于琦

（中國直升機(jī)設(shè)計研究所，江西景德鎮(zhèn) 333001）

0. 引言

攻擊偵察直升機(jī)概念可上溯到20世紀(jì)60年代，代表型號是在輕型觀察直升機(jī)競標(biāo)中獲勝的貝爾直升機(jī)公司的OH-58，主要用于目視觀察、目標(biāo)捕獲、偵察和指揮控制，其改進(jìn)型OH-58D首次在輕型直升機(jī)上引入先進(jìn)的光電系統(tǒng)和“海爾法”反彈導(dǎo)彈，同時兼具了高性能晝夜間偵察和有限打擊的能力。相比之下，此前輕型直升機(jī)在戰(zhàn)場上要么執(zhí)行炮兵校射、偵察任務(wù)，要么扮演飛行的反坦克導(dǎo)彈發(fā)射陣地角色，而OH-58D把強(qiáng)大的攻擊能力和偵察能力進(jìn)行完美結(jié)合。2004年，由于“科曼奇”項目撤銷和OH-58D直升機(jī)日漸老化，正是在這種需求背景下，輕型攻擊偵察直升機(jī)（LARH）項目浮出水面。針對美國陸軍提出的投標(biāo)要求，貝爾直升機(jī)公司提出了競爭方案ARH-70A，與OH-58D直升機(jī)一脈相承。在經(jīng)歷了過渡性偵察直升機(jī)OH-58C、改型攻擊偵察直升機(jī)OH-58D、輕型攻擊偵察直升機(jī)ARH-70A、武裝空中偵察（AAS）項目和OH-58F座艙和傳感器升級項目后，貝爾直升機(jī)公司推出了一款常規(guī)構(gòu)型的競標(biāo)方案—貝爾360 Invictus。

1.從OH-58C到OH-58F的演進(jìn)

1.1 OH-58C

1976年，貝爾公司根據(jù)與美國陸軍簽訂的改型合同，按C標(biāo)準(zhǔn)對1架OH-58A進(jìn)行改型。主要改進(jìn)有：裝1臺額定功率313kW的艾利遜T63-A-720渦軸發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)安裝紅外抑制器；采用平板玻璃座艙蓋；配備現(xiàn)代化航空電子設(shè)備和目標(biāo)捕獲系統(tǒng)。OH-58C的最后構(gòu)型包括：安裝新的儀表板；為減小戰(zhàn)斗易損性所做的一些結(jié)構(gòu)上的修改；配備美國大陸公司的導(dǎo)航設(shè)備，白晝光學(xué)設(shè)備；改進(jìn)的航空電子設(shè)備和維護(hù)性；增大發(fā)動機(jī)功率，從而提高直升機(jī)的高溫高原性能。

1.2 OH-58D

1979年，美國陸軍提出“陸軍直升機(jī)改進(jìn)計劃”，要求用現(xiàn)有直升機(jī)改型，裝備旋翼軸瞄準(zhǔn)具和激光目標(biāo)識別與指示系統(tǒng)，在不良能見度和夜間使用。1981年9月，OH-58A的改型方案中標(biāo)。最初的合同額為1.48億美元。1983年OH-58D首飛。1985年12月首次交付。

OH-58D是一種雙座偵查攻擊直升機(jī)，主要任務(wù)是空中作戰(zhàn)指揮與管制、空中偵察、目標(biāo)截獲和目標(biāo)識別。武器系統(tǒng)包括：4枚FIM-92A“毒刺”空空導(dǎo)彈或AGM-114B“海爾法”空地導(dǎo)彈，也可以裝2個7管M260 70mm火箭發(fā)射器，或者在座艙左側(cè)武器掛架上安裝12.7mm機(jī)槍吊艙。

1.2.1 性能特點(diǎn)

