“飛行汽車”

田雨波+劉勁華+李麗

美軍歷來重視無人駕駛飛行器研發和運用，先后推出十余種軍用無人機投入戰場前沿部署，成為世界公認的無人系統大國。同時，美軍對于新型無人駕駛飛行器的研發探索也從未停止，“飛行汽車”就是要把直升機的空運作戰能力與戰術車輛的全地形能力結合起來，以全新的垂直起降能力適應復雜戰場環境的超前嘗試。

“黑騎士”開啟飛行汽車研發之旅

美軍的“飛行汽車”計劃最初起源于“飛行悍馬”（Flying Humvees）項目，美國國防部高級研究計劃署（DARPA）投資高達5000萬美元，第一階段研發目的是能夠搭載454千克負載、航程480千米的垂直起降飛行器，制造相對簡單，能夠嵌入模塊化載荷，讓戰場上的“黃金1小時”變得更加容易把握。項目以加利福尼亞州埃爾塞貢多先進戰術公司為主研發，美國陸軍、海軍陸戰隊特種武器中心、波士頓動力公司、軍事技術公司等單位都有參與。

“飛行汽車”項目雖然要研發世界上第一種有公路機動能力的垂直起降（VTOL）飛行器，但是最初設計的思路只是在戰術車輛上加裝旋翼系統，研發團隊推出了“AT黑騎士變形者”方案，但是樣子多多少少還是能看出“黑鷹”直升機的影子。“黑騎士”全長9.45米，寬5.79米，高2.44米，機身位置的機艙長7.62米，高1.21米，機翼向機身方向折疊之后寬1.37米，乘員和物資裝備從后艙門出入，類似于現在的MV-22“魚鷹”的操作方式。

“黑騎士”全比例驗證機計劃采用柴油渦輪增壓發動機，能夠以241千米的飛行時速將453千克的物資或5名士兵運送到463千米之外的目的地，在公路上行駛時最大速度達到110千米/時，最大載重量726千克，能夠搭載8名士兵。盡管埃爾塞貢多公司推出了原型機，也完成一次訓練飛行測試，但是上述這些理論上的數字很多都沒有來得及實現，項目預算隨后遭到削減，項目轉入第二階段，項目名稱也發生了變化，以便用全新的設計更好地滿足美軍的特種作戰需求。

“變形者”推出全新飛行汽車概念

2009年，美國國防部高級研究計劃署將項目第二階段名稱改為“變形者”（TX），意圖發展驗證一種全新的原型機系統，提供靈活的全地形后勤能力，在前線和基地之間運載物資和人員，同時執行戰術支援任務。“變形者”的設計方案是基于2 個固定水平翼加2個主旋翼的機身結構，飛行狀態時由主旋翼提供動力，地面行駛時水平翼能夠向后折疊，主旋翼轉軸向前、槳葉向后折翼，以4X4輪式車輛的方式機動。燃油加注在水平翼的自密封油箱里，使易爆的油料遠離機組人員，能夠在飛行器被襲擊時提高士兵生存機率。

“變形者”的結構設計更加緊湊，機身整體尺寸比上一代成果“黑騎士”要小，主旋翼采用新型低速旋翼/復合式（SR/C）結構，使用高惰性材料，保證了垂直起降所需要動力，在發動機故障的情況下也能安全著陸。軸轂采用萬向節（云臺式）設計，能夠在低速飛行時控制旋翼的傾斜角度，在巡航時再傾斜到推進效率最大的角度。

在飛控設計方面，“變形者”的尾部裝有2個探測器，分別探測飛行器在（X、Y軸平面的）水平旋轉（Raw）和機頭俯仰角度的方向旋轉（Pitch），固定水平翼翼尖安裝有監測（以機身縱線為軸的）滾轉角度（Roll），用于在低速和高速時的飛行控制。尾部的涵道推進器用來巡航飛行，全動穩定尾翼也用來提升巡航時的飛行控制。“變形者”還安裝了全自動一體化飛行控制系統（FCS），能夠由地面控制人員遙控操作。

機身采用高強度的汽車底盤，機身前部安裝一部渦輪軸發動機，用于向巡航飛行提供動力。另外配備有Terrafugia公司的輔助動力系統，在地面機動時采用四輪驅動模式，能夠保證在復雜地形條件下作戰時進行長途全地形機動，行駛起來也擁有良好的靜音性能。發動機艙外殼的緩沖區安裝有Terrafugia公司研發的符合國家公路交通安全管理局（NHTSA）標準的墜毀保護系統，進一步提升了飛行器的安全性能。機身外側安裝有貝爾公司與特斯朗公司聯合研發的輕型復合裝甲，駕駛艙使用防彈擋風玻璃，提升飛行器的自身防護能力。

