海軍陸戰隊推動垂直起降無人機發展

目前，美國海軍陸戰隊（USMC）正在努力尋找能夠在艦船和岸上基地垂直起降（VTOL）的多任務遠程無人機，開啟了“海軍陸戰隊陸空特遣部隊無人遠征軍”（MUX）項目。MUX項目吸引了許多當年參與美國國防部預研局（DARPA）“垂直起降試驗飛機”（VTOL X-Plane，VXP）項目的競標者，目前競逐MUX項目的企業有極光飛行科學公司（簡稱極光公司）、波音公司、貝爾直升機公司（Bell Helicopter）、卡雷姆飛機公司（Karem Aircraft）、洛馬公司旗下的西科斯基（Sikorsky）公司、諾格/AVX以及洛馬/皮亞斯基飛機公司（Piasecki Aircraft）。此外，MQ-9“死神”（Reaper）無人機的制造商通用原子航空系統公司（GA-ASI）也可能會參與進來。

MUX提出對VTOL無人機的需求

MUX項目確定的7個核心任務包括：電子戰、偵察勘探、命令與控制、武裝護衛、持續火力、空中早期預警和補給的戰術分配。項目還要求實現平臺的超視距控制，最大升限9144m。另外，飛行器還要能夠在攜帶武器裝備的情況下，在距離起飛地點1111km的地方執行24h不間斷的戰斗巡邏任務。海軍陸戰隊對為所有的有人飛機搭配多任務無人機抱有濃厚的興趣，要求無人機能夠從兩棲攻擊艦和遠征陸地基地起飛，可以與MV-22“魚鷹”（Osprey）傾轉旋翼機和F-35B短距起飛/垂直降落戰斗機協同，還需要能夠執行多種任務。2017年2月8日，在五角大樓的一場媒體圓桌會議上，海軍陸戰隊航空兵副指揮官喬恩·戴維斯（Jon Davis）透露，陸戰隊對能與載人攻擊機協同的類似戰斗機的無人機“特別”感興趣，目前在為洛馬公司的F35-B/C戰斗機尋求無人機搭檔。

為了制定未來的作戰綱領，海軍陸戰隊正密切關注著DARPA的“戰術偵察節點”（TERN）、“空中可重構嵌入式航空系統”（ARES）以及海軍研究辦公室的“自主航空貨物通用系統”（AACUS）等項目。對于MUX項目，海軍陸戰隊已與海軍方面建立了密切的合作，因為后者可能也希望為DDG級驅逐艦尋求一種速度快、重量適中的VTOL飛機。

海軍陸戰隊航空部表示，如果技術得到證明，他們想在2020年前后著手MUX作戰無人機的開發。按照戴維斯的說法，基本的要求可能會被確定為1200km的作戰半徑和24h的續航力，且必須能夠跟上“魚鷹”的速度，還要具備空中加油能力。對任務載荷的要求包括空空、空地武器，偵察、瞄準所需的傳感器以及兩套電子戰/網絡吊艙。此外，MUX可能還會被用來運輸貨物和疏散傷員。最新發布的“2017海軍陸戰隊航空計劃”中披露了這些要求，提出一種遠程、高速察打一體無人機，該機型計劃于2024年投入使用，2026年具備初步作戰能力，另外還有一種用于后勤保障、醫療疏散等通用任務的無人機也可能將于21世紀20年代早期完成服役準備。

多家企業參與MUX競標

海軍陸戰隊將諾格公司為TERN項目提出的方案視為MUX項目的“潛在解決方案”，該方案是一種復合共軸尾座式無人機，將在2018年的某個時間進行試驗。此外，海軍陸戰隊仍在繼續支持洛馬公司的無人“K-MAX”無人直升機項目。同時，為了滿足未來通用任務需要，海軍陸戰隊還和陸軍共同資助了洛馬/皮亞斯基公司的ARES技術驗證，預計ARES的飛行試驗將于今年秋天啟動。

