西科斯基飛機(jī)公司攻擊偵察直升機(jī)發(fā)展

于琦

（中國直升機(jī)設(shè)計研究所，江西景德鎮(zhèn) 333001）

0.引言

FARA與取消的RAH-66“科曼奇”直升機(jī)相比較，“科曼奇”是深受當(dāng)時“縱深攻擊”作戰(zhàn)理論的影響，使用了昂貴的隱身技術(shù)使其能滲透敵空域。FARA沒有更強(qiáng)的“隱身”或“低可探測”的要求，為提高生存能力，F(xiàn)ARA不是依靠其本身采用的技術(shù)，更主要的是利用地形以及與其他作戰(zhàn)力量的協(xié)同。

1.“科曼奇”是西科斯基攻擊偵察直升機(jī)的首次嘗試

RAH-66“科曼奇”是西科斯基公司和波音直升機(jī)公司聯(lián)合研制的雙座攻擊偵察、空戰(zhàn)直升機(jī)，也是第一種隱身直升機(jī)。“科曼奇”的基本設(shè)計理念如圖1所示。

圖1 發(fā)現(xiàn)敵人而不被發(fā)現(xiàn)是“科曼奇”的基本設(shè)計理念

RAH-66于1996年1月首飛。項目總費(fèi)用為340億美元，其中包括19.6億美元的論證/驗證費(fèi)用和9億美元的全尺寸研制費(fèi)用。2003年，低單機(jī)價格飆升至5800萬美元。2004年2月23日，美國國防部宣布取消“科曼奇”研發(fā)項目。從正式立項開始，至項目取消，在該項目上的投入已花費(fèi)69億美元，生產(chǎn)了2架原型機(jī)，研制時間達(dá)21年之久。

隱身技術(shù)和高度綜合的航空電子信息系統(tǒng)是“科曼奇”的兩大特色，代表了當(dāng)今世界直升機(jī)的最高水平，具有典型第四代直升機(jī)技術(shù)特征。雖然由于美軍面臨的威脅環(huán)境和軍事思想發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，而且研制周期過長，研制費(fèi)用飚升，導(dǎo)致美軍取消了這個項目，但RAH-66仍是世界上目前為止第一種按全機(jī)隱身理念設(shè)計的集偵察、攻擊于一體的先進(jìn)武裝直升機(jī)，研制過程中開發(fā)的許多新技術(shù)用于改進(jìn)AH-64、UH-60等軍用直升機(jī)，從而使得這些直升機(jī)技術(shù)水平和任務(wù)能力有了顯著提升。RAH-66紅外抑制系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 RAH-66紅外抑制系統(tǒng)

2.技術(shù)驗證機(jī)X2為攻擊偵察直升機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)

X2是西科斯基飛機(jī)公司研制的一種前行槳葉概念（ABC）旋翼技術(shù)驗證機(jī)。2005年6月，西科斯基飛機(jī)公司宣布啟動X2技術(shù)驗證機(jī)研制計劃，目標(biāo)是通過采用各項新技術(shù)，改進(jìn)共軸式旋翼直升機(jī)性能，在保持和改善原有垂直起降能力的基礎(chǔ)上，使其能以463km/h的速度巡航飛行。與常規(guī)直升機(jī)相比，X2的飛行速度可提高60%。2006年11月，X2開始進(jìn)行地面試驗，2008年8月完成首飛。2010年9月15日，X2飛行速度達(dá)到了預(yù)定的462.5km/h。

X2作為一種先進(jìn)技術(shù)概念的驗證平臺，融合了當(dāng)今直升機(jī)領(lǐng)域的多項先進(jìn)技術(shù)，力求突破當(dāng)前速度的限制，成為世界上飛得最快的直升機(jī)，為衍生發(fā)展出不同用途的直升機(jī)型號鋪平道路。X2構(gòu)型和技術(shù)將適用于各型直升機(jī)（從小型到20t的重型），也適用于軍用、民用，有人或無人直升機(jī)，有著廣闊的發(fā)展前景，主要任務(wù)是森林防火、起重吊裝、人員客貨運(yùn)輸、城市消防、反恐、應(yīng)急救援等。西科斯基公司計劃發(fā)展一個基于“X2技術(shù)”和模塊化設(shè)計的直升機(jī)家族，全面覆蓋軍用和民用領(lǐng)域，公司已經(jīng)針對不同任務(wù)需要設(shè)想了一些應(yīng)用X2技術(shù)的直升機(jī)方案。