“戰神”項目高度契合美軍作戰需求

盡管“變形者”（TX）的研發概念超前，項目進展也比較順利，但在2013年被“戰神”項目所取代。洛克希德·馬丁公司臭鼬工廠與皮亞塞基飛機公司（Piasecki Aircraft）組建了一支研制團隊，贏得了價值2030萬美元的“變形者”項目第三階段研發合同，根據美軍計劃，這將是該項目的最后一個階段，并將項目重新定名為“嵌入式變形航空系統”（ARES）項目。ARES英文縮略語的詞義恰好是羅馬神話中的“戰神”，因此該項目通常被稱作“戰神”，但是仍然強調項目前身“變形”這個主題。

2014年2月，美國國防部高級研究計劃署首次對外披露了“戰神”項目。“戰神”項目團隊由臭鼬工廠領導，研發目標與“變形者”有很好的延續性：為前線部隊量身定制一種具有垂直起降（VTOL）能力的飛行器，能夠運送一系列的載荷，應對非對稱作戰對手伏擊戰術和“簡易爆炸裝置”（IED）的威脅。“戰神”項目來自于美軍實現的作戰需求，比如，美軍的前沿哨位每周需要4.5噸的物資保障，高海拔的崎嶇山路又不便于戰術運輸車輛通行，在直升機運輸這個解決方案之外，“戰神”的出現將極大豐富美軍的補給方式，同時為前線指揮官提供戰術滲透、營救和傷員轉運能力。

國防部高級研究計劃署項目主管阿西什·巴蓋表示，目前美軍的很多任務都需要專用的垂直起降裝備，但是絕大多數地面部隊沒有自己的直升機，“戰神”項目將為部隊提供一種多用途的垂直起降工具，保證更多的小分隊能夠在戰場上擁有這種能力。因此項目辦公室的目標就是提供靈活、全地形的運輸能力，避開地面威脅，快速實施作戰支援，提升作戰效費比和作戰任務成功率。

“戰神”項目采用嵌入式的模塊化設計，研發的核心是設計垂直起降飛行模塊，首先具備無人機的作戰能力，能夠運載一系列的有效載荷。飛行模塊必須擁有自己的動力、加油、數字化飛行控制和遙控指揮控制界面系統，采用傾轉涵道風扇技術和緊湊型結構設計，保證飛行器具有可靠的盤旋和著陸性能，能夠快速轉換成高速巡航模式，像小型飛機那樣高速飛行。由于“戰神”需要的著陸區面積只有相同尺寸直升機的一半大小，能夠在崎嶇地形和艦艇甲板上降落，所以具有很強的通用性。

美軍設想，飛行模塊能夠在基地與戰場前線之間往返，搭載一些不同的特遣任務模塊，而且每一種設計都有特定的用途，比如貨物裝卸和運送、戰場傷員搜救、機載情報監視偵察（ISR）、武裝偵察、火力打擊任務，等等。美軍部（分）隊通過手中的移動戰術終端手機或遙控器就能夠控制飛行模塊，“戰神”首先設計成一種無人系統，未來嵌入半自治式飛行系統和接口界面，實現有人/遙控復合式飛行控制，根據任務需求選擇適當的飛行模式。

先進技術支持“戰神”項目研發

臭鼬工廠在研發垂直起降航空系統方面有比較豐富的經驗，負責“戰神”項目的飛行器設計和系統整合工作。2014年3月就推出了一款“戰神”縮比驗證模型。這種新式飛行器按模塊化漸進式思路發展，主要驗證目標是開發垂直起降功能，也就是先讓“戰神”飛起來，后續再添加其他任務模塊，成為一種與眾不同的多用途無人駕駛飛行器。

從臭鼬工廠公開的“ARES”概念圖來看，這種飛行器設計了一對可傾轉的涵道風扇，固定在中心體兩側，再往外側是一種類似機翼的翼板，停放狀態下呈垂直狀態，巡航飛行時傾轉成水平狀態。中心體采用了類似飛翼的構型，不僅具有良好的氣動性能，內部空間還設置了主要的飛行系統：包括動力裝置、遙控指揮控制系統、航電系統和燃料艙。中心體內部裝有2臺渦輪軸發動機，通過一個組合式齒輪箱和交叉軸來驅動兩個風扇。每個風扇采用5個恒速、可變距槳葉，與涵道排氣口外安裝的可調導流板共同實現較為復雜的飛行控制。