貝爾直升機公司提出的方案名為V-247“警惕”（Vigilant），該名字來源于對24h持續監視任務的要求。貝爾直升機公司主管先進傾轉翼系統的副總裁文斯·托賓（Vince Tobin）指出，按照海軍陸戰隊的要求，新型無人機要比“死神”無人機性能更好，而且是在艦船上完成起降而非跑道。

V-247“警惕”以V-280“英勇”（Valor）傾轉旋翼機為基礎，起飛總重將達到13.15～13.60t。其中，包括燃料、武器裝備和傳感器等在內的任務載荷為5.90t。機翼和旋轉部件都可以自動折疊，以配合DDG級驅逐艦的機庫尺寸，這種機庫原本是被用來容納MH-60“海鷹”直升機的。

托賓稱，盡管“警惕”最初的目標客戶是海軍陸戰隊，但是海軍也可以將其作為MH-60R的替換機型或MH-XX計劃的一部分，用來執行未來的水面、水下打擊和掃雷任務。此外，美國陸軍特種作戰司令部也表達了對這種大型垂直起降無人機的興趣。

截至目前，V-247“警惕”的設計工作仍然是自費的，但貝爾直升機公司對建造原型機的任何機會都表示歡迎。團隊密切關注著海軍陸戰隊關于MUX項目一切可能的要求，目的就是為了做出最好的設計。近期，公司完成了一次系統需求評審，目的是確保設計盡可能地滿足各項技術參數。據公司稱，設計已經足夠成熟，達到了初步設計評審標準的“開發級別”。

V-247系統許多設計元素直接取自V-280，V-280是專為陸軍“聯合多功能技術驗證機”（JMR-TD）計劃開發的，也是“未來直升機”（FVL）計劃的候選機型之一。按照貝爾直升機公司的說法，驗證機的組裝工作已經完成了95%，計劃于2018年9月首飛，測試將持續到2019年。一旦達到了政府的各項要求，公司將對無人/可選有人構型進行驗證。和軍用的V-22“魚鷹”、商用的貝爾525直升機一樣，V-280使用了電傳飛行控制系統，可以相對輕松地實現遠程控制或半自主飛行模式，最大速度450km/h，相對的V-247的目標速度是402km/h。

極光憑“雷擊”抗衡諾格、貝爾

作為競逐MUX項目的企業之一，極光公司很可能會推出“雷擊”（Lightning Strike）混合動力無人機參與角逐。極光公司將MUX看作“雷擊”的潛在后續項目。在3月海軍同盟會舉辦的“海-空-天”博覽會上，公司公布了其藝術化的概念設計方案。方案中，極光公司設想未來將會由兩架“雷擊”武裝無人機飛在兩架MV-22“魚鷹”運輸攻擊平臺前方。

“雷擊”無人機概述

“雷擊”源自DARPA的VXP項目，VXP項目旨在驗證一種新的垂直起降飛機，要求平臺速度超過483km/h、能夠進行高空盤旋、巡航效率高、可攜帶任務載荷重量超過起飛總重的40%等。

VXP項目有一點兒抽象，最不尋常之處在于為了克服先前設計的缺陷，如直升機的懸停效率很高，但在速度和巡航升阻比方面都有瓶頸，F-35高速垂直起降飛機平飛速度很快，但懸停效率低，沉重的推進系統也占用了過多的任務載荷，DARPA并未指定具體的任務，而是提出了性能指標要求。

