美國陸軍未來輕型攻擊偵察直升機(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

根據(jù)陸軍預(yù)算需求，至2021財年，陸軍投入1.04億美元以啟動中型FVL研制，其中1000萬美元將用于成立項目辦公室并開展備選方案分析。總體上看，美國陸軍試圖加速裝備下一代旋翼機(jī)。為應(yīng)對戰(zhàn)場威脅，美國陸軍未來司令部FVL多部門合作團(tuán)隊正在為旋翼機(jī)提升速度和航程，保證未來與強(qiáng)大作戰(zhàn)對手作戰(zhàn)時，從相對安全的地方部署，不需要太多防護(hù)就能實施縱深攻擊。美軍未來垂直起降飛行器概念如圖1所示。

圖1 美軍未來垂直起降飛行器概念圖

1.輕型攻擊偵察直升機(jī)計劃的演進(jìn)

后信息革命和后數(shù)字革命使美國陸軍正在朝著規(guī)模更小、更加機(jī)動靈活的方向發(fā)展，同時面臨著財政緊縮的問題，因此需要一種新型攻擊偵察直升機(jī)。美國陸軍的作戰(zhàn)原則是支持攻擊與偵察任務(wù)的合理結(jié)合，此外，未來的攻擊偵察直升機(jī)應(yīng)該體現(xiàn)技術(shù)的飛躍，而不應(yīng)該用新的形式表現(xiàn)舊的內(nèi)容。用于實施攻擊任務(wù)的解決方案是研制一種新型直升機(jī)，這種直升機(jī)的任務(wù)首先是偵察、防衛(wèi)和近距離攻擊；其次，這種直升機(jī)必須能夠?qū)嵤鹘y(tǒng)威脅的攻擊。因此，美國陸軍提出了未來攻擊偵察飛行器計劃。

2.未來攻擊偵察飛行器的技術(shù)性能要求

根據(jù)征詢書，美軍對“未來攻擊偵察直升機(jī)”要求，包括駕駛系統(tǒng)采用足夠的人工智能技術(shù)，至少部分時間可以無人駕駛模式飛行；可以使用一個安全的通信網(wǎng)絡(luò)來控制專用無人機(jī)；同時具有傳統(tǒng)偵察直升機(jī)不具有的速度和航程優(yōu)勢；采用一個開放式架構(gòu)，易于升級和改進(jìn)；最大飛行速度高達(dá)378km/h，作戰(zhàn)半徑不低于240km。

3.未來攻擊偵察飛行器里程碑節(jié)點(diǎn)

美國陸軍于2018年10月啟動了“未來攻擊偵察飛行器（FARA）”的競標(biāo)，計劃2020—2023年完成最終設(shè)計，2022年進(jìn)行原型機(jī)的首飛，測試將在2023財年第一季度開始，于2024年開始生產(chǎn)，預(yù)計到2028年具備初始作戰(zhàn)能力并進(jìn)行批生產(chǎn)，2030年列裝。

FARA競爭性原型機(jī)項目將分為兩個階段。在第一階段，將有4～6個團(tuán)隊，在1500萬美元資金支持下，在9個月內(nèi)進(jìn)行初步設(shè)計的開發(fā)，合同的授予在2019年6月完成。在2020財年的初步設(shè)計和風(fēng)險評估后，陸軍計劃將參加競爭的團(tuán)隊數(shù)量減少到第二階段的兩個，并為每支團(tuán)隊授予7.35億美元資金進(jìn)行一架原型機(jī)的設(shè)計、制造和試驗。