（1）體積小，重量輕，機(jī)動靈活；（2）旋翼瞄準(zhǔn)具可在遮蔽物后面觀察目標(biāo)；（3）機(jī)載設(shè)備較先進(jìn)，可在晝夜和復(fù)雜氣象條件下遂行任務(wù)；（4）武器系統(tǒng)為模塊式，可在數(shù)分鐘內(nèi)更換任一種武器；（5）可遂行偵察和火力支援等各種任務(wù)；（6）結(jié)構(gòu)簡單可靠，維護(hù)方便，在野外1個人即可更換發(fā)動機(jī)。

1.2.2 主要改型

（1）特種部隊型，用于特種作戰(zhàn)；（2）“基奧瓦勇士”武裝型，增加武器掛點(diǎn)，采用該型的“毒刺”導(dǎo)彈；（3）“多用途型直升機(jī)”，以滿足美國陸軍快速反應(yīng)部隊的需求；（4）“隱身基奧瓦勇士”，采用全套隱身措施的改型；（5）“基奧瓦勇士改進(jìn)型”，改進(jìn)新的電子設(shè)備。

1.2.3 作戰(zhàn)能力

（1）具有較強(qiáng)的觀察和隱蔽能力，能隱藏在山地、樹林等地形地物后對目標(biāo)實(shí)施觀測，可避開對方偵察和火力打擊，并具有較強(qiáng)的夜間攻擊能力；（2）具有先進(jìn)的視覺、導(dǎo)航、通信、武器和駕駛艙集成系統(tǒng)，導(dǎo)航系統(tǒng)可提供精確的目標(biāo)位置，數(shù)字通信系統(tǒng)以數(shù)字方式發(fā)送給其他飛機(jī)，戰(zhàn)場圖像可以被傳輸以向指揮和控制部門提供實(shí)時的態(tài)勢感知；（3）可快速空中部署，并在抵達(dá)后幾分鐘即可投入作戰(zhàn)使用，可用C-130飛機(jī)運(yùn)輸。

1.3 OH-58F

OH-58F采用升級的座艙和傳感器，包括數(shù)字飛行控制系統(tǒng)和座艙顯示器。安裝在機(jī)頭部位的雷神AAS-53光電/紅外攝像機(jī)。直升機(jī)減重73kg，提升了飛行性能。OH-58D和OH-58F如圖1所示。

圖1 OH-58D（左）和OH-58F（右）

2.輕型攻擊偵察直升機(jī)競標(biāo)的產(chǎn)物ARH-70

ARH-70是美國貝爾直升機(jī)公司在貝爾407民用型的基礎(chǔ)上為美國陸軍研發(fā)的攻擊偵察直升機(jī)（ARH），以替代現(xiàn)役的OH-58D“基奧瓦勇士”直升機(jī)。主要任務(wù)是野戰(zhàn)炮兵觀測、為激光制導(dǎo)炮彈提供目標(biāo)照射、以及向反坦克部隊、空降兵提供偵察和目標(biāo)搜索等。針對美國陸軍關(guān)鍵要求之一的部署能力，ARH-70的設(shè)計中采用了可折疊的旋翼和可拆卸的武器掛架、垂尾及平尾。ARH-70的一個突出特點(diǎn)是將目標(biāo)截獲傳感器轉(zhuǎn)塔懸掛在機(jī)頭下方。不僅無需考慮旋翼旋轉(zhuǎn)和振動的影響，還減輕了重量，更重要的是體現(xiàn)了美國陸軍轉(zhuǎn)型后的任務(wù)重點(diǎn)—注重城市戰(zhàn)。

2004年，波音/西科斯基RAH-66“科曼奇”直升機(jī)項目的下馬，導(dǎo)致美陸軍急需新型武裝偵察直升機(jī)，以代替現(xiàn)役的OH-58D“基奧瓦勇士”武裝偵察直升機(jī)。2004年12月9日，美國陸軍頒布新型ARH項目招標(biāo)書。針對美國陸軍的需求，貝爾直升機(jī)公司選定貝爾407軍用改型參與ARH項目，與波音公司、西科斯基公司和歐洲直升機(jī)公司一同競爭ARH項目合同。

