揭秘美陆军直升机未来发展方向

原标题:揭秘美陆军直升机未来发展方向

来自“月下陌生人”

美国这些直升机的技术确实是完全领先世界的,从造型到隐身性到速度机动性到综合能力。

在伊拉克“自由行动”和阿富汗“持久自由行动”的十年反恐战争之后,美国国防部发现,美国陆军的直升机机群正在逐渐“没落”。在作战任务没有发生方向性转变的情况下,制造商们一直在立足现有直升机平台进行升级改造,而原始平台缺乏创新。复杂多样的作战行动使直升机的飞行次数要比平时增加将近五倍,如今再加上美国陆军作战能力转型需要,现有的直升机的技术性能和作战能力显然已经不能满足未来作战需求。鉴于此,美陆军提出了“未来垂直起降项目”。

AVX公司的机型概念图

着眼作战新需求 启动未来垂直起降项目

美陆军未来垂直起降项目(Future Vertical Lift,FVL)的概念旨在创造一种新的旋翼飞行器,它具备新技术、新材料和新设计,以实现速度更快、航程更远、有效载荷更大、更容易维护和操作、运营成本更低,并能减少后勤保障负担。它将创建一系列系统来取代现有的大多数军用直升机。换言之,其主要目的就是为美陆军开发新的军用直升机系统。项目计划开发5种不同尺寸的飞机,同时实现诸如传感器、航空电子设备、发动机和防护措施等常用硬件相互共享。美陆军自2004年开始就在考虑相关项目,旨在为其UH-60黑鹰直升机、AH-64阿帕奇直升机、CH-47支奴干直升机和OH-58奇奥瓦直升机等“老兵”寻求替代者。

该项目最早源于2009年时任美国国防部长罗伯特·盖茨提出的一项倡议,目的是整合国防部所有垂直起降飞机的行动能力和技术开发,同时研究长期的工程制造能力。2011年10月,美国国防部副部长阿什顿·卡特发布了未来垂直起降项目战略计划,概述了所有军用的下一代垂直升降飞机的发展计划。该战略计划通过对未来25至50年垂直起降飞机的设计和发展,以先进能力机型取代现有机群,适应未来作战需求。在此项目中,美国海军也成为了美国陆军的合作伙伴,未来垂直起降项目中的产品可能被用于海军的MH-XX计划,取代原有的MH-60S/R海鹰直升机等执行海上作战任务。

2009年时该计划初步考虑设计3种尺寸,之后改为用4种或5种型号来替代现有的25种旋翼飞机,分别为:轻型(侦察版),取代OH-58奇奥瓦侦察直升机,计划于2030年推出;中轻型(攻击版),取代UH-60“黑鹰”直升机和AH-64“阿帕奇”直升机,计划于2027~2028年推出;重型(货运版),取代CH-47“支奴干”运输直升机,计划于2035年推出;超重型,新型垂直升降飞机,功能接近于固定翼战术运输机,如C-130J超级大力神和空客A400M,计划于2025年推出。其中中型直升机的基础概念速度必须达到430公里/小时,可携带12名士兵,在1800米高度和35℃的“高温”条件下作战,作战半径不少于424公里,最大行程848公里(不进行燃油补给),这些要求仍在改进中。任务功能包括货物运输、公用事业、武装侦察、攻击、人道主义援助、医疗疏散、反潜战、反水面战、陆海搜索和救援、特种作战支持、垂直补给、机载地雷对抗等。另外,未来垂直起降系列飞机还将被要求具有可切换自主驾驶飞行能力。

西科斯基-波音“挑衅号”

破除技术壁垒 项目选型“浮出水面”

联合多用途直升机项目(Joint Multi-Role,JMR),作为未来垂直起降项目的前身,其主要目的是为直升机机型选择提供技术演示。这种演示将为开发空中平台提供重要参考,第一阶段将开发飞行器机型,第二阶段将重点开发相关任务系统。美国陆军计划根据联合多用途直升机项目购买多达4000架不同型号的直升机。这其中较为引人注目的和最具代表性的是中轻型直升机的选型。