4.未來攻擊偵察飛行器費(fèi)用要求

美國五角大樓目前正在全力推進(jìn)“未來垂直起降飛行器”（FVL）項目，發(fā)展新型旋翼機(jī)平臺換代現(xiàn)有的直升機(jī)機(jī)隊。美國陸軍的2020—2024年未來財年國防計劃（FYDP）中為FVL項目投資47億美元，為使資金更加充裕，陸軍計劃放緩AH-64“阿帕奇”、UH-60“黑鷹”的采購和升級，取消CH-47F“支奴干”的Block II升級。FVL項目大部分投資，包括2020財年的7.35億美元和未來財年的21.3億美元，都將用于未來攻擊偵察飛機(jī)（FARA）項目。

根據(jù)征詢書，美陸軍設(shè)定FARA的最高出廠價格（只是單純的制造價格，不包括研制費(fèi)）不超過3000萬美元。美陸軍為FARA設(shè)定的每飛行小時費(fèi)用（CPFH）不超過4200美元，“阿帕奇”的CPFH通常為6000～7000美元。通常來說使用費(fèi)用，比如燃油費(fèi)嚴(yán)重依賴飛行器的重量，F(xiàn)ARA比“阿帕奇”更小更輕，因此價格和使用費(fèi)用更低。

5.未來攻擊偵察飛行器的競爭方案

未來攻擊偵察飛行器的5個參加競標(biāo)的團(tuán)隊分別是：貝爾公司、波音公司、卡瑞姆飛機(jī)公司、西科斯基飛機(jī)公司和AVX航空公司與L3 Technologies公司聯(lián)合團(tuán)隊。已經(jīng)公開原始方案的4款型號和波音公司準(zhǔn)備提出的輕型化“阿帕奇”中，除了貝爾公司采用常規(guī)直升機(jī)布局外，其他的都采用了美軍目前正在積極發(fā)展的新構(gòu)型旋翼飛行器布局，具有更大的荷載和飛行速度，科技感十足。

5.1 貝爾公司推出單旋翼帶尾槳構(gòu)型的貝爾360 Invictus

2019年10月，貝爾公司推出參加美國陸軍“未來攻擊偵察飛行器”（FARA）競標(biāo)的貝爾360 Invictus原型機(jī)設(shè)計方案，其是5家競標(biāo)公司中唯一采用常規(guī)構(gòu)型的，不存在太多的新技術(shù)挑戰(zhàn)，在經(jīng)濟(jì)性、可靠性、可用性等方面都優(yōu)于競爭對手。貝爾360的特點(diǎn)是機(jī)動性好和殺傷力強(qiáng)，配備了模塊化的開放系統(tǒng)從而使其具備執(zhí)行多種作戰(zhàn)任務(wù)能力，同時具備可持續(xù)發(fā)展的能力，意味其能夠衍生出多種不同用途的其他型號。這些特點(diǎn)都能保證直升機(jī)在戰(zhàn)場上安全地為陸軍提供全面的戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力。最為關(guān)鍵的是，該機(jī)采用了一種低成本、高可靠性的傳統(tǒng)直升機(jī)布局方式，無論是技術(shù)難度，還是研發(fā)經(jīng)費(fèi)，顯然在所有競爭對手中最低，從而為美國陸軍提供了一種風(fēng)險較低的選擇。

5.2 AVX和L3 Technologies公司聯(lián)合推出復(fù)合共軸的AVX-L3 CCH

美國陸軍推動FARA項目的目的是為了尋求一型輕型攻擊偵察直升機(jī)，用于代替已經(jīng)退役的OH-58D直升機(jī)。AVX飛機(jī)公司和L3 Technologies公司的聯(lián)合團(tuán)隊設(shè)計了一種新型高速攻擊偵察直升機(jī)AVX-L3 CCH，用于參加美國陸軍未來攻擊偵察機(jī)（FARA）競爭性原型計劃競賽的第一階段。其總體布局與AVX早期參與美國陸軍聯(lián)合多任務(wù)演示驗證計劃JMR-TD的旋翼飛行器很像，但細(xì)節(jié)上做了改進(jìn)。AVX-L3 CCH（Coaxial Compound Helicopter）直升機(jī)創(chuàng)新地采用了復(fù)合共軸布局，是一型帶有共軸雙旋翼和兩副涵道風(fēng)扇推進(jìn)螺旋槳的復(fù)合直升機(jī)。

