西科斯基飛機公司攻擊偵察直升機發展

于琦

（中國直升機設計研究所，江西景德鎮 333001）

0.引言

FARA與取消的RAH-66“科曼奇”直升機相比較，“科曼奇”是深受當時“縱深攻擊”作戰理論的影響，使用了昂貴的隱身技術使其能滲透敵空域。FARA沒有更強的“隱身”或“低可探測”的要求，為提高生存能力，FARA不是依靠其本身采用的技術，更主要的是利用地形以及與其他作戰力量的協同。

1.“科曼奇”是西科斯基攻擊偵察直升機的首次嘗試

RAH-66“科曼奇”是西科斯基公司和波音直升機公司聯合研制的雙座攻擊偵察、空戰直升機，也是第一種隱身直升機。“科曼奇”的基本設計理念如圖1所示。

圖1 發現敵人而不被發現是“科曼奇”的基本設計理念

RAH-66于1996年1月首飛。項目總費用為340億美元，其中包括19.6億美元的論證/驗證費用和9億美元的全尺寸研制費用。2003年，低單機價格飆升至5800萬美元。2004年2月23日，美國國防部宣布取消“科曼奇”研發項目。從正式立項開始，至項目取消，在該項目上的投入已花費69億美元，生產了2架原型機，研制時間達21年之久。

隱身技術和高度綜合的航空電子信息系統是“科曼奇”的兩大特色，代表了當今世界直升機的最高水平，具有典型第四代直升機技術特征。雖然由于美軍面臨的威脅環境和軍事思想發生了重大轉變，而且研制周期過長，研制費用飚升，導致美軍取消了這個項目，但RAH-66仍是世界上目前為止第一種按全機隱身理念設計的集偵察、攻擊于一體的先進武裝直升機，研制過程中開發的許多新技術用于改進AH-64、UH-60等軍用直升機，從而使得這些直升機技術水平和任務能力有了顯著提升。RAH-66紅外抑制系統如圖2所示。

圖2 RAH-66紅外抑制系統

2.技術驗證機X2為攻擊偵察直升機的發展奠定了基礎

X2是西科斯基飛機公司研制的一種前行槳葉概念（ABC）旋翼技術驗證機。2005年6月，西科斯基飛機公司宣布啟動X2技術驗證機研制計劃，目標是通過采用各項新技術，改進共軸式旋翼直升機性能，在保持和改善原有垂直起降能力的基礎上，使其能以463km/h的速度巡航飛行。與常規直升機相比，X2的飛行速度可提高60%。2006年11月，X2開始進行地面試驗，2008年8月完成首飛。2010年9月15日，X2飛行速度達到了預定的462.5km/h。

X2作為一種先進技術概念的驗證平臺，融合了當今直升機領域的多項先進技術，力求突破當前速度的限制，成為世界上飛得最快的直升機，為衍生發展出不同用途的直升機型號鋪平道路。X2構型和技術將適用于各型直升機（從小型到20t的重型），也適用于軍用、民用，有人或無人直升機，有著廣闊的發展前景，主要任務是森林防火、起重吊裝、人員客貨運輸、城市消防、反恐、應急救援等。西科斯基公司計劃發展一個基于“X2技術”和模塊化設計的直升機家族，全面覆蓋軍用和民用領域，公司已經針對不同任務需要設想了一些應用X2技術的直升機方案。

X2高速直升機廣泛采用復合材料，使槳葉重量更輕，強度更高，機身作了優化處理，外形采用低阻設計，此外，該機還特別設計了流線型的槳軸整流罩。

X2采用“前行槳葉概念”，無需由直升機轉變到飛機狀態，加大推進螺旋槳的功率便可實現高速前飛。X2技術驗證機如圖3所示。

圖3 X2技術驗證機

3.過渡型S-97降低了新攻擊偵察直升機研制的技術風險

S-97 是西科斯基飛機公司研制的高速直升機，其設計基于X2技術驗證機。2010年10月項目正式啟動，2013年，S-97項目完成了關鍵設計評審，之后項目所有合作廠家開始進行部件制造。2013年9月，公司開始S-97原型機的總裝工作。極光飛行科技公司在位于佛羅里達州西棕櫚灘的飛行發展中心向西科斯基公司交付了S-97原型機的復合材料機身，包括一個綜合駕駛艙。

