目前，美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)（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(wù)遠(yuǎn)程無人機(jī)，開啟了“海軍陸戰(zhàn)隊(duì)陸空特遣部隊(duì)無人遠(yuǎn)征軍”（MUX）項(xiàng)目。MUX項(xiàng)目吸引了許多當(dāng)年參與美國國防部預(yù)研局（DARPA）“垂直起降試驗(yàn)飛機(jī)”（VTOL X-Plane，VXP）項(xiàng)目的競標(biāo)者，目前競逐MUX項(xiàng)目的企業(yè)有極光飛行科學(xué)公司（簡稱極光公司）、波音公司、貝爾直升機(jī)公司（Bell Helicopter）、卡雷姆飛機(jī)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(jī)公司（Piasecki Aircraft）。此外，MQ-9“死神”（Reaper）無人機(jī)的制造商通用原子航空系統(tǒng)公司（GA-ASI）也可能會(huì)參與進(jìn)來。

MUX提出對(duì)VTOL無人機(jī)的需求

MUX項(xiàng)目確定的7個(gè)核心任務(wù)包括：電子戰(zhàn)、偵察勘探、命令與控制、武裝護(hù)衛(wèi)、持續(xù)火力、空中早期預(yù)警和補(bǔ)給的戰(zhàn)術(shù)分配。項(xiàng)目還要求實(shí)現(xiàn)平臺(tái)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(diǎn)1111km的地方執(zhí)行24h不間斷的戰(zhàn)斗巡邏任務(wù)。海軍陸戰(zhàn)隊(duì)對(duì)為所有的有人飛機(jī)搭配多任務(wù)無人機(jī)抱有濃厚的興趣，要求無人機(jī)能夠從兩棲攻擊艦和遠(yuǎn)征陸地基地起飛，可以與MV-22“魚鷹”（Osprey）傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)和F-35B短距起飛/垂直降落戰(zhàn)斗機(jī)協(xié)同，還需要能夠執(zhí)行多種任務(wù)。2017年2月8日，在五角大樓的一場媒體圓桌會(huì)議上，海軍陸戰(zhàn)隊(duì)航空兵副指揮官喬恩·戴維斯（Jon Davis）透露，陸戰(zhàn)隊(duì)對(duì)能與載人攻擊機(jī)協(xié)同的類似戰(zhàn)斗機(jī)的無人機(jī)“特別”感興趣，目前在為洛馬公司的F35-B/C戰(zhàn)斗機(jī)尋求無人機(jī)搭檔。

為了制定未來的作戰(zhàn)綱領(lǐng)，海軍陸戰(zhàn)隊(duì)正密切關(guān)注著DARPA的“戰(zhàn)術(shù)偵察節(jié)點(diǎn)”（TERN）、“空中可重構(gòu)嵌入式航空系統(tǒng)”（ARES）以及海軍研究辦公室的“自主航空貨物通用系統(tǒng)”（AACUS）等項(xiàng)目。對(duì)于MUX項(xiàng)目，海軍陸戰(zhàn)隊(duì)已與海軍方面建立了密切的合作，因?yàn)楹笳呖赡芤蚕Ｍ麨镈DG級(jí)驅(qū)逐艦尋求一種速度快、重量適中的VTOL飛機(jī)。

海軍陸戰(zhàn)隊(duì)航空部表示，如果技術(shù)得到證明，他們想在2020年前后著手MUX作戰(zhàn)無人機(jī)的開發(fā)。按照戴維斯的說法，基本的要求可能會(huì)被確定為1200km的作戰(zhàn)半徑和24h的續(xù)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(duì)任務(wù)載荷的要求包括空空、空地武器，偵察、瞄準(zhǔn)所需的傳感器以及兩套電子戰(zhàn)/網(wǎng)絡(luò)吊艙。此外，MUX可能還會(huì)被用來運(yùn)輸貨物和疏散傷員。最新發(fā)布的“2017海軍陸戰(zhàn)隊(duì)航空計(jì)劃”中披露了這些要求，提出一種遠(yuǎn)程、高速察打一體無人機(jī)，該機(jī)型計(jì)劃于2024年投入使用，2026年具備初步作戰(zhàn)能力，另外還有一種用于后勤保障、醫(yī)療疏散等通用任務(wù)的無人機(jī)也可能將于21世紀(jì)20年代早期完成服役準(zhǔn)備。