5.3 西科斯基公布隱身高速Raider X概念

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)。“Raider”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)將會在未來的戰(zhàn)場上有出色的表現(xiàn)，尤其是空戰(zhàn)。

5.4 卡瑞姆飛機(jī)公司推出魔幻感極強(qiáng)的AR-40

卡瑞姆（Karem）公司在2019美國陸軍協(xié)會論壇（AUSA 2019）展出了AR-40復(fù)合直升機(jī)概念模型，參與美國陸軍未來武裝偵察直升機(jī)競標(biāo)，直面西科斯基共軸雙剛性旋翼+尾部推進(jìn)螺旋槳的“Raider”X和采用傳統(tǒng)直升機(jī)設(shè)計的貝爾360 Invictus的競爭。AR-40在低速下以傳統(tǒng)直升機(jī)模式飛行，在高速下以復(fù)合直升機(jī)模式飛行，要實現(xiàn)這點(diǎn)全靠該機(jī)的可側(cè)轉(zhuǎn)尾部推進(jìn)螺旋槳。

AR-40的合作與分工：卡瑞姆負(fù)責(zé)核心的旋翼和傳動技術(shù)，諾斯羅普提供生產(chǎn)和產(chǎn)品支持以及航空電子專業(yè)知識，雷神則負(fù)責(zé)任務(wù)系統(tǒng)集成和設(shè)計模塊化開放系統(tǒng)架構(gòu)，所以該機(jī)在FARA競標(biāo)中具有較強(qiáng)實力。

5.5 波音公司推出輕型化復(fù)合式“阿帕奇”—Boeing FARA

針對美國陸軍正在探索的新型攻擊和偵察旋翼機(jī)，在垂直飛行學(xué)會第75屆年度論壇和技術(shù)展示期間，美國航空航天制造商波音公司展示了下一代高速構(gòu)型復(fù)合式“阿帕奇”攻擊直升機(jī)（Advanced AH-64 Block 2 Compound）的模型和概念圖。其是基于AH-64E的衍生品，比現(xiàn)有武裝直升機(jī)更快、航程更遠(yuǎn)、燃油效率更高。波音公司表示復(fù)合式“阿帕奇”直升機(jī)能夠在美國陸軍實現(xiàn)其未來升力計劃之前，作為一種“臨時方案”幫助美國陸軍度過直升機(jī)裝備的緩沖期。當(dāng)前FVL的兩個重要分支未來攻擊偵察直升機(jī)FARA計劃和未來遠(yuǎn)程突擊直升機(jī)FLRAA正如火如荼進(jìn)行，美國陸軍為FARA選定了5家競爭供應(yīng)商，其中波音赫然在列。考慮到FLRAA計劃中，波音和西科斯基聯(lián)合推出SB-1復(fù)合式直升機(jī)，因此不太可能再在打造全新的直升機(jī)來參與競爭。因此，復(fù)合式“阿帕奇”如果輕型化，將成為FARA計劃的有力競爭者。

2020年3月，波音公司公布了其未來攻擊偵察直升機(jī)方案，命名為Boeing FARA。實際上，2016年波音公司就開始針對這種構(gòu)型的復(fù)合式“阿帕奇”進(jìn)行縮比模型風(fēng)洞試驗，積累了大量的試驗數(shù)據(jù)和分析研究報告，這些都被應(yīng)用到Boeing FARA的設(shè)計和研制上。由于總體設(shè)計與波音“高速阿帕奇”方案一致，因此，Boeing FARA本質(zhì)上就是個輕型版本的復(fù)合式“阿帕奇”。未來攻擊偵察飛行器的競爭機(jī)型如圖2所示。