2014年6月，西科斯基飛機公司成功完成S-97高速旋翼機原型機的啟動工作，其新型垂直起降設計將大大改變直升機的作戰方式，有望掀起新一輪直升機技術革命。S-97高速直升機于2015年5月22日進行了里程碑性首飛，西科斯基飛機公司發表聲明稱這種直升機可滿足美陸軍航空兵下一代輕型偵察/攻擊直升機的要求。

采用兩副反向旋轉的共軸旋翼，與單旋翼布局式直升機相比，該機控制系統簡化，外形尺寸緊湊。同時，大量采用復合材料，突出了高效、敏捷和精確的操作品質。采用電傳操縱。槳葉重量更輕，強度更高，機身也作了減重優化處理，外形采用低阻設計。此外，該機還特別設計了流線型的槳軸整流罩。采用“前行槳葉概念ABC”，無需由直升機轉變到飛機狀態，加大推進螺旋槳的功率便可實現高速前飛。S-97直升機如圖4所示。

圖4 S-97直升機

4.隱身高速Raider X參與未來攻擊偵察直升機的競爭

4.1 研發概況

在華盛頓舉行的美國陸軍協會2019年航展上，西科斯基公司展示了“Raider”X共軸直升機。“Raider”X融合了多年來在X2直升機技術的開發、測試和升級中所吸收到的經驗，并為作戰人員提供了攻擊能力強、可生存性和智能的裝備，該直升機將在未來的戰場上會有出色的表現，尤其是空戰。Raider X參展模型如圖5所示。

圖5 Raider X參展模型

“Raider”X與S-97和X2復合直升機構型相似，S-97和X2研發時間較早，使其技術風險和預算都比較低。“Raider”X的尺寸更大，“Raider”X的旋翼和尾推裝置比S-97大20%，重量也提高了20%，因此具有更大的內置彈艙，大約在2.8m3～3.4m3，采用并列式座艙使機身更寬，可使直升機掛載更多的武器。西科斯基公司認為，大的武器艙對于數十年后的美國陸軍是非常重要的，尤其是FARA希望能掛載和發射無人機、干擾誘餌、巡飛武器等。“Raider”X滿足并超過了美國陸軍關于未來武裝偵察直升機（FARA）最大速度333km/h的要求。西科斯基公司未來垂直起降飛行器發展路線如圖6所示。

圖6 西科斯基公司未來垂直起降飛行器發展路線圖

美國陸軍的“未來攻擊偵察飛行器”（FARA）項目是為美國研發一款新型的偵察、攻擊用直升機，該機需要比現有的直升機速度更快，性能更先進，而“Raider”X是西科斯基參加競標的型號，其設計理念是打造一款機動性好、殺傷力強和生存率高的復合共軸直升機，用于確保垂直起降優勢對付未來戰場上不斷發展的同等和近等威脅。該機可快速開發和交付，以滿足未來的發展需求。“Raider”X利用洛克希德·馬丁公司在開發創新系統方面的廣泛專業知識，采用最新的數字化設計和制造技術。Raider X概念如圖7所示。

圖7 Raider X概念圖

4.2 技術特點

4.2.1 共軸反轉剛性旋翼+尾部推進螺旋槳

“Raider”X延續了S-97的基本氣動布局，具有共軸反轉雙剛性旋翼和尾部推進螺旋槳，這種共軸雙旋翼消除了單旋翼直升機高速飛行的后行槳葉失速現象，所以能在尾部螺旋槳的推進下達到更高速度。西科斯基S-97復合式直升機武裝化概念如圖8所示。

圖8 西科斯基S-97復合式直升機武裝化概念圖

4.2.2 采用隱身設計

西科斯基公司在“Raider”X外形上融入了雷達和紅外隱身設計，其與貝爾360一樣進行雷達和紅外隱身改進，以增強其戰場生存能力。為保形設計，該機機身表面平滑，采用紅外抑制器，沒有突出的傳感器、武器短翼和天線，機身兩側凸起的棱線也能起到降低雷達截面積的作用。“Raider X”機鼻的20mm機炮炮塔被設計為在不使用時向后旋轉180°以隱藏炮管，其旋翼槳轂也被整流罩包裹，下方的V形進氣口深埋的渦軸發動機提供進氣。根據陸軍的要求，“Raider”X安裝一臺3000馬力級通用電氣T901－900渦軸發動機，其發動機排氣也經過精心設計，其狹長的排氣管被隱藏在后機身左側棱線內，利用旋翼下洗氣流加速熱廢氣與冷空氣的混合，以此來迅速降低排氣溫度，降低紅外輻射。

