美國海軍Ｘ－４７Ｂ艦載無人機研制計劃

錢　錕

最近，美國海軍無人作戰飛機系統(N－uCAs)項目的首架x－47B驗證機(AV－1)在諾斯羅普·格魯曼公司帕姆戴爾(Palmdale)工廠下線，x－47B驗證機具有劃時代的意義，它預示著無人艦載機時代即將來臨，X－47B的出現必將掀起一場新的海軍航空兵技術革命……

2008年12月16日，諾斯羅普格魯曼公司(以下簡稱諾·格公司)在位于加利福尼亞州帕姆戴爾(Palmdale)工廠舉行了首架x－47B(編號AV－1)美國海軍無人作戰飛機系統(N－ucAs)驗證機的下線儀式，X－47B驗證機終于揭去了神秘的面紗，它預示著無人機艦載機時代即將來臨，x－47B驗證機將成為美國海軍裝備的第一種專門研制的隱身艦載機、第一種具備自主著艦能力的固定翼艦載無人機、第一種具備自主空中加油能力的艦載無人機。與目前美國海軍已經裝備或者即將列裝的有人駕駛艦載戰斗機(如F／A－18E／F和F－35C)相比，X－47B具有留空時間長，隱身性能好、作戰半徑大的顯著優勢。

從J-UCAS到N－UCAS

2003年4月，美國國防部啟動了“聯合無人作戰飛機系統”(J－UCAS)項目，以求研制一種同時滿足美國空軍和美國海軍作戰需求的多用途無人機。波音公司和諾。格公司分別提出了X－45C和X－47B競爭方案，隨著研制工作的深入，X－45C和X－47B在滿足空海軍通用要求的問題上都遇到了技術瓶頸，研究人員意識到J－UCAS項目不同于JSF項目，在一種無人機上同時兼顧空軍和海軍的要求幾乎是一件不可能完成的任務。

2006年初，由于未獲得國防部的支持，J－UCAS項目在2007財年預算申請中被取消，美國海軍和空軍在無人機的研制問題上分道揚鑣。美國海軍在重新制定了艦載無人機的戰術指標后，單獨展開了N－UCAS項目招標。波音公司在X-45C的基礎上研制了x－45N參與競標，而諾·格公司則以經過優化設計的X-47B投標，最終X-47B以其優異的隱身性能和作戰半徑大的優勢擊敗了X－45N，贏得了N－UCAS項目的技術驗證(UCAS－D)合同。2007年8月1日，美國海軍宣布諾格公司的x－47B贏得了為期6年價值6.36億美元的UCAS－D合同。

自從1991年通用動力，麥道公司的A－12項目宣告失敗以來，美國海軍還一直沒有裝備過專門研制的隱身艦載機，N－UCAS項目旨在為美國海軍研制一種隱身無人艦載機，以縮小美國海軍相對于美國空軍在作戰飛機隱身技術上的差距。諾-格公司將制造兩架X－47B驗證機用于驗證N－UCAS的一系列關鍵技術，例如艦載無人機自主著艦，自主空中加油和航母適應性等技術。諾‘格公司希望X－47B能夠在2018年形成戰斗力，并于2025年前上艦服役。

技術特點

由于X－47B是一種亞聲速作戰飛機，而且要求深入敵方縱深地帶執行打擊任務，其戰場生存能力完全依賴于超強的隱身性能，因此，x－47B采用了隱身性能較好的無尾式飛翼氣動布局，具有“全頻段、全方向”的低可探測特性。值得注意的是，由于X－47B將處于高海情、高，低溫，強風和鹽霧腐蝕和極為有限的航母甲板空間等惡劣的保障環境中使用，并要滿足高強度的艦載機出動需求，因此要保證x－47B的隱身。性能在其使用壽命周期內不出現大幅度的下降是一個巨大的挑戰。

