雷擊勝出美國新一代垂直起落飛機(jī)研制最新進(jìn)展

2013年3月8日，美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA，Defense Advanced Research Projects Agency ）發(fā)布了新型垂直起落驗(yàn)證機(jī)（VTOL X-Plane 又稱VXP）的項(xiàng)目需求，要求在垂直起落飛行領(lǐng)域開展一項(xiàng)具有革命性意義的研究。項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)為1.3億美元，時(shí)間為52個(gè)月。

美國DARPA是美國國防部重大科技攻關(guān)項(xiàng)目的組織、協(xié)調(diào)、管理機(jī)構(gòu)和軍用高技術(shù)預(yù)研工作的技術(shù)管理部門，主要負(fù)責(zé)研究、開發(fā)和應(yīng)用具有潛在軍事價(jià)值、風(fēng)險(xiǎn)大的高新技術(shù)，為解決美國中遠(yuǎn)期國家安全問題提供高技術(shù)儲(chǔ)備，爭(zhēng)取在軍事技術(shù)領(lǐng)域?yàn)槊绹皠?chuàng)造并防止戰(zhàn)略突襲”。該局不生產(chǎn)軍用裝備，而是為有遠(yuǎn)見的、有時(shí)是怪誕的研究項(xiàng)目提供經(jīng)費(fèi)支持以使美國的軍事技術(shù)處于最前沿的位置。如果DARPA的研究項(xiàng)目取得成果，這些成果將會(huì)轉(zhuǎn)交給部隊(duì)進(jìn)行下一步的研制。例如，該局對(duì)F-35B戰(zhàn)斗機(jī)使用的升力風(fēng)扇技術(shù)進(jìn)行一些初期研究工作，但不直接參與F-35的生產(chǎn)。

DARPA稱，開展VXP項(xiàng)目的目的是通過支持基礎(chǔ)平臺(tái)和相關(guān)子系統(tǒng)的研究，促進(jìn)垂直起落飛行技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)突破性的進(jìn)展。該項(xiàng)目最終將研制出一款在持續(xù)高速飛行、懸停與巡航效率、有效載重比及平臺(tái)綜合功能等方面大大優(yōu)于現(xiàn)有傳統(tǒng)旋翼機(jī)的新型驗(yàn)證機(jī)。

項(xiàng)目需求

直升機(jī)由于具有不需要機(jī)場(chǎng)而能垂直起降、懸停、前后側(cè)飛等優(yōu)良的飛行品質(zhì)，在軍事和民用中獲得廣泛的應(yīng)用。但是，由于直升機(jī)旋翼氣動(dòng)力學(xué)的固有限制，飛行速度很難超過360千米/時(shí)，這限制了其發(fā)展。從20世紀(jì)40年代起，人們就在探索研究一種既具有直升機(jī)垂直起落、懸停、前后側(cè)飛能力，又具有固定翼飛機(jī)航程遠(yuǎn)、高速度飛行性能的飛行器。曾探索過復(fù)合式直升機(jī)、前行槳葉概念（ABC）、X翼方案、旋翼折疊方案、傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)等多種新原理構(gòu)型旋翼機(jī)。經(jīng)過幾十年的試驗(yàn)研究，目前取得較大進(jìn)展的有復(fù)合式直升機(jī)X-2、X3和已實(shí)用化的V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)。常規(guī)直升機(jī)采用旋翼作為利用空氣動(dòng)力的手段，由于旋翼氣動(dòng)力學(xué)的固有限制，不僅使常規(guī)直升機(jī)速度慢，而且航程短和運(yùn)輸效率低。最新研制的復(fù)合式直升機(jī)X-2、X3和傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)V-22，雖然在速度上由350千米/時(shí)提高到460千米/時(shí)，但在運(yùn)輸效率方面卻提高不多。

DARPA認(rèn)為，直升機(jī)在美國軍事行動(dòng)中的運(yùn)用已經(jīng)比較成熟。目前，各類傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的直升機(jī)基本都具備在無準(zhǔn)備的復(fù)雜地形與天氣條件下作戰(zhàn)和快速飛越廣闊戰(zhàn)場(chǎng)，并將兵力、兵器垂直機(jī)降至作戰(zhàn)區(qū)域的能力。但是，在現(xiàn)有的直升機(jī)中，開放式旋翼仍占主導(dǎo)地位，它們雖然能執(zhí)行許多作戰(zhàn)任務(wù)，但無法滿足未來軍隊(duì)在極端惡劣條件下懸停和遠(yuǎn)距離、高速度飛行的作戰(zhàn)使用要求。因此，發(fā)展在性能指標(biāo)方面大幅超越現(xiàn)有傳統(tǒng)機(jī)型的新機(jī)型很有必要，這也是DARPA啟動(dòng)該項(xiàng)目研究的根本原因。