X2高速直升機(jī)廣泛采用復(fù)合材料，使槳葉重量更輕，強(qiáng)度更高，機(jī)身作了優(yōu)化處理，外形采用低阻設(shè)計，此外，該機(jī)還特別設(shè)計了流線型的槳軸整流罩。

X2采用“前行槳葉概念”，無需由直升機(jī)轉(zhuǎn)變到飛機(jī)狀態(tài)，加大推進(jìn)螺旋槳的功率便可實現(xiàn)高速前飛。X2技術(shù)驗證機(jī)如圖3所示。

圖3 X2技術(shù)驗證機(jī)

3.過渡型S-97降低了新攻擊偵察直升機(jī)研制的技術(shù)風(fēng)險

S-97 是西科斯基飛機(jī)公司研制的高速直升機(jī)，其設(shè)計基于X2技術(shù)驗證機(jī)。2010年10月項目正式啟動，2013年，S-97項目完成了關(guān)鍵設(shè)計評審，之后項目所有合作廠家開始進(jìn)行部件制造。2013年9月，公司開始S-97原型機(jī)的總裝工作。極光飛行科技公司在位于佛羅里達(dá)州西棕櫚灘的飛行發(fā)展中心向西科斯基公司交付了S-97原型機(jī)的復(fù)合材料機(jī)身，包括一個綜合駕駛艙。

2014年6月，西科斯基飛機(jī)公司成功完成S-97高速旋翼機(jī)原型機(jī)的啟動工作，其新型垂直起降設(shè)計將大大改變直升機(jī)的作戰(zhàn)方式，有望掀起新一輪直升機(jī)技術(shù)革命。S-97高速直升機(jī)于2015年5月22日進(jìn)行了里程碑性首飛，西科斯基飛機(jī)公司發(fā)表聲明稱這種直升機(jī)可滿足美陸軍航空兵下一代輕型偵察/攻擊直升機(jī)的要求。

采用兩副反向旋轉(zhuǎn)的共軸旋翼，與單旋翼布局式直升機(jī)相比，該機(jī)控制系統(tǒng)簡化，外形尺寸緊湊。同時，大量采用復(fù)合材料，突出了高效、敏捷和精確的操作品質(zhì)。采用電傳操縱。槳葉重量更輕，強(qiáng)度更高，機(jī)身也作了減重優(yōu)化處理，外形采用低阻設(shè)計。此外，該機(jī)還特別設(shè)計了流線型的槳軸整流罩。采用“前行槳葉概念A(yù)BC”，無需由直升機(jī)轉(zhuǎn)變到飛機(jī)狀態(tài)，加大推進(jìn)螺旋槳的功率便可實現(xiàn)高速前飛。S-97直升機(jī)如圖4所示。

圖4 S-97直升機(jī)

4.隱身高速Raider X參與未來攻擊偵察直升機(jī)的競爭

4.1 研發(fā)概況

在華盛頓舉行的美國陸軍協(xié)會2019年航展上，西科斯基公司展示了“Raider”X共軸直升機(jī)?！癛aider”X融合了多年來在X2直升機(jī)技術(shù)的開發(fā)、測試和升級中所吸收到的經(jīng)驗，并為作戰(zhàn)人員提供了攻擊能力強(qiáng)、可生存性和智能的裝備，該直升機(jī)將在未來的戰(zhàn)場上會有出色的表現(xiàn)，尤其是空戰(zhàn)。Raider X參展模型如圖5所示。

圖5 Raider X參展模型

“Raider”X與S-97和X2復(fù)合直升機(jī)構(gòu)型相似，S-97和X2研發(fā)時間較早，使其技術(shù)風(fēng)險和預(yù)算都比較低?！癛aider”X的尺寸更大，“Raider”X的旋翼和尾推裝置比S-97大20%，重量也提高了20%，因此具有更大的內(nèi)置彈艙，大約在2.8m3～3.4m3，采用并列式座艙使機(jī)身更寬，可使直升機(jī)掛載更多的武器。西科斯基公司認(rèn)為，大的武器艙對于數(shù)十年后的美國陸軍是非常重要的，尤其是FARA希望能掛載和發(fā)射無人機(jī)、干擾誘餌、巡飛武器等。“Raider”X滿足并超過了美國陸軍關(guān)于未來武裝偵察直升機(jī)（FARA）最大速度333km/h的要求。西科斯基公司未來垂直起降飛行器發(fā)展路線如圖6所示。