2013年6月,美国陆军初步选中4种机型用于联合多用途直升机(中轻型)技术演示阶段。贝尔公司的V-280 “勇气号”、西科斯基-波音团队的“挑衅号”、AVX公司以及Karem公司的飞机被选定参加项目技术演示第一阶段——讨论技术投资协议。美国陆军通过与几家公司的协商,计划构建一个技术融合、结构紧密、科学合理的方案,使项目产品能够满足陆军任务需求。最终将由一家承包商承担项目,整合实现目标所需的科学技术人员、支撑技术和装备配件资源,尽管这些有可能来自不同企业,但是最终目的都是为该项目提供最好的技术。为了得到陆军最终的青睐,几家公司也是使出了浑身解数。2013年7月31日,波音公司和西科斯基公司承诺,如果自己的团队被选中为该项目建造旋翼飞机,他们将在项目投资上超过政府公司投资金额的两倍。2013年8月6日,著名的洛克希德·马丁公司也参与到其中并表示,他们将提供一个新任务设备包以满足项目的需求,它们将把未来的机载能力环境软件标准嵌入飞机的驾驶舱和任务系统,包括他们的航空电子设备、武器和传感器,如F-35头盔。波音公司和其他公司也计划向项目设计提供自己的优势航空电子设备。2013年9月9日,贝尔宣布洛克希德公司将与他们合作开发V-280“勇气号”。2014年7月初,西科斯基-波音团队开发的联合通用架构(JCA)标准被陆军选中作为“数字主干网”,通过该标准,任务系统将集成到未来垂直起降系统的设计中。

2014年10月3日,美国陆军正式宣布选择贝尔-洛克希德V-280“勇气号”和西科斯基-波音SB-1“挑衅号”继续项目的后续任务。两支团队现在都将建造技术演示机型,从2017年开始进行飞行测试。虽然AVX和Karem公司的机型没有被选中,但是陆军仍然对他们所提出的一些先进技术予以持续关注和开发应用。AVX公司提出的同轴转子和双导管风扇设计,可提供更好的转向和一些额外的前进动力;转子系统有两个复合柔性梁轮毂,轮毂之间的叶片袖口和桅杆上有减阻气流道;机身的两侧入口门处有一个坡道设计,便于进行货物装载。Karem公司的TR36XP拥有专利最佳速度旋翼(OSTR)技术,结合了高效固定翼飞机的快速、廉价、操作安全和直升机的强大悬停能力,与其他垂直起降配置相比,在重量、驱动系统、空气动力和推进效率方面更具有优势,比如较好的稳定悬停性能、更快的爬升速度和持续高速机动能力,与此同时它还有更长的航程,并且降低了系统复杂性,在固有的安全基础下简化维护流程、降低制造维修成本。

贝尔V-280“勇气号”

贝尔V-280“勇气号”

贝尔公司的产品是倾转旋翼机,该公司自上世纪50年代以来一直致力于这项技术,著名的V-22鱼鹰直升机就是贝尔和波音公司合作开发并生产的。它之所以被称为倾转旋翼,是因为它的转子在两翼并且是倾斜的:它们可以面朝上,像直升机转子那样旋转,也可以面朝前,像超大螺旋桨那样旋转。这使得倾转旋翼机扩展了直升机的功能——能够在地面上空盘旋,精确而缓慢地机动,在有无跑道的情况均可以起降,同时也大大提高了涡轮螺旋桨飞机的速度、航程和燃油效率。据报道,V-280的设计巡航速度为520公里/小时 ( 约为280节,因此得名V-280),最高时速560公里/小时,航程3900公里,有效射程930至1480公里。预计最大起飞重量约为1.4万公斤。与早期V-22鱼鹰倾转旋翼的一个主要区别是,当转子和传动轴倾斜时,发动机位置不会改变。一个传动轴穿过直翼,使两个螺旋桨转子在发动机损坏时可以由另一个发动机驱动。V-280将有可伸缩的起落架,一个3倍线控飞行(线控飞行是一种用电子接口取代传统飞机手动飞行控制的系统,飞行控制的运动被转换成通过电线传输的电子信号进行)和一个V 型尾部设计。机翼由单节碳纤维增强聚合物复合材料制成,减轻了重量和生产成本。V-280将携带4名机组人员,能够运送多达14名士兵。双吊货钩将使它在携带4500公斤重量的M777A2榴弹炮的同时,以280公里/小时的速度飞行。

贝尔V-280“勇气号”为作战人员提供了一个加大作战范围和战术灵活性的作战选项。它的设计能够支持地面机动,是专为增强班组一级作战能力建造的,能够大大提高班组的安全性和生存能力。贝尔V-280的速度和射程是目前直升机平台的两倍多,它提供了另一种接近目标的选择,同时具备卓越的灵活性。需要注意的是团队的任务装备包通过数字融合侦察、监视、情报和友军信息,使航路态势感知成为可能。机载作战板将融合的数据和任务更新带到客舱进行实时跟踪。