X－47B采用了B－2A戰略轟炸機在隱身設計上的技術成果，加上其體積遠小于B-2A，因此其雷達散射截面積(RCS)將降到一個非常低的水平。X－47B繼承了X－47A?！帮w馬”(Pegasus)驗證機的部分機載系統與飛行控制率，顯著降低了研制技術難度：另外，X-47B還采用了源自A-12的機翼折疊系統，以降低研發成本。

x－47B兩側機翼的外翼段4.8米長部分可向上折起135°，機翼折疊后，X－47B的翼展將從18.9米減小到9.4米，大為節約了航母甲板停放空間。值得注意的是，美國航母上的升降機可同時運送3架X-47B，是當前有人駕駛戰斗機運送效率的1.5倍，提高了航母的飛機出動和回收速率。另外，由于X－47B采用了無尾氣動布局，前后輪距非常小(4.25米)，因此幾乎可實現原地360°轉向的能力，在狹小空間中的操作靈活性極佳，在擁擠的航母甲板上，x－47B的這一優勢是十分重要的。綜上所述，X－47B在航母甲板上的停放系留面積和操作回旋面積要遠小于F／A－18E／F或者F－35C等有人駕駛作戰飛機。

通常，為了容納復雜的機翼折疊機構，艦載機機翼折疊段會凸出一個“鼓包”(F－35C也不例外)，這不僅破壞了艦載機的氣動外形，而且會嚴重影響艦載機的隱身性能，如何消除機翼折疊結構對艦載機隱身性能的影響是技術人員面臨的一大設計難題。上個世紀80年代，麥道和通用動力公司在設計A－12隱身艦載攻擊機時也遇到了同樣的問題，最終技術人員為A－12的折疊機翼設計出了一種獨特的“雙重滾轉”鉸鏈機構，該機構不會破壞A-12的氣動外形，收到了良好的效果。諾斯羅普·格魯曼公司對這種機構進行了改進，并將其應用在X－47B的折疊機翼之上，使得X－47B機翼折疊處兩側的機翼蒙皮非常平滑，從而顯著提高了隱身性能。

X-47B的滾轉和偏航控制主要是通過安裝在副翼前面機翼上表面0.9×1.5米²大小的擾流板來實現的。為了獲得較小的進場著艦速度，X－47B的襟，副翼在著艦時需要下偏20°，但是在彈射起飛時無需偏轉。采用飛翼氣動布局的X-47B具有良好的升力特性，因此該機能夠在任何風向條件下從航母甲板上起飛，這明顯地增強了其使用的靈活性，因為航母不需要為了讓X－47B逆風起飛而調整航路，而這一優勢是目前所有艦載機都不具備的。

洛克希德·馬丁公司是x－47B項目的子承包商之一，憑借其豐富的隱身飛機設計經驗，洛·馬公司主要負責設計x-47B的S形發動機進氣道和氣動控制面，并優化飛機前、后緣的低可探測性細節設計。為此，洛·馬公司在位于莫哈維沙漠(Mojave)海倫德爾(Helendale)實驗室中建造了x－47B的全尺寸RCS測試模型，以優化X-47B的隱身設計。

試驗計劃

2009年3-5月間，X－47B將進行地面結構靜力試驗。試驗內容包括模擬X-47B的飛行標準載荷和著艦時的沖擊載荷，并驗證起飛彈射器和著艦阻攔裝置對x－47B機體結構產生的影響，另外，試驗還要檢查x-47B燃油系統的結構完整性和氣動控制面的結構強度。在為期3個月的標準載荷試驗期間，技術人員將在AV-1機體結構上加載115％設計載荷，以確保AV－1號的試飛安全。2009年6月，X-47B將展開發動機啟動試驗和地面滑跑試驗，為年底的首飛做準備，隨后X－47B將轉場到愛德華茲空軍基地進行全面的飛行

試驗。第二架驗證機AV-2計劃于2009年12月下線，這兩架驗證機都會參與航母適應性試驗與評估。AV－1將在愛德華茲空軍基地進行為期一年的飛行包線拓展試飛；之后它將飛躍整個美國轉場到位于馬里蘭州的帕塔克森特河(Patuxent River)海軍航空站進行航母適應性試飛；另外，AV－1還將被送到位于新澤西的雷克赫斯特(Lakehurst)海軍工程站進行彈射器驗證試驗；進一步試驗將在在弗吉尼亞州的諾?？诉M行，在那里AV-1將被吊放到“尼米茲”級航母的飛行甲板上，進行航母甲板滑跑試驗。