圖6 西科斯基公司未來垂直起降飛行器發(fā)展路線圖

美國陸軍的“未來攻擊偵察飛行器”（FARA）項目是為美國研發(fā)一款新型的偵察、攻擊用直升機(jī)，該機(jī)需要比現(xiàn)有的直升機(jī)速度更快，性能更先進(jìn)，而“Raider”X是西科斯基參加競標(biāo)的型號，其設(shè)計理念是打造一款機(jī)動性好、殺傷力強(qiáng)和生存率高的復(fù)合共軸直升機(jī)，用于確保垂直起降優(yōu)勢對付未來戰(zhàn)場上不斷發(fā)展的同等和近等威脅。該機(jī)可快速開發(fā)和交付，以滿足未來的發(fā)展需求?！癛aider”X利用洛克希德·馬丁公司在開發(fā)創(chuàng)新系統(tǒng)方面的廣泛專業(yè)知識，采用最新的數(shù)字化設(shè)計和制造技術(shù)。Raider X概念如圖7所示。

圖7 Raider X概念圖

4.2 技術(shù)特點

4.2.1 共軸反轉(zhuǎn)剛性旋翼+尾部推進(jìn)螺旋槳

“Raider”X延續(xù)了S-97的基本氣動布局，具有共軸反轉(zhuǎn)雙剛性旋翼和尾部推進(jìn)螺旋槳，這種共軸雙旋翼消除了單旋翼直升機(jī)高速飛行的后行槳葉失速現(xiàn)象，所以能在尾部螺旋槳的推進(jìn)下達(dá)到更高速度。西科斯基S-97復(fù)合式直升機(jī)武裝化概念如圖8所示。

圖8 西科斯基S-97復(fù)合式直升機(jī)武裝化概念圖

4.2.2 采用隱身設(shè)計

西科斯基公司在“Raider”X外形上融入了雷達(dá)和紅外隱身設(shè)計，其與貝爾360一樣進(jìn)行雷達(dá)和紅外隱身改進(jìn)，以增強(qiáng)其戰(zhàn)場生存能力。為保形設(shè)計，該機(jī)機(jī)身表面平滑，采用紅外抑制器，沒有突出的傳感器、武器短翼和天線，機(jī)身兩側(cè)凸起的棱線也能起到降低雷達(dá)截面積的作用。“Raider X”機(jī)鼻的20mm機(jī)炮炮塔被設(shè)計為在不使用時向后旋轉(zhuǎn)180°以隱藏炮管，其旋翼槳轂也被整流罩包裹，下方的V形進(jìn)氣口深埋的渦軸發(fā)動機(jī)提供進(jìn)氣。根據(jù)陸軍的要求，“Raider”X安裝一臺3000馬力級通用電氣T901－900渦軸發(fā)動機(jī)，其發(fā)動機(jī)排氣也經(jīng)過精心設(shè)計，其狹長的排氣管被隱藏在后機(jī)身左側(cè)棱線內(nèi)，利用旋翼下洗氣流加速熱廢氣與冷空氣的混合，以此來迅速降低排氣溫度，降低紅外輻射。

4.2.3 適于復(fù)雜環(huán)境作戰(zhàn)

為滿足美國陸軍提出的城市戰(zhàn)中在建筑物之間穿行的要求?！癛aider”X的并列雙座駕駛艙之后有一個大型內(nèi)部武器艙，可容納導(dǎo)彈和無人機(jī)，所以無需外置武器短翼。Raider X適于復(fù)雜環(huán)境（山林）如圖9所示。

圖9 Raider X適于復(fù)雜環(huán)境（山林）

4.2.4 采用開放式架構(gòu)

“Raider”X基于“即插即用”的布局，以及基于現(xiàn)代開放系統(tǒng)架構(gòu)（MOSA）的航空電子設(shè)備和任務(wù)系統(tǒng)，為傳感器和武器提供了更高的靈活性和生存能力，并標(biāo)志著向自我監(jiān)控的轉(zhuǎn)變，以減少日常維護(hù)。

4.2.5 采用以往經(jīng)驗來降低成本

“Raider”X采用CH-53K、CH-148和F-35的生產(chǎn)實踐來降低成本，并具有易于升級以應(yīng)對新方案的設(shè)計。

4.2.6 具有低速懸停和加速能力

“Raider”X具有低速和高速機(jī)動范圍，可傾斜超過60°傾斜角，并具有增強(qiáng)的低速懸停和加速功能，剛性旋翼以及電傳操縱系統(tǒng)提供附加性能包括高響應(yīng)機(jī)動性、增強(qiáng)低速懸停和水平加速和急停。