多家企業(yè)參與MUX競標(biāo)

海軍陸戰(zhàn)隊(duì)將諾格公司為TERN項(xiàng)目提出的方案視為MUX項(xiàng)目的“潛在解決方案”，該方案是一種復(fù)合共軸尾座式無人機(jī)，將在2018年的某個(gè)時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)。此外，海軍陸戰(zhàn)隊(duì)仍在繼續(xù)支持洛馬公司的無人“K-MAX”無人直升機(jī)項(xiàng)目。同時(shí)，為了滿足未來通用任務(wù)需要，海軍陸戰(zhàn)隊(duì)還和陸軍共同資助了洛馬/皮亞斯基公司的ARES技術(shù)驗(yàn)證，預(yù)計(jì)ARES的飛行試驗(yàn)將于今年秋天啟動(dòng)。

貝爾直升機(jī)公司提出的方案名為V-247“警惕”（Vigilant），該名字來源于對(duì)24h持續(xù)監(jiān)視任務(wù)的要求。貝爾直升機(jī)公司主管先進(jìn)傾轉(zhuǎn)翼系統(tǒng)的副總裁文斯·托賓（Vince Tobin）指出，按照海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的要求，新型無人機(jī)要比“死神”無人機(jī)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(zhuǎn)旋翼機(jī)為基礎(chǔ)，起飛總重將達(dá)到13.15～13.60t。其中，包括燃料、武器裝備和傳感器等在內(nèi)的任務(wù)載荷為5.90t。機(jī)翼和旋轉(zhuǎn)部件都可以自動(dòng)折疊，以配合DDG級(jí)驅(qū)逐艦的機(jī)庫尺寸，這種機(jī)庫原本是被用來容納MH-60“海鷹”直升機(jī)的。

托賓稱，盡管“警惕”最初的目標(biāo)客戶是海軍陸戰(zhàn)隊(duì)，但是海軍也可以將其作為MH-60R的替換機(jī)型或MH-XX計(jì)劃的一部分，用來執(zhí)行未來的水面、水下打擊和掃雷任務(wù)。此外，美國陸軍特種作戰(zhàn)司令部也表達(dá)了對(duì)這種大型垂直起降無人機(jī)的興趣。

截至目前，V-247“警惕”的設(shè)計(jì)工作仍然是自費(fèi)的，但貝爾直升機(jī)公司對(duì)建造原型機(jī)的任何機(jī)會(huì)都表示歡迎。團(tuán)隊(duì)密切關(guān)注著海軍陸戰(zhàn)隊(duì)關(guān)于MUX項(xiàng)目一切可能的要求，目的就是為了做出最好的設(shè)計(jì)。近期，公司完成了一次系統(tǒng)需求評(píng)審，目的是確保設(shè)計(jì)盡可能地滿足各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。據(jù)公司稱，設(shè)計(jì)已經(jīng)足夠成熟，達(dá)到了初步設(shè)計(jì)評(píng)審標(biāo)準(zhǔn)的“開發(fā)級(jí)別”。

V-247系統(tǒng)許多設(shè)計(jì)元素直接取自V-280，V-280是專為陸軍“聯(lián)合多功能技術(shù)驗(yàn)證機(jī)”（JMR-TD）計(jì)劃開發(fā)的，也是“未來直升機(jī)”（FVL）計(jì)劃的候選機(jī)型之一。按照貝爾直升機(jī)公司的說法，驗(yàn)證機(jī)的組裝工作已經(jīng)完成了95%，計(jì)劃于2018年9月首飛，測試將持續(xù)到2019年。一旦達(dá)到了政府的各項(xiàng)要求，公司將對(duì)無人/可選有人構(gòu)型進(jìn)行驗(yàn)證。和軍用的V-22“魚鷹”、商用的貝爾525直升機(jī)一樣，V-280使用了電傳飛行控制系統(tǒng)，可以相對(duì)輕松地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制或半自主飛行模式，最大速度450km/h，相對(duì)的V-247的目標(biāo)速度是402km/h。

