波音和皮亞塞茨基公司的無人遠征裝備無人機方案

格拉漢姆·瓦里克

美國海軍陸戰隊于2017年5月發布了一份“無人遠征裝備”（MUX）的招標書，要求工業界研制一種大型（Group 5）的長航程、長航時、可垂直起降的艦載/陸基多任務無人機，能夠同時滿足在兩棲突擊艦和遠征軍陸基使用的需求，并能夠與MV-22“魚鷹”和F-35B搭配使用，預計在2020年代中期投入服役。

為了更好地規劃“無人遠征裝備”計劃的目標和實施途徑，美國海軍陸戰隊同時還在關注美國國防部預研局（DARPA）的“戰術偵察節點”（TERN）計劃、“空中可重構嵌入式系統”（ARES）計劃和美國海軍研究辦公室的‘空中自主貨運/通用系統”（AACUS）計劃，并和美國海軍就‘無人遠征裝備”計劃展開了密切的合作。

自那時以來，“無人遠征裝備”計劃吸引了很多競標者，包括極光飛行科學公司、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，美國海軍陸戰隊又對“無人遠征裝備”計劃的需求進行了優化，著重凸顯其預警、情報、偵察和監視（ISR）、電子戰及通信中繼四項能力，弱化了物資運輸能力，力求最大效率地提高美國海軍陸戰隊空地特遣部隊的作戰能力。

美國海軍陸戰隊在今年6月6～7日的工業日聽取了各方面意見后，將發布最終的招標書，并計劃于2019財年第二季度正式確定“無人遠征裝備”計劃無人機的方案，2025年或2026年實現“無人遠征裝備”計劃無人機的初始作戰能力，2034年前實現全面作戰能力。

本文介紹近日由波音公司和美國皮亞塞茨基飛機公司揭示各自的一個“無人遠征裝備”計劃競標方案。

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“無人遠征裝備”無人機設計，這種借鑒是波音公司在20世紀90年代中期研制，并與1995進行飛行試驗的一種小型的“直升機翼”（ Heliwing）無人機的經驗和試驗數據。

“直升機翼”的翼展為5.2m、總重為660kg，由一臺功率176kW的威廉姆斯WTS117渦軸發動機、驅動兩副直徑2.13m的螺旋槳作為動力，設計的前飛速度為180km/h，能攜帶任務載荷90kg，續航時間為5h。“直升機翼”試驗機第一次飛行是在1995年4月，但是在7月的第9次飛行中由于發動機熄火飛機墜毀，計劃不得不終止。

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

尾坐式無人機方案采用的是直機翼，只是在螺旋槳的外側機翼有適當的錐度，兩個螺旋槳由安裝在機身上的一對渦軸發動機驅動，發動機尾噴管在著陸時能偏轉，以避免高溫氣流直接噴在飛行甲板上造成的損壞。

設計尾坐式無人機方案設計有4個尾坐著陸支架，兩個較大的分別安裝在螺旋槳后面的機翼尾部，另兩個較小的則分別安裝在垂直尾翼的上面和下面。

與“直升機翼”不同的是，尾坐機增加了一個前翼用于穩定和控制，而且前機身可以向下折疊，機翼和螺旋槳也可以折疊，便于節省機庫停放面積，并且結構是模塊化設計的，機頭可以拆下用另一個裝有不同任務載荷的機頭替換，以執行不同的任務。

波音公司的尾坐式無人機方案的尺寸要求能在一艘“阿利·伯克”級驅逐艦的飛行甲板上使用，當機翼折疊后，能停放在“奧斯卡·奧斯汀”號（DDG-79）驅逐艦以及后續的同級艦的直升機機庫中。只是尾坐式無人機方案概念的一個值得關注的問題是，飛機在有側風的環境下垂直起降時的可操縱性，因為機翼的迎風面積較大，特別是在戰艦的較小飛行甲板上使用時，為此波音公司正考慮在垂直著陸時機翼能折疊，以減少機翼側翼面積受風的影響。

皮亞塞茨基飛機公司的OV-X

美國皮亞塞茨基飛機公司（ PiaseckiAircraft）正在研究的一種“無人遠征裝備”布局，是名為OV-X的模塊化多任務垂直起降無人機。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研局“空中可重構的嵌入式系統”（ARES）計劃而研制的可傾轉涵道風扇無人機。目前，OV-X的飛行驗證機正在皮亞塞茨基公司進行最后的總裝，計劃于今夏秋季在皮亞塞基進行地面振動試驗，之后將移至亞利桑那州的尤馬試驗場，在2018年財政年度適當時候進行飛行試驗。

美國國防部預研局的“空中可重構的嵌入式系統”計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系統戰術飛行器，為此，洛克希德公司與皮亞塞茨基飛機合作，提出了一種可以隨時吊起和放下有效載荷的模塊化無人機設計方案。

這種“空中可重構的嵌入式系統”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，也可以垂直起飛和降落，機翼上有兩個可傾轉的涵道風扇用以飛行器的高速平飛、懸停和著陸，與涵道風扇同樣可以傾轉的外側機翼還可向向下折疊。便于存放，在飛機的中間設計有可拆卸的裝卸有效載荷模塊的機構，可以隨時將有效載荷模塊吊起和放下。

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

皮亞塞茨基公司說，美國海軍陸戰隊已經不再需要對OV-X進行“操縱靈便性”評估，而且OV-X的涵道風扇葉片是單循環旋轉的，同時只有縱向的俯仰控制用來配平飛行器的俯仰運動，高置水平尾翼也可用以減少俯仰配平阻力。

OV-X設計的前飛目標速度為250km/h，相比“空中可重構的嵌入式系統”方案的前飛速度僅為150km/h。這更符合“無人遠征裝備”計劃能護航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，因為當氣流流過涵道唇口時可為OV-X帶來了超過50%的升力，所以使OV-X在35℃環境下的無地效懸停高度達到1800m。

在其他可能的“無人遠征裝備”計劃競標者中，貝爾公司正在研制稱為v-247的可傾轉旋翼方案，諾斯羅普·格魯門公司計劃采用類似正在為美國國防部預研局研制的“戰術偵察節點”尾坐式VTOL飛翼無人機的方案，極光科學飛行公司已經展示了稱為XV-24A“雷擊”（LightningStrike）的混合電動高速VTOL無人機方案，西科斯基公司可能會提出基于“旋翼吹氣機翼”布局的無人機方案等。