（1）機(jī)頭朝向斜上方/斜下方懸停。對于常規(guī)直升機(jī)來說，由于其旋翼拉力必須要和直升機(jī)總重力平衡，所以直升機(jī)懸停時，其機(jī)頭往往只能朝前，這對于飛行員而言實際上是不友好的，因為這樣一來，飛行員看向地面的視野實際上會縮小很多，對于執(zhí)行打擊、偵察、支援和掩護(hù)任務(wù)而言都不夠友好。而“Raider”X由于有尾部螺旋槳的存在，可以在尾部產(chǎn)生一個垂直于螺旋槳平面的力，只要這個力的水平分量與旋翼的水平分量相當(dāng)，直升機(jī)就能實現(xiàn)懸停，通過這樣的拉力分配，“Raider”X就能夠?qū)崿F(xiàn)多種機(jī)頭朝向的懸停能力。幾種懸停模式在S-97上實現(xiàn)了飛行測試驗證如圖10所示。

圖10 幾種懸停模式在S-97上實現(xiàn)了飛行測試驗證

（2）姿態(tài)保持空中急停。對于常規(guī)直升機(jī)來說，要實現(xiàn)空中急停就必須調(diào)節(jié)旋翼的拉力，使其產(chǎn)生一個后向分量，這無可避免就需要直升機(jī)先抬頭，這對于瞬息萬變的戰(zhàn)場而言是致命的—很有可能你一個抬頭，不慎就被敵方擊落了。而“Raider”X的尾部螺旋槳是一個變距螺旋槳，其槳距變化范圍甚至包括負(fù)槳距，這就意味著該螺旋槳能夠產(chǎn)生反向力（從機(jī)尾指向機(jī)頭），這制動效率可比大多數(shù)輔助機(jī)翼上的氣動剎車高效得多。同時旋翼也不需要改變拉力朝向，從而不需要改變機(jī)身姿態(tài)角，從而確保始終面朝潛在敵方火力位置，確保自身的安全性。能始終保持朝向目標(biāo)的姿態(tài)如圖11所示。

圖11 能始終保持朝向目標(biāo)的姿態(tài)

（3）高速急轉(zhuǎn)彎。保持機(jī)頭朝向的高速急轉(zhuǎn)彎（就是繞著一個中心點高速轉(zhuǎn)圈圈）以及關(guān)閉尾部螺旋槳進(jìn)入常規(guī)直升機(jī)飛行之后，該機(jī)的噪音水平可以達(dá)到相當(dāng)?shù)偷某潭?，非常適于偵察任務(wù)。

4.2.7 具有良好的耐久性和維護(hù)性

通過利用新技術(shù)進(jìn)行日常維護(hù)和檢查轉(zhuǎn)向狀態(tài)監(jiān)控和視情維護(hù)，以降低飛行器的運(yùn)營成本，增加飛行器的可用性，保證其可持續(xù)發(fā)展，并提供靈活的維護(hù)運(yùn)營周期。

4.2.8 具有高度的任務(wù)靈活性

復(fù)合共軸技術(shù)專注于提升應(yīng)對未來和不斷發(fā)展的威脅能力，為提高速度、作戰(zhàn)半徑和有效載荷提供了無與倫比的潛力和增長空間。這一潛力和增長幅度進(jìn)一步使作戰(zhàn)任務(wù)具有靈活性，包括更廣泛的飛行器配置和裝載量，以適應(yīng)特定的任務(wù)要求。Raider X山地飛行效果如圖12所示。

圖12 Raider X山地飛行效果圖

4.3 技術(shù)參數(shù)

旋翼直徑為12.19m，飛行速度超過463km/h，懸停升限為2743m，最大起飛重量約6350kg。

5.結(jié)語

美國陸軍對FARA的描述是小型和能在多域戰(zhàn)中實現(xiàn)機(jī)動性作戰(zhàn)的高性能平臺，用于未來的偵查、攻擊、突襲及運(yùn)輸任務(wù)。西科斯基公司的“Raider”X概念延續(xù)了S-97的基本設(shè)計，采用該公司引以為豪的共軸剛性雙旋翼和尾部推進(jìn)螺旋槳，進(jìn)一步細(xì)化以突出隱身能力。