2005年7月，經(jīng)過全面評估之后，美陸軍正式宣布選擇貝爾ARH。美陸軍授予貝爾直升機(jī)公司價值2.11億美元合同，涉及為期3年的系統(tǒng)開發(fā)和驗(yàn)證。2006年7月20日，第1架ARH-70實(shí)現(xiàn)首飛。2008年8月，因?yàn)锳RH-70項目超出了預(yù)算40%，單機(jī)價格超過預(yù)算70%。2008年10月16日，由于研制費(fèi)從3.59億美元暴增至9.42億美元，單機(jī)成本也從856萬美元增至1448萬美元，而且交付日期從2009年推遲到2013年，合同價格高達(dá)62億美元，最終美國國防部宣布取消了已耗時3年的貝爾ARH-70項目。貝爾407和ARH-70直升機(jī)如圖2所示。

圖2 徐州市城市建成區(qū)（現(xiàn)狀條件）與1976年前P+Pa～R關(guān)系對比圖

圖2 貝爾407（左）和ARH-70（右）直升機(jī)

3.未來攻擊偵察直升機(jī)的有力競爭者貝爾360 Invictus

3.1 研發(fā)概況

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。其是五家競標(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。

貝爾360直升機(jī)在巡航速度上也實(shí)現(xiàn)了一定的突破，懸停效率和速機(jī)動性也得到了提高。能夠充分利用地形，為地面部隊提供強(qiáng)大的情報支撐，并為其塑造恰當(dāng)?shù)膽?zhàn)術(shù)環(huán)境，從而通過“知己知彼”來智取戰(zhàn)局。貝爾公司完善的設(shè)計/制造模式和數(shù)字化生產(chǎn)線，能夠確保設(shè)計/生產(chǎn)制造的協(xié)同，從而確保貝爾360直升機(jī)生產(chǎn)速度和改進(jìn)速度。貝爾360作戰(zhàn)效果如圖3所示。

圖3 貝爾360作戰(zhàn)效果圖

貝爾360直升機(jī)可謂是延續(xù)了貝爾公司幾十年來的“優(yōu)良傳統(tǒng)”—在保證性能達(dá)標(biāo)的情況下，重點(diǎn)考慮低技術(shù)風(fēng)險、低成本、生存能力和殺傷力。貝爾360直升機(jī)結(jié)合了經(jīng)過驗(yàn)證的低風(fēng)險技術(shù)以及先進(jìn)的工藝，融合了創(chuàng)新方法，使貝爾360直升機(jī)滿足或超越了FARA合同規(guī)定的所有要求。

為了滿足競標(biāo)要求和時間要求，貝爾借鑒了OH-58D的成功經(jīng)驗(yàn)以及未來垂直起降飛行器（FVL）項目的技術(shù)，設(shè)計小型直升機(jī)。雙座的標(biāo)志性設(shè)計，機(jī)頭下方的轉(zhuǎn)塔和涵道式尾槳，只采用一臺發(fā)動機(jī)，進(jìn)氣口在機(jī)身左側(cè)，排氣口在右側(cè)。這種設(shè)計大大降低了成本。能夠符合陸軍3000萬美元的價格要求。貝爾360 Invictus原型機(jī)方案如圖4所示。

圖4 貝爾360 Invictus原型機(jī)方案

貝爾公司在美國陸軍協(xié)會（AUSA）年會上展示貝爾360 Invictus直升機(jī)的全尺寸模型，并宣布準(zhǔn)備在2022年推出第一架原型機(jī)。貝爾360 Invictus全尺寸模型如圖5所示。