DARPA稱，VXP項(xiàng)目不是為了某一個(gè)特定任務(wù)而進(jìn)行的型號(hào)研究，而是為了推進(jìn)新型垂直起落技術(shù)、概念機(jī)型或構(gòu)型的發(fā)展，驗(yàn)證能從根本上提升直升機(jī)飛行性能的垂直飛行技術(shù)。換言之，該項(xiàng)目也是為了能夠徹底改善未來直升機(jī)在速度、懸停效率、航程和有用載重方面的性能，而不僅僅只為了實(shí)現(xiàn)某一個(gè)特定的任務(wù)指標(biāo)和要求進(jìn)行技術(shù)革新。DARPA強(qiáng)調(diào)，對(duì)能夠突破現(xiàn)有主流構(gòu)型的概念設(shè)計(jì)很感興趣，而對(duì)那些僅僅是在現(xiàn)有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上進(jìn)行“漸進(jìn)式改進(jìn)”的提案興趣不大。

該項(xiàng)目中研究和發(fā)展的新技術(shù)應(yīng)包括空氣動(dòng)力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、飛行控制、推進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)體結(jié)構(gòu)等各個(gè)方面。DARPA要求各研發(fā)單位注意廣泛采用各種新概念新技術(shù)，例如提高升力、降低阻力的技術(shù)；升力分?jǐn)偟膹?fù)合設(shè)計(jì)和構(gòu)型；多功能高權(quán)限控制技術(shù)；提升懸停效率的功率負(fù)載技術(shù)；旋翼下洗流覆蓋區(qū)域控制技術(shù)；推力增大技術(shù)；地效應(yīng)用技術(shù)；創(chuàng)新性推力應(yīng)用與整合技術(shù)；相關(guān)的新型飛行控制技術(shù)等。盡管該項(xiàng)目的重點(diǎn)不是研究新材料技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)和自主飛行控制技術(shù)，但DARPA仍歡迎在該平臺(tái)設(shè)計(jì)中采用上述領(lǐng)域任何可用的最新技術(shù)。DARPA還要求設(shè)計(jì)單位最好能在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段注重結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)潔與整體優(yōu)化，并采用綜合設(shè)計(jì)方法提高效率和降低整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性。

項(xiàng)目目標(biāo)

最新分析表明，現(xiàn)有2～10噸級(jí)直升機(jī)的飛行速度限制在350千米/時(shí)左右。這些機(jī)型基本上都是采用傳統(tǒng)構(gòu)型，這種設(shè)計(jì)要受到懸停飛行時(shí)功率負(fù)載的影響。但是，這些采用“懸停優(yōu)化”機(jī)型的平均懸停效率卻只能達(dá)到理論上的60%。而且，這些機(jī)型的升阻比要比固定翼機(jī)低2倍或更多。

根據(jù)這些分析，垂直起落驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目的首要技術(shù)目標(biāo)是，驗(yàn)證垂直起落機(jī)的飛行速度、懸停效率、巡航效率的根本提升程度和驗(yàn)證垂直起落機(jī)在整個(gè)飛行包線內(nèi)有效遂行任務(wù)的能力。項(xiàng)目的重點(diǎn)不是設(shè)計(jì)“高速”直升機(jī)或能夠垂直起落的新型固定翼飛機(jī)具體型號(hào)，而是研究和設(shè)計(jì)可以克服限制垂直飛行性能的新概念、新構(gòu)型、新技術(shù)和詳細(xì)的子系統(tǒng)布局，以解決長(zhǎng)期困擾傳統(tǒng)直升機(jī)的諸如后行槳葉失速、廢阻力高、功率負(fù)載低、前飛時(shí)升力效率低、高空重比等問題。

從定性的角度分析，垂直起落驗(yàn)證機(jī)研究項(xiàng)目的根本目標(biāo)有：提高該機(jī)的持續(xù)飛行速度；提高該機(jī)的懸停效率；提高該機(jī)的巡航效率；提高該機(jī)的有用載重（燃油、飛行機(jī)組、試驗(yàn)器具、有效載荷）。美國DARPA認(rèn)為，過去的一些垂直起落試驗(yàn)機(jī)僅僅注重其中某一方面，而該垂直起落驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目要求在同一個(gè)平臺(tái)上同時(shí)滿足這些目標(biāo)。這是一項(xiàng)基本要求，是該垂直起落驗(yàn)證機(jī)研究的新特點(diǎn)，體現(xiàn)了在提升垂直起落機(jī)速度的同時(shí)改善其執(zhí)行有效任務(wù)的一種綜合能力。

DARPA稱，研制垂直起落驗(yàn)證機(jī)的目的是確立能使新機(jī)具備超常任務(wù)能力的性能，具體指標(biāo)是：（1）以555～740千米/時(shí)的真實(shí)空速進(jìn)行持續(xù)的高速飛行。（2）飛機(jī)懸停效率由60%至少提高到75%。（3）飛機(jī)巡航升阻比要達(dá)到10。（4）有用載重不低于飛機(jī)總重的40%，有效載荷不低于總重的12.5%。