未指定具體任務使得各競標企業充分發揮了潛能，4種差別極大的構型從第一階段的概念設計中勝出，最終，“雷擊”無人機脫穎而出并獲得第2、第3階段合同，被DARPA選作驗證混合動力推進技術最新水平的平臺。“雷擊”無人機裝有1臺羅羅公司的AE1107C渦軸發動機及3臺霍尼韋爾公司（Honeywell）的1MW發電機，再由它們為24臺沿著傾斜串列翼布置的涵道風扇提供電力。4月進行的20%縮比驗證機飛行試驗成功驗證了氣動構型方案和復雜的飛行控制律。目前，羅羅公司正在位于印第安納波利斯的“自由工廠”（Liberty Works）搭建鐵鳥試驗臺，目的在于確保發電機和涵道風扇能夠達到預期水平。“雷擊”的最大設計速度為644km/h，能夠非常輕松地追上速度為435km/h的MV-22“魚鷹”。

縮比飛行展現“雷擊”潛力

2016年3月29日，“雷擊”無人機的縮比驗證機成功完成首飛。盡管飛行器構型不同尋常，但極光公司通過縮比試驗告訴世人，XV-24A“雷擊”確實能夠完成包括垂直起飛、盤旋、前向飛行轉換、垂直降落在內的一系列操作，消除了全尺寸飛行試驗的一些風險。“雷擊”的全尺寸驗證機飛行測試將于2018年晚些時候進行。

試驗在嚴格匹配全尺寸飛機構型的前提下，實現了從旋翼飛行到機翼飛行的轉換，很好證明了該氣動構型的有效性。通過在鴨翼、主翼間分配推力并使表面傾斜，確實能夠使飛機在不損失高度的前提下轉換到機翼飛行。此外，試驗還證明了嵌入式推進對于在轉換過程中防止機翼失速是有效的，而且飛機在整個轉換階段都是可控的。

目前，對全尺寸動力系統的測試已經開始。作為供應商之一的霍尼韋爾公司正在對第一個1MW發電機進行驗收測試。該發電機被用在極光公司的銅鳥測試平臺上，由外部而非AE1107發動機驅動，它所帶動的風扇也較實際中的少。試驗人員會對風扇的同步性和發電機在所需動力水平上持續運轉的能力進行考察。此外，相關人員還會關注能量傳動、材料類型和所用的線材。

下一步就是鐵鳥試驗臺。設備上會裝有真正的發動機、變速箱和發電機，它們將驅動更大數量的風扇，彼時，那將是一個完整的系統，結合了銅鳥地面試驗臺的經驗。再然后就是在飛行器上的集成。目前，極光公司正在加緊工作，爭取能在2018年年底實現飛行。不過，這在一定程度上還要取決于能通過銅鳥和鐵鳥發現什么。

后續

與傳統的DARPA項目不同，VPX項目演示完成后，不會有其他單位來接手。DARPA認為，值得接手的不是這架驗證飛行器本身，而是它所驗證的技術。

其中一項技術就是飛行控制系統。人們希望得到一架能夠利用多重控制面實現預期效果的飛機，雷擊可以做到。設計者設計了多個控制作動器，使得每片扇葉都有作為獨立控制單元使用的潛力。除了可變槳距風扇，每個涵道還有一套面積可變的擴散器，用來提高盤旋和前飛時的效率。這些舵面能以共同/差別偏移的方式參與垂直/水平飛行的控制。系統有幾種控制機制：可變槳距、可變的擴散器角度以及可變副翼/氣動表面。這些機制都能為各種飛行模式提供所需的控制力，為開發適用于自適應飛行的控制系統開辟了道路。

動力系統是另一項值得接手的技術，目前高耗能的電子應用非常多，動力系統采用的模式非常值得業界參考。再有就是分布式的涵道風扇推進。因為推進系統是分布式的，在保持機翼前緣流動不分離方面，涵道風扇具有很高的效率；即使迎角很大、空速很低，機翼仍然能夠提供升力。不光是垂直起降業界，固定翼行業也對這項技術很感興趣。

交流耦合技術吸引了美國國家航空航天局（NASA）的注意。通過“高電壓混合動力推進”項目，他們正在為大型商務飛機開發類似的技術。據稱，NASA對直接交流飛行系統非常感興趣，他們認為工作已經超出了他們的目標。

（李亮，北京航空航天大學）