3.2 改進(jìn)與創(chuàng)新—從貝爾525和“科曼奇”到貝爾360

貝爾公司在貝爾525型直升機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)來打造未來攻擊偵察直升機(jī)，其中原因很簡單，貝爾公司在這類直升機(jī)的研制方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，貝爾525本身也非常的可靠且實(shí)用，按照貝爾的思路，通過這種“穩(wěn)健型”的改進(jìn)方式將會打造一型在經(jīng)濟(jì)性、可靠性、可用性等方面都優(yōu)于競爭對手的機(jī)型，并且這種機(jī)型由于不存在太多的新技術(shù)挑戰(zhàn)，風(fēng)險控制也會比較容易，不太會出現(xiàn)延期等情況。

從構(gòu)型布局上來說，貝爾360直升機(jī)確實(shí)是很普通且傳統(tǒng)的直升機(jī)—單旋翼、涵道式尾槳、縱列式座艙布局，這些都是現(xiàn)役軍用直升機(jī)中很常見的元素。該機(jī)的旋翼系統(tǒng)也是直接從貝爾525“借鑒”過來的，按照貝爾官方的說法，憑借該旋翼系統(tǒng)，在測試中飛行速度已經(jīng)達(dá)到了每小時200km。旋翼系統(tǒng)的移植工作包含了整個槳轂、整流罩以及旋翼槳葉系統(tǒng)，不過會根據(jù)貝爾360直升機(jī)的實(shí)際大小進(jìn)行縮比設(shè)計。旋翼數(shù)量從貝爾525的5片減少為4片，最高飛行速度隨之從370km/h降低到343km/h，使貝爾360的速度能夠滿足FARA的333km/h的速度門檻。貝爾525與貝爾360外形對比如圖6所示。

圖6 貝爾525與貝爾360外形對比

除了旋翼系統(tǒng)之外，貝爾360直升機(jī)還采用來自525直升機(jī)的飛控系統(tǒng)，一套由柯林斯航空航天公司打造的模塊化、開放接入式的航空電子系統(tǒng)。在發(fā)動機(jī)方面，因?yàn)槭禽p型直升機(jī)，該機(jī)主要由單臺通用電氣的“改進(jìn)渦輪發(fā)動機(jī)”提供動力，其位置將安裝在旋翼槳轂的左后方。在發(fā)動機(jī)的右側(cè)裝了一臺輔助動力裝置，為一些機(jī)載系統(tǒng)（如液壓系統(tǒng)、武器發(fā)射系統(tǒng)等）提供動力，并且也會在直升機(jī)需要加速度或者進(jìn)行其他機(jī)動動作時提供額外的動力。目前，貝爾公司正在為這種發(fā)動機(jī)的布局方式申請專利。

美國陸軍的FARA計劃就是要招標(biāo)一款新的直升機(jī)。這款直升機(jī)要能夠替代此前美國陸軍使用的OH-58D輕型武裝直升機(jī)，而且速度要夠快、研制時間要短、價格還要盡可能便宜。為了能夠盡量地縮短研制時間，允許參與競標(biāo)的直升機(jī)廠商借鑒原有的技術(shù)。貝爾360在科曼奇的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了性能的小幅縮水以及價格的大幅削減的改進(jìn)，貝爾360 與“科曼奇”武裝直升機(jī)除了在外形上頗有相似之處外，在很多細(xì)節(jié)上都有“科曼奇”的影子，比如低阻機(jī)身、旋翼整流罩、縱列雙座、可收放起落架、涵道尾槳、機(jī)腹側(cè)下方的內(nèi)置彈艙等，這些指標(biāo)都與“科曼奇”如出一轍。這也說明了貝爾360在設(shè)計上非常重視降低雷達(dá)截面積，以達(dá)到較好的隱身效果。

傳統(tǒng)設(shè)計并不意味著“傳統(tǒng)性能”，該機(jī)雖然采用了大量的成熟技術(shù)，但是也引入了不少新的東西，從其渾然一體的槳轂/旋翼系統(tǒng)設(shè)計、進(jìn)氣排氣設(shè)計和發(fā)動機(jī)布局設(shè)計等方面，可以看出貝爾根植傳統(tǒng)構(gòu)型上做出了大量的調(diào)整和創(chuàng)新，從而試圖打造一種布局簡單、成本較低、制造方便，同時性能達(dá)標(biāo)的飛行器。RAH-66與貝爾360外形對比如圖7所示。