中心體的上表面設計了一個狹縫式吹氣口，并將后半段設計為一種可偏轉控制面，借助于來自動力裝置的高壓空氣，可以產生良好的增升效應，為飛行器提供持續穩定的俯仰配平。同時，外翼板與風扇同步傾轉，在不同飛行狀態下可分別起到穩定姿態和增加升力的作用，在停放狀態下可以緊貼著涵道折疊起來，以便減小系統的占用空間。另外，這種涵道式設計也有利于保護飛行器和人員安全。

臭鼬工廠最初的設計方案只是在主體飛行結構下方安裝了類似直升機的起落架（也可稱為滑橇），首先實現“戰神”的飛行功能。起落架由2個U形梁組成，開口向下，以便在中心體下方安裝載荷模塊。目前，研發團隊在涵道風扇式飛行器的中心體下方安裝了一個方形的吊艙，形狀與直升機的機艙相似，從外形上還看不出汽車的樣子。但是，由于團隊的設計思路大膽突破DARPA的思維定式，將飛行系統與車輛系統一分為二，使用的分離式任務模塊能夠自主地安裝、更換和使用，因此未來可以掛載很多種模塊，變身成飛行汽車并不是問題。

模塊化設計具備多任務能力

由于“戰神”項目的最初目標是建造“飛行汽車”，因此臭鼬工廠研發團隊在飛行框架完成后的任務重點就是研發戰術車輛類的分離式任務模塊。目前的研究方案是將戰術車輛懸掛在中心體下方的空間內，考慮到美軍要求“戰神”能夠在公路上起降，因此在“飛行汽車”的地面行駛模塊設計中，臭鼬工廠研發團隊充分考慮到了道路寬度的限制，將飛行模塊設計成能夠收起在車輛模塊頂部的結構。因此，飛行模塊的尺寸限制在長9.14米、寬2.59米之內，涵道直徑為2.59米，內部的風扇直徑為2.28米，以滿足全地形行駛的項目要求。為提高“戰神”原型機項目研發效率，DARPA放寬了原有在單行道上行駛的苛刻要求，以利于研發團隊適時放大縮比飛行模塊的尺寸，初步計劃是將涵道直徑增加到3.05米。

模塊化是“戰神”項目的最大亮點，項目名稱里的“可重組”和“嵌入式”設計理念在研發中也體現得非常充分，使這種未來無人飛行器具備多種潛在的任務能力，良好的模塊互換性也使軍事任務更具靈活性。根據洛克希德·馬丁公司官方網站的介紹，“戰神”的任務模塊相對簡單，其總體構型基本類似于小型集裝箱，外表面設計成流線型以減小氣動阻力，內部結構則根據不同任務要求相應設計，未來可以掛載武裝偵察、火力打擊、貨物吊艙、人員輸送、醫療救援和戰場后送等任務載荷模塊，裝備“戰神”的部（分隊）可以在作戰前線和后方基地之間往返飛行，利用一個通用懸掛系統即可交付和帶回幾種不同類型的獨立任務模塊。另外，“戰神”掛載小型武器系統和偵察載荷艙，也能夠執行艦載火力打擊、反潛、掃雷和情報監視偵察任務。

“戰神”以類似無人機的方式飛行，懸掛當前設計的載荷艙時，速度比常規直升機要快，最大飛行速度可達360千米/小時左右，飛行方式類似MV-22“魚鷹”傾轉旋翼機。根據目前的設計要求，飛行模塊的可用載荷能力已經達到1360千克，超過自身最大起飛重量的40%，稱得上是一種高效、可靠的飛行系統。在未來戰場上，作戰型“戰神”最大起飛重量將達到3145千克，通過自主導航系統飛行到預定作戰地域，同時自動規避飛行途中或著陸區域的各種障礙，實現全自治式的軍事能力投送作戰。

結語

作為一種新概念的武器系統，“戰神”適應了未來軍用航空系統多用途、全地形的發展趨勢，體現了美軍武器裝備研發的前瞻性思維。美國國防部計劃在2016年接受安裝貨艙模塊的“戰神”，未來達到項目全部戰術要求之后，必將極大地提升美軍在士兵突擊、后勤保障和情報偵察等方面的能力。目前，臭鼬工廠研發團隊要做的就是，進一步優化細節設計，提高技術成熟度，增強系統可靠性和可采購性，相信在不遠的將來就能達成項目設計目標。