當(dāng)卡車(chē)飛上天

田曄 李禎

印象里，動(dòng)力再?gòu)?qiáng)勁的卡車(chē)也只能在陸地上跑，如果要飛上天，除非它是變形金剛中的汽車(chē)人。事實(shí)就是如此，戰(zhàn)場(chǎng)需求逼迫研制者們將卡車(chē)帶離陸地，不但是為了追求更高的速度，也是為了更加安全。戰(zhàn)場(chǎng)上的變形金剛，將在不久的將來(lái)被投入使用，它徹底模糊了陸地與天空的界限。

“黑暗騎士”飛上天

4月10日，一款設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于小型無(wú)人駕駛多旋翼直升機(jī)的軍用陸空越野飛行車(chē)，在進(jìn)行了一系列地面測(cè)試之后，于當(dāng)天成功完成首次飛行測(cè)試。這架由美國(guó)先進(jìn)戰(zhàn)略公司（Advanced Tactics Inc.）研制的“黑暗騎士”變形者（Black Knight Transformer），是一種可垂直起降并可在公路行駛及越野的飛行車(chē)。該飛行車(chē)能在有人或無(wú)人駕駛的情況下完成傷員運(yùn)送以及貨物補(bǔ)給。

不同于單旋翼直升機(jī)，“黑夜騎士”有8個(gè)旋翼，各旋翼固定螺距且彼此不相連，通過(guò)各自的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。另有一臺(tái)帶自動(dòng)變速器的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)越野行駛。陸用部件帶汽車(chē)懸架、裝備有卡車(chē)車(chē)輪與減震器。車(chē)身旁的機(jī)械臂上裝配有碳纖維旋翼與110馬力發(fā)動(dòng)機(jī)。機(jī)械臂收起時(shí)，“黑暗騎士”的尺寸長(zhǎng)7.6米，寬2.5米；在機(jī)械臂展開(kāi)、旋翼旋轉(zhuǎn)的情況下，“黑暗騎士”的尺寸為長(zhǎng)9.5米，寬5.8米。該項(xiàng)目的首席工程師路斯托姆透露，“黑暗騎士”的最大載荷能力為1.8噸，滿(mǎn)載飛行時(shí)長(zhǎng)30分鐘。

家族化發(fā)展思路

在美國(guó)國(guó)會(huì)“特殊利益計(jì)劃”的資助下，總部位于加利福尼亞州洛杉磯埃爾塞貢多的美國(guó)先進(jìn)戰(zhàn)略公司（AT）從2010年開(kāi)始研發(fā)“黑暗騎士”越野飛行車(chē)。隨后美軍“遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)與先進(jìn)技術(shù)研究中心”與AT簽定合同，以開(kāi)發(fā)在無(wú)人駕駛狀態(tài)下運(yùn)送傷員的陸空飛行車(chē)的原型機(jī)。同時(shí)，海軍陸戰(zhàn)隊(duì)作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室也參與該項(xiàng)目的投入。

2012年，美國(guó)先進(jìn)戰(zhàn)略公司與美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）簽訂合同，設(shè)計(jì)小型特種作戰(zhàn)車(chē)“黑豹”變形者（Panther Transformer），要求該車(chē)載客量為2人、裝備載重能力300千克，最短行程30千米且能由CV-22傾斜旋翼機(jī)運(yùn)輸。

AT稱(chēng)該型號(hào)戰(zhàn)車(chē)為低成本設(shè)計(jì)，采用現(xiàn)有部件和簡(jiǎn)單材料制造而成。“我們能夠制造出價(jià)格不超過(guò)2千萬(wàn)美元的技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，費(fèi)用比一臺(tái)傳統(tǒng)渦軸直升機(jī)的價(jià)格要低。”路斯托姆透露，“我們能夠執(zhí)行諸如傷員運(yùn)送和貨物補(bǔ)給的任務(wù)，而通過(guò)飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)則會(huì)花費(fèi)上千萬(wàn)美元，這是很不劃算的。”

