影響。

皮亞塞茨基飛機(jī)公司的OV-X

美國皮亞塞茨基飛機(jī)公司（ PiaseckiAircraft）正在研究的一種“無人遠(yuǎn)征裝備”布局，是名為OV-X的模塊化多任務(wù)垂直起降無人機(jī)。OV-X是衍生于皮亞塞茨基公司與洛克希德·馬丁公司合作為美國國防部預(yù)研局“空中可重構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)”（ARES）計(jì)劃而研制的可傾轉(zhuǎn)涵道風(fēng)扇無人機(jī)。目前，OV-X的飛行驗(yàn)證機(jī)正在皮亞塞茨基公司進(jìn)行最后的總裝，計(jì)劃于今夏秋季在皮亞塞基進(jìn)行地面振動(dòng)試驗(yàn)，之后將移至亞利桑那州的尤馬試驗(yàn)場，在2018年財(cái)政年度適當(dāng)時(shí)候進(jìn)行飛行試驗(yàn)。

美國國防部預(yù)研局的“空中可重構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)”計(jì)劃是要研制一種能空地兩用的模塊化的垂直起降的無人機(jī)系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)飛行器，為此，洛克希德公司與皮亞塞茨基飛機(jī)合作，提出了一種可以隨時(shí)吊起和放下有效載荷的模塊化無人機(jī)設(shè)計(jì)方案。

這種“空中可重構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)”方案是一種具有雙重模式的飛行器，既可以在地面上高速行進(jìn)，也可以垂直起飛和降落，機(jī)翼上有兩個(gè)可傾轉(zhuǎn)的涵道風(fēng)扇用以飛行器的高速平飛、懸停和著陸，與涵道風(fēng)扇同樣可以傾轉(zhuǎn)的外側(cè)機(jī)翼還可向向下折疊。便于存放，在飛機(jī)的中間設(shè)計(jì)有可拆卸的裝卸有效載荷模塊的機(jī)構(gòu)，可以隨時(shí)將有效載荷模塊吊起和放下。

然而，這個(gè)“空中可重構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)”方案受到了“操縱靈便性”（Roadability）的質(zhì)疑，包括涵道直徑、機(jī)翼弦長和翼展的設(shè)計(jì)，所以設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)OV-X方案時(shí)，仍然也保留了可傾轉(zhuǎn)涵道風(fēng)扇一機(jī)翼的模塊化方案，涵道風(fēng)扇分別由裝在固定中心機(jī)身中的兩臺(tái)霍尼韋爾公司的HTS 900渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)，機(jī)翼設(shè)計(jì)在涵道風(fēng)扇的外側(cè)，不同的任務(wù)載荷模塊仍然攜帶在中央機(jī)身下，但是進(jìn)行了較大的改進(jìn)，采用了更大直徑、更深的涵道風(fēng)扇外，而且與“空中可重構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)”方案采用無尾布局不同，還增加了帶有兩個(gè)嵌入式電風(fēng)扇的高置水平尾翼，以提高俯仰操縱性能和擴(kuò)大模塊的重心范圍，并增加了攜帶任務(wù)載荷模塊的靈活性，從而能攜帶更廣泛的任務(wù)載荷模塊，包括監(jiān)視、打擊和傷員疏散。

皮亞塞茨基公司說，美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)已經(jīng)不再需要對OV-X進(jìn)行“操縱靈便性”評(píng)估，而且OV-X的涵道風(fēng)扇葉片是單循環(huán)旋轉(zhuǎn)的，同時(shí)只有縱向的俯仰控制用來配平飛行器的俯仰運(yùn)動(dòng)，高置水平尾翼也可用以減少俯仰配平阻力。

OV-X設(shè)計(jì)的前飛目標(biāo)速度為250km/h，相比“空中可重構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)”方案的前飛速度僅為150km/h。這更符合“無人遠(yuǎn)征裝備”計(jì)劃能護(hù)航MV-22的要求。

皮亞塞茨基公司說，高溫高原的懸停性能也是必不可少的，因?yàn)楫?dāng)氣流流過涵道唇口時(shí)可為OV-X帶來了超過50%的升力，所以使OV-X在35℃環(huán)境下的無地效懸停高度達(dá)到1800m。

在其他可能的“無人遠(yuǎn)征裝備”計(jì)劃競標(biāo)者中，貝爾公司正在研制稱為v-247的可傾轉(zhuǎn)旋翼方案，諾斯羅普·格魯門公司計(jì)劃采用類似正在為美國國防部預(yù)研局研制的“戰(zhàn)術(shù)偵察節(jié)點(diǎn)”尾坐式VTOL飛翼無人機(jī)的方案，極光科學(xué)飛行公司已經(jīng)展示了稱為XV-24A“雷擊”（LightningStrike）的混合電動(dòng)高速VTOL無人機(jī)方案，西科斯基公司可能會(huì)提出基于“旋翼吹氣機(jī)翼”布局的無人機(jī)方案等。