極光憑“雷擊”抗衡諾格、貝爾

作為競逐MUX項(xiàng)目的企業(yè)之一，極光公司很可能會(huì)推出“雷擊”（Lightning Strike）混合動(dòng)力無人機(jī)參與角逐。極光公司將MUX看作“雷擊”的潛在后續(xù)項(xiàng)目。在3月海軍同盟會(huì)舉辦的“海-空-天”博覽會(huì)上，公司公布了其藝術(shù)化的概念設(shè)計(jì)方案。方案中，極光公司設(shè)想未來將會(huì)由兩架“雷擊”武裝無人機(jī)飛在兩架MV-22“魚鷹”運(yùn)輸攻擊平臺(tái)前方。

“雷擊”無人機(jī)概述

“雷擊”源自DARPA的VXP項(xiàng)目，VXP項(xiàng)目旨在驗(yàn)證一種新的垂直起降飛機(jī)，要求平臺(tái)速度超過483km/h、能夠進(jìn)行高空盤旋、巡航效率高、可攜帶任務(wù)載荷重量超過起飛總重的40%等。

VXP項(xiàng)目有一點(diǎn)兒抽象，最不尋常之處在于為了克服先前設(shè)計(jì)的缺陷，如直升機(jī)的懸停效率很高，但在速度和巡航升阻比方面都有瓶頸，F(xiàn)-35高速垂直起降飛機(jī)平飛速度很快，但懸停效率低，沉重的推進(jìn)系統(tǒng)也占用了過多的任務(wù)載荷，DARPA并未指定具體的任務(wù)，而是提出了性能指標(biāo)要求。

未指定具體任務(wù)使得各競標(biāo)企業(yè)充分發(fā)揮了潛能，4種差別極大的構(gòu)型從第一階段的概念設(shè)計(jì)中勝出，最終，“雷擊”無人機(jī)脫穎而出并獲得第2、第3階段合同，被DARPA選作驗(yàn)證混合動(dòng)力推進(jìn)技術(shù)最新水平的平臺(tái)。“雷擊”無人機(jī)裝有1臺(tái)羅羅公司的AE1107C渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)及3臺(tái)霍尼韋爾公司（Honeywell）的1MW發(fā)電機(jī)，再由它們?yōu)?4臺(tái)沿著傾斜串列翼布置的涵道風(fēng)扇提供電力。4月進(jìn)行的20%縮比驗(yàn)證機(jī)飛行試驗(yàn)成功驗(yàn)證了氣動(dòng)構(gòu)型方案和復(fù)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(yàn)臺(tái)，目的在于確保發(fā)電機(jī)和涵道風(fēng)扇能夠達(dá)到預(yù)期水平?！袄讚簟钡淖畲笤O(shè)計(jì)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(xiàn)“雷擊”潛力

2016年3月29日，“雷擊”無人機(jī)的縮比驗(yàn)證機(jī)成功完成首飛。盡管飛行器構(gòu)型不同尋常，但極光公司通過縮比試驗(yàn)告訴世人，XV-24A“雷擊”確實(shí)能夠完成包括垂直起飛、盤旋、前向飛行轉(zhuǎn)換、垂直降落在內(nèi)的一系列操作，消除了全尺寸飛行試驗(yàn)的一些風(fēng)險(xiǎn)?！袄讚簟钡娜叽珧?yàn)證機(jī)飛行測試將于2018年晚些時(shí)候進(jìn)行。