盡管配備8臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)——包括汽車(chē)動(dòng)力總成系統(tǒng)在內(nèi)為9臺(tái)，“黑暗騎士”存在一定的劣勢(shì)，但是所有發(fā)動(dòng)機(jī)的費(fèi)用總和仍小于直升機(jī)上同類(lèi)型的單臺(tái)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。因?yàn)樵摍C(jī)的直接驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)省去了變速器結(jié)構(gòu)，能有效減輕重量、節(jié)省費(fèi)用和降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。動(dòng)力裝置安裝在戰(zhàn)車(chē)的外部，便于維修和更換，這也使其保障費(fèi)用大為下降。

與直升機(jī)旋翼采用變槳控制相比，多旋翼結(jié)構(gòu)由各發(fā)動(dòng)機(jī)速度的變化來(lái)控制飛行并保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。這種設(shè)計(jì)能夠減少運(yùn)動(dòng)部件的數(shù)量。設(shè)計(jì)人員認(rèn)為，發(fā)動(dòng)機(jī)配備高速閉環(huán)控制系統(tǒng)，因此無(wú)需設(shè)計(jì)復(fù)雜的轉(zhuǎn)子頭部結(jié)構(gòu)。飛行車(chē)不能像傳統(tǒng)直升機(jī)一樣自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)葉片，但是當(dāng)某一發(fā)動(dòng)機(jī)失靈時(shí)它能保持姿態(tài)控制。

根據(jù)“黑暗騎士”改型得到的可操作概念機(jī)比驗(yàn)證機(jī)造型更加流暢，采用輕型裝甲并裝備使用航空燃料的渦輪柴油機(jī)。根據(jù)美國(guó)先進(jìn)戰(zhàn)略公司提供的數(shù)據(jù)，陸運(yùn)版飛行車(chē)有效載荷達(dá)到454千克，能以168千米/時(shí)的速度飛行2.5個(gè)小時(shí)，而以240千米/時(shí)的速度飛行時(shí)航程也可以達(dá)到460千米。貨運(yùn)版的載荷能力達(dá)到720千克，飛行時(shí)長(zhǎng)增加到2.9個(gè)小時(shí)，航程可以超過(guò)500千米。概念機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，能根據(jù)任務(wù)要求改變模式，不但可以通過(guò)更換地面行駛系統(tǒng)獲得更大的載重量，還可以換裝船體式主機(jī)身在水面作業(yè)。

2013年11月“黑暗騎士”完成了行駛測(cè)試，隨后進(jìn)入飛行測(cè)試階段。到目前為止，該研究仍停留在技術(shù)驗(yàn)證階段，該階段結(jié)束之后將投入生產(chǎn)。

DARPA的“飛行悍馬”計(jì)劃

除了AT公司與美國(guó)海軍、空軍聯(lián)合研制的“黑暗騎士”，美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局（DARPA）早在數(shù)年前也提出了飛行軍車(chē)的想法，即希望軍車(chē)飛越危險(xiǎn)地區(qū)來(lái)避免路邊簡(jiǎn)易爆炸物（IED）的威脅。

2010年10月，DARPA正式向工業(yè)界提出，研制一種類(lèi)似悍馬的“飛行悍馬”的軍車(chē)，稱(chēng)之為“變形者X”（Transformer X）計(jì)劃，要求采用輕型材料和結(jié)構(gòu)、高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)以及自主飛行控制系統(tǒng)等技術(shù)，并像軍用悍馬一樣擁有能夠經(jīng)受輕武器攻擊得裝甲車(chē)門(mén)、防彈玻璃和結(jié)實(shí)的車(chē)身。

DARPA還要求，這種飛行軍車(chē)在搭載4名士兵和配置的小型武器，或攜帶450千克有效載荷下，自動(dòng)快速起飛，從地面起飛升至幾千米的空中，飛行距離要超過(guò)400千米，然后自動(dòng)降落。DARPA表示，它不僅具有出色的公路越野性能，還能自動(dòng)快速起飛，并能迅速變化為一架輕型飛機(jī)，用以避免路邊炸彈、河流和其他危險(xiǎn)的障礙，從而能為在道路不便、難以到達(dá)的區(qū)域?yàn)槭勘\(yùn)送物資。DARPA同時(shí)表示，這種飛行軍車(chē)應(yīng)采用有人/無(wú)人駕駛可選模式，制導(dǎo)和飛行控制采用半自動(dòng)系統(tǒng)，所以駕駛員無(wú)需進(jìn)行飛行員培訓(xùn)就能進(jìn)行地面和空中駕駛，且能夠根據(jù)不斷變化的任務(wù)要求或威脅，更改飛行路線(xiàn)，然后降落.