圖2 未來攻擊偵察飛行器的競爭機(jī)型

從構(gòu)型上來說，波音公司的Boeing FARA也是采用了復(fù)合式構(gòu)型設(shè)計方案，但是與最常見的復(fù)合式直升機(jī)不同，該機(jī)只是一種單純的“推力復(fù)合式直升機(jī)”，該機(jī)僅僅只有加裝了輔助推力裝置，而沒有加裝輔助升力裝置等部件。所以 Boeing FARA是一架“單旋翼帶尾槳+尾部推進(jìn)螺旋槳”的復(fù)合式直升機(jī)。從構(gòu)型上也不難看出波音公司的設(shè)計用意—在成熟的直升機(jī)構(gòu)型基礎(chǔ)上稍作改動，從而實現(xiàn)在創(chuàng)新性、可靠性、經(jīng)濟(jì)型和風(fēng)險程度之間取得某種平衡。

6.結(jié)論與啟示

未來戰(zhàn)場上使用的攻擊偵察直升機(jī)應(yīng)該與整個聯(lián)合部隊實現(xiàn)數(shù)字化連接，它必須與現(xiàn)有的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈、計劃中的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈以及陸軍網(wǎng)絡(luò)無縫集成。直升機(jī)也必須能夠向受支援的地面部隊傳送其使用傳感器獲得的全動態(tài)視頻，應(yīng)該保留降落在地面指揮官的車輛旁毫無準(zhǔn)備的著陸區(qū)和召開“面對面”協(xié)調(diào)會議的能力。

“Raider”X是FARA競標(biāo)中的高端機(jī)型，并且以高性能和隱身為賣點(diǎn)。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，但進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化以突出隱身能力。貝爾360主打性價比和低風(fēng)險為賣點(diǎn)。該機(jī)是一種具有隱身外形的傳統(tǒng)直升機(jī)，具有機(jī)身兩側(cè)內(nèi)置彈艙和大翼展卸載機(jī)翼。卡瑞姆公司的科幻作品AR40復(fù)合直升機(jī)安裝有先進(jìn)主動適應(yīng)旋翼，每個槳葉能都能根據(jù)情況獨(dú)立調(diào)整槳距，尾部還安裝了可旋轉(zhuǎn)尾槳，在高速時作為推進(jìn)螺旋槳使用，其性能和復(fù)雜性介于貝爾360和“Raider”X之間，屬于折中方案。AVX飛機(jī)公司是一家頗具創(chuàng)造力的公司，曾經(jīng)提出了很多非常新穎的設(shè)計原型，如今與L3技術(shù)公司合作，以團(tuán)隊方式參與FARA的競爭，后者將為AVX公司提供其稀缺的工業(yè)制造能力。其CCH后機(jī)身兩側(cè)安裝有AVX公司特有的涵道風(fēng)扇，以提供前飛推進(jìn)力，設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)是可以機(jī)身變得更短。雖然該機(jī)在機(jī)身兩側(cè)上方安裝了大翼展機(jī)翼，卻不是用來掛載武器的，而是在機(jī)身下方安裝了可掛4枚“地獄火”反坦克導(dǎo)彈的專用武器短翼。CCH上下旋翼之間有50%的間隙余量，該機(jī)已經(jīng)通過風(fēng)洞測試，表明能輕松達(dá)到370km/h的速度，遠(yuǎn)超陸軍要求。Boeing FARA算是取了個中間值，指標(biāo)不算太高，但也不是最差，成本和風(fēng)險都控制在一個適中的范圍。

美陸軍給工業(yè)部門規(guī)定的計劃很緊湊，同時也給承包商要達(dá)到的性能指標(biāo)很靈活，都是最低要求，速度、航程、機(jī)動性、生存性、費(fèi)用等方面都很重要，但不可能各項指標(biāo)都能達(dá)到最優(yōu)，需要在設(shè)計時進(jìn)行權(quán)衡。