4.2.3 適于復雜環境作戰

為滿足美國陸軍提出的城市戰中在建筑物之間穿行的要求。“Raider”X的并列雙座駕駛艙之后有一個大型內部武器艙，可容納導彈和無人機，所以無需外置武器短翼。Raider X適于復雜環境（山林）如圖9所示。

圖9 Raider X適于復雜環境（山林）

4.2.4 采用開放式架構

“Raider”X基于“即插即用”的布局，以及基于現代開放系統架構（MOSA）的航空電子設備和任務系統，為傳感器和武器提供了更高的靈活性和生存能力，并標志著向自我監控的轉變，以減少日常維護。

4.2.5 采用以往經驗來降低成本

“Raider”X采用CH-53K、CH-148和F-35的生產實踐來降低成本，并具有易于升級以應對新方案的設計。

4.2.6 具有低速懸停和加速能力

“Raider”X具有低速和高速機動范圍，可傾斜超過60°傾斜角，并具有增強的低速懸停和加速功能，剛性旋翼以及電傳操縱系統提供附加性能包括高響應機動性、增強低速懸停和水平加速和急停。

（1）機頭朝向斜上方/斜下方懸停。對于常規直升機來說，由于其旋翼拉力必須要和直升機總重力平衡，所以直升機懸停時，其機頭往往只能朝前，這對于飛行員而言實際上是不友好的，因為這樣一來，飛行員看向地面的視野實際上會縮小很多，對于執行打擊、偵察、支援和掩護任務而言都不夠友好。而“Raider”X由于有尾部螺旋槳的存在，可以在尾部產生一個垂直于螺旋槳平面的力，只要這個力的水平分量與旋翼的水平分量相當，直升機就能實現懸停，通過這樣的拉力分配，“Raider”X就能夠實現多種機頭朝向的懸停能力。幾種懸停模式在S-97上實現了飛行測試驗證如圖10所示。

圖10 幾種懸停模式在S-97上實現了飛行測試驗證

（2）姿態保持空中急停。對于常規直升機來說，要實現空中急停就必須調節旋翼的拉力，使其產生一個后向分量，這無可避免就需要直升機先抬頭，這對于瞬息萬變的戰場而言是致命的—很有可能你一個抬頭，不慎就被敵方擊落了。而“Raider”X的尾部螺旋槳是一個變距螺旋槳，其槳距變化范圍甚至包括負槳距，這就意味著該螺旋槳能夠產生反向力（從機尾指向機頭），這制動效率可比大多數輔助機翼上的氣動剎車高效得多。同時旋翼也不需要改變拉力朝向，從而不需要改變機身姿態角，從而確保始終面朝潛在敵方火力位置，確保自身的安全性。能始終保持朝向目標的姿態如圖11所示。

圖11 能始終保持朝向目標的姿態

（3）高速急轉彎。保持機頭朝向的高速急轉彎（就是繞著一個中心點高速轉圈圈）以及關閉尾部螺旋槳進入常規直升機飛行之后，該機的噪音水平可以達到相當低的程度，非常適于偵察任務。

4.2.7 具有良好的耐久性和維護性

通過利用新技術進行日常維護和檢查轉向狀態監控和視情維護，以降低飛行器的運營成本，增加飛行器的可用性，保證其可持續發展，并提供靈活的維護運營周期。

4.2.8 具有高度的任務靈活性

復合共軸技術專注于提升應對未來和不斷發展的威脅能力，為提高速度、作戰半徑和有效載荷提供了無與倫比的潛力和增長空間。這一潛力和增長幅度進一步使作戰任務具有靈活性，包括更廣泛的飛行器配置和裝載量，以適應特定的任務要求。Raider X山地飛行效果如圖12所示。

圖12 Raider X山地飛行效果圖

4.3 技術參數

旋翼直徑為12.19m，飛行速度超過463km/h，懸停升限為2743m，最大起飛重量約6350kg。

5.結語

美國陸軍對FARA的描述是小型和能在多域戰中實現機動性作戰的高性能平臺，用于未來的偵查、攻擊、突襲及運輸任務。西科斯基公司的“Raider”X概念延續了S-97的基本設計，采用該公司引以為豪的共軸剛性雙旋翼和尾部推進螺旋槳，進一步細化以突出隱身能力。