这架飞机在2013年美国陆军航空协会年度专业论坛和博览会上正式亮相。2017年12月18日,V-280在德克萨斯州阿马里洛进行了首次飞行。经过一年的飞行测试,“勇气号”已经达到了重要的里程碑:它在2019年1月达到了520公里/小时的目标,并且将继续扩大其飞行范围,提高其灵活性、倾斜角度和自主操作能力。它已经飞行了近85小时,另外还完成了180多个小时的倾转旋翼飞行。它实现了每分钟1380米的爬升速度,并且能在3500米的高空持续飞行。

贝尔V-280“勇气号”

西科斯基-波音“挑衅号”

西科斯基-波音“挑衅号”直升机是一种带有刚性同轴转子的复合直升机,将配备X2刚性同轴转子系统技术,该技术已在S-97“袭击者”上进行了测试,取得了较好反响。双同轴转子系统的两个转子向彼此相反的方向旋转,可以防止飞机像陀螺一样旋转。“挑衅号”外形看起来比较传统,它看起来更像俄式直升机。机身将由复合材料制成,以实现较好的强度和较轻的重量。它拥有一个可伸缩式起落架,以减少飞行中的阻力。它的转子叶片将由复合材料制成,这将减少振动和部件的磨损,同时延长使用寿命和降低维护成本。

飞机还将配备主动振动控制技术,以减弱转子的振动,并提供平稳的升力和机动性;后机身将集成一个推力推进器和离合器,使飞机达到约两倍于传统旋翼飞机的速度;推进装置的配置也将允许飞机在远程任务中覆盖更长的距离,而先进的驱动系统将确保传输损失降到最低;手动折叠刀片将减少待机和运输时的空间需求,便于进行远程装载等。飞机设计飞行速度为460公里/小时,但现阶段由于使用两架霍尼韦尔T55发动机(CH-47支努干主用发动机),因此航程还达不到要求。未来在使用涡轮发动机后将大幅提升发动机动力,将满足424公里的作战半径要求。与传统直升机相比,反向旋转同轴主旋翼和推进螺旋桨技术将提供185公里/小时的速度加成,战斗半径延长60%,并在高热悬停性能方面也会表现得更好。西科斯基-波音公司表示,“挑衅号”将是快速和灵活的,可以实现快速加减速、侧向移动、悬停甚至是“倒立”。

“挑衅号”可容纳12名全副武装的部队和4名机组人员。它还将为医疗疏散行动提供足够的空间。飞机将能够以463公里/小时的最大速度飞行,并在1800米高空无地效悬停。该飞机将满足美国陆军的机动和运输需求,能够执行紧密攻击编队、近距离着陆任务,以及美国海军陆战队的远程运输、渗透和补给需求。它将配备电传飞行系统,可以控制进行推进、转向和升降。每个转子叶片执行机构将被连接到电传飞行系统,以避免任何潜在的隐患。主动舵和升降舵控制可以以更大的灵活性控制改变飞机的飞行路径。飞机还可以选择在所有飞行模式下使用武器。

但是,“挑衅号”的展示之路有些慢,第一次飞行的时间表已经推迟了好几次。原计划于2017年实施,但由于美国陆军要求实施自动化纤维替换刀片加工技术,导致延期。技术改进的延误导致首次飞行推迟到2018年夏季之后起飞。动力系统,如涡轴、变速器和转子,计划于2018年10月底在佛罗里达州西棕榈滩进行测试,然后在11月进行地面运行,之后计划在6个月内测试飞行并达到370公里/小时的速度。第一架原型机于2018年12月亮相,第一次飞行被推迟到2019年初。据悉,地面运行将于2019年年初开始,第一次飞行前还需要进行15小时的地面测试。

在美军未来垂直起降项目当中,有一些特点值得我们注意:在装备设计方面,未来直升机系统的研发是建立在作战需求牵引的基础上,武器设计上并没有盲目图快求新,而是由国防部进行顶层设计,围绕战略指导和作战任务需求进行规划和完善;在其项目机型选择上,通过多方参与研讨设计的过程,将各个军工企业优势发挥出来并融入到最终的产品设计当中,实现最终目标的效益最大化;在面向作战需求上,中轻型直升机主要担负的作战任务是为陆军及海军陆战队扩展班组一级人员的作战能力,其中主要作用是为人员提供更多的战术支援,提高人员的机动性和灵活性。作为美军六大优先事项之一,未来垂直起降系统对于美陆军作战能力的提升扮演着重要角色,无论最终选型如何,美军对直升机性能的选择和要求都将直接反应出其在未来作战中的一些行动特点,值得高度关注和深入研究。

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