DARPA將計(jì)劃分為三個(gè)階段，第一階段是確定可行性設(shè)計(jì)；第二階段是與確定兩個(gè)的制造商簽署正式研制合同，進(jìn)行原型飛行軍車(chē)的競(jìng)爭(zhēng)演示，并選定最終的制造商型；第三階段與制造商簽訂正式進(jìn)行研制合同，預(yù)計(jì)2015年進(jìn)行使用驗(yàn)證。

目前，DARPA已經(jīng)選定洛克希德·馬丁和AAI公司為進(jìn)入第二階段的制造商，各自研制和制造原型飛行軍車(chē)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，兩家公司的方案，雖然都采用了涵道風(fēng)扇，但在設(shè)計(jì)上采取了完全不同的方法。

AAI公司的復(fù)合旋翼機(jī)

AAI公司/美國(guó)卡特航空技術(shù)公司的“慢旋翼/復(fù)合旋翼機(jī)”（SR / C），基本上是一種重3400千克的無(wú)動(dòng)力旋翼的旋翼機(jī)，在地面行駛時(shí)，旋翼的桅桿向下折疊在軍車(chē)的頂部，旋翼的槳葉則向后折疊在桅桿的兩側(cè)，同時(shí)一副機(jī)翼也向后折疊在軍車(chē)的頂部，軍車(chē)的尾部還設(shè)計(jì)有平尾和兩側(cè)的垂尾，由一臺(tái)霍尼韋爾公司的HTS900渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的涵道風(fēng)扇，作為主要推進(jìn)動(dòng)力，軍車(chē)的地面速度是130千米/時(shí)。

需要變形為飛機(jī)時(shí)，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)輪式電機(jī)將旋翼桅桿抬起，槳葉和機(jī)翼也隨之展開(kāi)，同時(shí)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋翼，機(jī)載飛行控制系統(tǒng)自動(dòng)拉起槳距操縱桿，使軍車(chē)垂直起飛，然后控制推進(jìn)器，傾斜桅桿角度，加速旋翼速度加上機(jī)翼的升力，使軍車(chē)迅速升空。

隨著涵道風(fēng)扇逐漸增加推力，飛行軍車(chē)的前飛速度增加，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)脫開(kāi)旋翼，旋翼開(kāi)始轉(zhuǎn)為無(wú)動(dòng)力自旋轉(zhuǎn)模式，旋翼的升力卸載到機(jī)翼上，軍車(chē)變形為一架飛行器，飛行速度快于常規(guī)的直升機(jī)，飛行速度在100～320千米/時(shí)之間，最大飛行高度為3000米。

AAI公司聲稱(chēng)，這種飛行軍車(chē)在巡航飛行中，駕駛員既可以使用方向盤(pán)、踏板和變速桿操縱，也完全可以像一個(gè)UAV一樣飛行。AAI公司的有人駕駛模式的原型飛行軍車(chē)，預(yù)計(jì)在2014年完成首次飛行，明年年底將完成無(wú)人駕駛模式的貨運(yùn)型。

洛克希德·馬丁公司的傾轉(zhuǎn)旋翼方案

洛克希德·馬丁公司是一種重3200千克的傾轉(zhuǎn)涵道風(fēng)扇方案，飛行軍車(chē)頂部設(shè)計(jì)有一個(gè)機(jī)翼，在左右機(jī)翼的內(nèi)段各鑲有一臺(tái)2.6米直徑的涵道升力風(fēng)扇，由一臺(tái)普惠公司的重燃料渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

在地面行駛模式時(shí)，12.7米翼展的機(jī)翼向內(nèi)折疊，涵道風(fēng)扇處于面向前的與機(jī)翼垂直的狀態(tài)，以提供推力，在需要變形時(shí)，機(jī)翼展開(kāi)，涵道風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)到面向上與機(jī)翼水平的狀態(tài)，為軍車(chē)的垂直起飛提供向上的推力，軍車(chē)升到一定高度后，涵道風(fēng)扇再次轉(zhuǎn)回到面向前的與機(jī)翼垂直的狀態(tài)，提供向前的推力，軍車(chē)變成一架正常的飛機(jī)，公司聲稱(chēng)飛行速度可達(dá)240千米/時(shí)。