試驗(yàn)在嚴(yán)格匹配全尺寸飛機(jī)構(gòu)型的前提下，實(shí)現(xiàn)了從旋翼飛行到機(jī)翼飛行的轉(zhuǎn)換，很好證明了該氣動(dòng)構(gòu)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(shí)能夠使飛機(jī)在不損失高度的前提下轉(zhuǎn)換到機(jī)翼飛行。此外，試驗(yàn)還證明了嵌入式推進(jìn)對(duì)于在轉(zhuǎn)換過程中防止機(jī)翼失速是有效的，而且飛機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)換階段都是可控的。

目前，對(duì)全尺寸動(dòng)力系統(tǒng)的測試已經(jīng)開始。作為供應(yīng)商之一的霍尼韋爾公司正在對(duì)第一個(gè)1MW發(fā)電機(jī)進(jìn)行驗(yàn)收測試。該發(fā)電機(jī)被用在極光公司的銅鳥測試平臺(tái)上，由外部而非AE1107發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，它所帶動(dòng)的風(fēng)扇也較實(shí)際中的少。試驗(yàn)人員會(huì)對(duì)風(fēng)扇的同步性和發(fā)電機(jī)在所需動(dòng)力水平上持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力進(jìn)行考察。此外，相關(guān)人員還會(huì)關(guān)注能量傳動(dòng)、材料類型和所用的線材。

下一步就是鐵鳥試驗(yàn)臺(tái)。設(shè)備上會(huì)裝有真正的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱和發(fā)電機(jī)，它們將驅(qū)動(dòng)更大數(shù)量的風(fēng)扇，彼時(shí)，那將是一個(gè)完整的系統(tǒng)，結(jié)合了銅鳥地面試驗(yàn)臺(tái)的經(jīng)驗(yàn)。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(shí)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)什么。

后續(xù)

與傳統(tǒng)的DARPA項(xiàng)目不同，VPX項(xiàng)目演示完成后，不會(huì)有其他單位來接手。DARPA認(rèn)為，值得接手的不是這架驗(yàn)證飛行器本身，而是它所驗(yàn)證的技術(shù)。

其中一項(xiàng)技術(shù)就是飛行控制系統(tǒng)。人們希望得到一架能夠利用多重控制面實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果的飛機(jī)，雷擊可以做到。設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)了多個(gè)控制作動(dòng)器，使得每片扇葉都有作為獨(dú)立控制單元使用的潛力。除了可變槳距風(fēng)扇，每個(gè)涵道還有一套面積可變的擴(kuò)散器，用來提高盤旋和前飛時(shí)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(tǒng)有幾種控制機(jī)制：可變槳距、可變的擴(kuò)散器角度以及可變副翼/氣動(dòng)表面。這些機(jī)制都能為各種飛行模式提供所需的控制力，為開發(fā)適用于自適應(yīng)飛行的控制系統(tǒng)開辟了道路。

動(dòng)力系統(tǒng)是另一項(xiàng)值得接手的技術(shù)，目前高耗能的電子應(yīng)用非常多，動(dòng)力系統(tǒng)采用的模式非常值得業(yè)界參考。再有就是分布式的涵道風(fēng)扇推進(jìn)。因?yàn)橥七M(jìn)系統(tǒng)是分布式的，在保持機(jī)翼前緣流動(dòng)不分離方面，涵道風(fēng)扇具有很高的效率；即使迎角很大、空速很低，機(jī)翼仍然能夠提供升力。不光是垂直起降業(yè)界，固定翼行業(yè)也對(duì)這項(xiàng)技術(shù)很感興趣。

交流耦合技術(shù)吸引了美國國家航空航天局（NASA）的注意。通過“高電壓混合動(dòng)力推進(jìn)”項(xiàng)目，他們正在為大型商務(wù)飛機(jī)開發(fā)類似的技術(shù)。據(jù)稱，NASA對(duì)直接交流飛行系統(tǒng)非常感興趣，他們認(rèn)為工作已經(jīng)超出了他們的目標(biāo)。

（李亮，北京航空航天大學(xué)）