圖7 RAH-66與貝爾360外形對比

貝爾360整體采用了多面體圓角設(shè)計，進(jìn)出氣道也采用了S型過渡，整個系統(tǒng)都采用了能夠有效降低噪音的幾何外形，所以具有對雷達(dá)、紅外和噪音的全面隱身能力。貝爾公司的360直升機(jī)方案在外形上和“科曼奇”武裝直升機(jī)最大的不同就是其傾斜尾槳。貝爾360垂尾位于尾梁兩側(cè)，而“科曼奇”的垂尾位于涵道式尾槳頂端。貝爾360直升機(jī)還有一個獨(dú)特且有趣的特點(diǎn)就是其發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣口在機(jī)身的左側(cè)，但是排氣口卻在另一側(cè)同一水平高度的位置，這一設(shè)計的目的與隱身性能有關(guān)。貝爾360的進(jìn)排氣和斜置尾槳如圖8所示。

圖8 貝爾360的進(jìn)排氣和斜置尾槳

3.3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）采用了單旋翼＋涵道尾槳、串聯(lián)雙座設(shè)計，機(jī)身曲線光滑、機(jī)頭下方有20mm機(jī)炮，單發(fā)，加裝輔助機(jī)翼分擔(dān)旋翼系統(tǒng)升力，獲得更大前飛速度。貝爾360的側(cè)視如圖9所示。

圖9 貝爾360的側(cè)視圖

（2）貝爾360直升機(jī)的旋翼系統(tǒng)整流罩做得相當(dāng)好，甚至連槳距操縱機(jī)構(gòu)都被做進(jìn)了槳轂整流罩內(nèi)，其操縱方式和貝爾以往的差別不小，而其塔座與槳轂之間的縫隙也相當(dāng)小，對氣動阻力的影響也會非常小。貝爾360的整流罩如圖10所示。

圖10 貝爾360的整流罩

（3）采用先進(jìn)航電系統(tǒng)，座艙主顯示采用一體化彩色顯示器，左右兩塊中等尺寸彩色顯示器，采用雙側(cè)桿操控裝置。大尺寸多功能顯示屏可以提供各種數(shù)據(jù)和影像，極大提升了飛行員的感知能力。充滿科技感的駕駛艙如圖11所示。

圖11 充滿科技感的駕駛艙

在兩側(cè)還有兩個較小的顯示屏，可以根據(jù)需要顯示電子地圖和關(guān)鍵飛行數(shù)據(jù)。彩色顯示器如圖12所示。

圖12 彩色顯示器

（4）采用內(nèi)部武器掛載方式、可收放式起落架?？墒辗诺奈淦骱推鹇浼苋鐖D13所示。

圖13 可收放的武器和起落架

（5）機(jī)翼翼展較大，在飛行時可以提供一定的升力，并可以掛載較多的彈藥。涵道尾槳有傾斜角度，不僅可以平衡旋翼產(chǎn)生的反作用扭矩，還能提供一定的升力。大翼展機(jī)翼如圖14所示。

圖14 大翼展機(jī)翼

（6）機(jī)鼻下方有光電轉(zhuǎn)塔，以及多管機(jī)炮，可以根據(jù)飛行員頭部轉(zhuǎn)動進(jìn)行自動瞄準(zhǔn)。光電轉(zhuǎn)塔如圖15所示。

圖15 光電轉(zhuǎn)塔

（7）貝爾360的電傳操作系統(tǒng)由貝爾525直升機(jī)的同型操控系統(tǒng)改進(jìn)而來，比傳統(tǒng)直升機(jī)先進(jìn)很多。采用電傳操作系統(tǒng)如圖16所示。