據美國海軍N－UCAS項目負責人馬丁德普上校透露：2011年11月，X－47B將進行首次自主著艦試飛，參與試驗的將是第8艘“尼米茲”級核動力航母“杜魯門”號。而在AV－1進行首次自主著艦試飛之前，諾·格公司將會把自主著艦系統軟硬件安裝到一架F／A-18戰斗機上進行模擬試驗，試驗程序是飛行員手動駕駛F／A-18飛臨距離航母1／4英里(400米)的空域，然后試飛員啟動自主著艦系統，讓F／A－18戰斗機在無人干預的狀況下在完成近進和著艦全過程，F／A－18模擬無人機的自主著艦試飛計劃計劃將在2009年中期展開，以為x－47B的第一次自主著艦試飛鋪平道路。

自主空中加油試飛計劃

作為美國海軍未來F／A－XX攻擊機的候選機型之一，X－47B驗證機成功的關鍵在于充分驗證其在航母上起降的能力和在航母上的適應性、操作性不亞于有人駕駛戰斗機。而在美國海軍戰略和預算評估中心2007年的研究報告中，美國海軍向X－47B提出了更高的要求——即必須具備超遠的作戰半徑，要求X－47B從夏威夷海域的航母起飛后，經過兩次空中加油后，用10小時的時間飛到臺灣海峽上空執行情報，監視和偵察任務的能力；執行完任務后，再通過兩次空中加油返回航母，其總留空時間長達25小時。

為了達到美國海軍的作戰要求，X-47B必須具備自主空中加油技術(AAR)，因此，美國海軍將授予諾·格公司一份涉及范圍更廣的N－UCAV驗證項目合同。合同要求諾。格公司驗證x－47B的無人機的AAR試飛技術，并要求x－47B在設計上同時滿足美國空軍的硬式空中加油方式和美國海軍的軟式空中加油方式。

無人機的AAR技術是目前無人機自主化和智能化研究領域的一個熱點，目前，美國多家研究機構已經完成了AAR第一階段試飛，2006～2007年間，在美國國防預研局(DARPA)的支持下，NASA德賴登飛行研究中心利用F／A－18B研究機充當無人機模擬平臺和“波音707”加油機成功進行了數十次各種飛行狀態下的軟式插頭一錐套加油系統AAR試飛，成功驗證了無人干預的無人機自主空中加油技術的可行性。

2007年12月，美國空軍實驗室，波音公司“鬼怪”工程隊研究團隊也利用一架“利爾噴氣”公務機模擬無人機和KC－135加油機成功進行了硬式伸縮套管加油系統AAR試飛，AAR系統自主導引“利爾”公務機接近KC－135加油機，組成精確的空中加油編隊，成功完成并保持了長達20分鐘加油管空中模擬對接。

在2008年11月，美國軍方已經將無人機對無人機的自主空中加油第二階段研究合同授予了美國空軍研究實驗室(AFRL)／波音公司“鬼怪”工程隊研究團隊，目標是完成“有人駕駛加油機－變穩飛機”的自主空中加油試飛。在AAR第二階段試飛中，美國空軍研究實驗室將用一架經過改裝的F－16 VISTA(變穩定性飛行模擬器)模擬無人機和KC－135加油機進行軟式插頭一錐套加油系統的自主空中加油試飛。之所以采用美國空軍試飛員學校的F-16 VISTA變穩飛機執行此次試驗任務，是由于該機可模擬美軍裝備的典型無人機(例如“全球鷹”、“掠食者”或者X-47B)的飛行特性，從而也可為真正的無人機對無人機的AAR試飛科目降低風險。但是，F-16VISTA變穩飛機在進行AAR試飛之前，要進行必要的改裝，包括在機頭安裝一個可伸縮的空中加油管，并加裝用于引導AAR對接的GPS／INS導航系統、多余度自主編隊飛行精確控制系統、雙向高速數據鏈系統和視頻跟蹤系統。

諾·格公司的N－UCAS項目經理斯科特。維西浦透露為了驗證x－47B的自主空中加油能力，美國海軍計劃加入美國空軍研究實驗室的自主空中加油驗證計劃，并計劃讓x－47B代替F-16VISTA變穩飛機進行AAR第二階段試飛，美國空軍計劃于2011年在RQ－4“全球鷹”無人機上驗證無人機對無人機的自主空中加油技術(UAV-UAV AAR)，而美國海軍計劃于2013年在X-47B艦載無人機上驗證AAR技術。