圖16 采用電傳操作系統(tǒng)

（8）操縱桿類似先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)的側(cè)桿系統(tǒng)，與常規(guī)的直升機(jī)有很大差距。操縱桿如圖17所示。

圖17 操縱桿

（9）飛行員頭盔盔體采用碳纖維，前部安裝光電探頭，面罩配備投影裝置，可以為飛行員提供超廣角視覺增強(qiáng)畫面。飛行員頭盔如圖18所示。

圖18 飛行員頭盔

（10）增強(qiáng)的態(tài)勢感知和傳感器技術(shù)。

（11）由柯林斯航空公司打造的模塊化，開放式構(gòu)架。

3.4 技術(shù)優(yōu)勢

（1）數(shù)字化架構(gòu)。允許制造、供應(yīng)鏈和維護(hù)之間實(shí)時協(xié)作，以促進(jìn)更順暢、更好的改進(jìn)，能夠降低下游成本和進(jìn)度風(fēng)險。利用先進(jìn)建模和仿真技術(shù)覆蓋產(chǎn)品全壽命周期與價值鏈，從基礎(chǔ)材料、設(shè)計、工藝、制造以及使用維護(hù)全部環(huán)節(jié)，集成并驅(qū)動以統(tǒng)一的模型為核心的產(chǎn)品設(shè)計、制造和保障的數(shù)字化數(shù)據(jù)流。（2）虛擬與現(xiàn)實(shí)融合。可提供一個通用的數(shù)據(jù)源貫穿飛行器的整個壽命周期，可監(jiān)測生存能力，并使得測試場景能夠隨著戰(zhàn)場技術(shù)的發(fā)展而建模，能夠?qū)F(xiàn)實(shí)與虛擬技術(shù)融合。（3）超凡的機(jī)動性。無論是在大都市、城市峽谷還是崎嶇的農(nóng)村地形，貝爾360直升機(jī)的設(shè)計能夠提供大的速度、航程和機(jī)動性。先進(jìn)的旋翼、輔助升力短翼和優(yōu)化的尾槳使其能夠在任何環(huán)境下進(jìn)行攻擊和偵察行動。（4）極強(qiáng)的殺傷力。在戰(zhàn)備狀態(tài)，貝爾360直升機(jī)裝載20mm機(jī)炮和內(nèi)部機(jī)載武器，并配備綜合彈藥發(fā)射裝置，以適應(yīng)目前和未來的作戰(zhàn)需求。先進(jìn)傳感器和發(fā)射效應(yīng)的結(jié)合提高了態(tài)勢感知能力，并提高了多域作戰(zhàn)的能力。

3.5 技術(shù)參數(shù)

最大平飛速度370km/h，巡航速度333.36km/h，作戰(zhàn)半徑250km，任務(wù)留空時間90min，有效載荷640㎏。在35℃的環(huán)境下，無地效懸停升限1219m，操縱品質(zhì)達(dá)到一級。

4. 結(jié)語

攻擊直升機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種超低空火力平臺，其強(qiáng)大火力與特殊機(jī)動能力的有機(jī)結(jié)合，最適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭“主動、縱深、靈敏、協(xié)調(diào)”的作戰(zhàn)原則，在戰(zhàn)爭中具有不可取代的地位與作用?，F(xiàn)代立體化戰(zhàn)爭對武裝直升機(jī)的綜合作戰(zhàn)能力提出了更高的要求，如空戰(zhàn)能力、夜視能力及在惡劣條件下的作戰(zhàn)能力、先進(jìn)的電子設(shè)備、復(fù)合材料的大量使用、高性能的動力裝置、數(shù)字化集成座艙、機(jī)動性和隱身性等。為了滿足未來作戰(zhàn)的要求，新一代輕型攻擊直升機(jī)必須發(fā)揮其對地攻擊、火力支援、空中格斗和武裝偵察的綜合能力。