DARPA要求，該項(xiàng)目使用的技術(shù)應(yīng)在4.5～5.5噸相關(guān)量級(jí)的有人或無人飛行驗(yàn)證機(jī)上得到證實(shí)，并且要具備較強(qiáng)的適應(yīng)性，適用于總重2～11噸的各種平臺(tái)。驗(yàn)證機(jī)是采取有人、無人或可選駕駛員模式由研制單位自己決定。研制單位應(yīng)考慮驗(yàn)證機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)、重量、控制和適航性認(rèn)證等問題。驗(yàn)證機(jī)應(yīng)具備充分的載重余度，能在各種飛行條件下實(shí)施從-0.5～+2.0g的機(jī)動(dòng)。

垂直起落驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目持續(xù)時(shí)間為52個(gè)月，分3個(gè)階段實(shí)施，并在授予項(xiàng)目后的第42個(gè)月施行首次飛行。第1階段分為兩個(gè)子階段：1A階段和1B階段。1A階段是概念設(shè)計(jì)，為期6個(gè)月；1B階段是初步設(shè)計(jì)和技術(shù)完善，為期16個(gè)月。第2階段將進(jìn)行所有的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、研發(fā)和集成，時(shí)間為18個(gè)月。第2階段和第3階段期間將制造2架驗(yàn)證機(jī)。第3階段為地面與飛行試驗(yàn)，時(shí)間為12個(gè)月，將進(jìn)行飛行測(cè)試以明確驗(yàn)證性能包線。2013年3月8日，DARPA發(fā)布項(xiàng)目需求的聯(lián)合通告（BAA） ，宣告第1階段開始，經(jīng)費(fèi)為4700萬美元。第1階段合同按照基礎(chǔ)（1A階段）和可選（1B階段）方案授予。是否進(jìn)入第2階段，要視研制實(shí)施團(tuán)隊(duì)在第1階段取得的技術(shù)進(jìn)步和1B階段投出的下兩個(gè)階段詳細(xì)方案的質(zhì)量而定。第2、3階段的方案要從第1階段的實(shí)施團(tuán)隊(duì)中選擇。在第2階段及其以后將選擇一個(gè)實(shí)施團(tuán)隊(duì)。

競(jìng)爭(zhēng)團(tuán)隊(duì)的投標(biāo)方案

VXP項(xiàng)目于2013年啟動(dòng)，2014年3月18日DARPA宣布已分別與4個(gè)競(jìng)爭(zhēng)團(tuán)隊(duì)簽訂了金額為110萬～170萬美元不等的初步設(shè)計(jì)合同。其中，2個(gè)競(jìng)爭(zhēng)團(tuán)隊(duì)是美國頂尖的軍用航空制造商波音飛機(jī)公司和西科斯基/洛克希德·馬丁團(tuán)隊(duì)。另2個(gè)合同商是由2名美國最具創(chuàng)新才能的航空工程師領(lǐng)導(dǎo)的較小公司，它們是極光飛行科學(xué)公司（Aurora Flight Sciences）和卡萊姆飛機(jī)公司（Karem Aircraft）。前者的首席設(shè)計(jì)師是約翰·蘭福特（John Langford），他領(lǐng)導(dǎo)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)曾因創(chuàng)造了人力飛行的世界紀(jì)錄而嶄露頭角?？ㄈR姆飛機(jī)公司的創(chuàng)建者是亞伯拉罕·卡萊姆（Abraham Karem），他取得了許多航空成就，其中之一是設(shè)計(jì)制造了著名的“捕食者”無人機(jī)。這4個(gè)競(jìng)爭(zhēng)者提出了明顯不同的投標(biāo)方案，但都是無人駕駛的。

波音飛機(jī)公司方案 波音飛機(jī)公司依靠“鬼怪工廠”快速原型機(jī)制造設(shè)施，提出了“幽靈雨燕”（Phantom Swift）方案。其機(jī)身長(zhǎng)約13.4米，寬約2.3米，外形有點(diǎn)像沖浪板。機(jī)身前后各有一臺(tái)大直徑內(nèi)置涵道風(fēng)扇，在兩機(jī)翼翼尖各有一臺(tái)小直徑可轉(zhuǎn)向涵道風(fēng)扇，后者的直徑波音飛機(jī)公司沒有透露。其構(gòu)型與Doak Model 16 VZ-4的飛機(jī)相似，它實(shí)際上是在機(jī)翼翼尖有轉(zhuǎn)向涵道風(fēng)扇的常規(guī)飛機(jī)。我們把這種可轉(zhuǎn)向涵道風(fēng)扇稱之為翼尖推進(jìn)器，把機(jī)身內(nèi)大涵道升力風(fēng)扇稱作機(jī)身升力風(fēng)扇?！坝撵`雨燕”采用4點(diǎn)升力方法作垂直上下飛行和懸停。垂直起飛后，機(jī)身內(nèi)升力風(fēng)扇底部的排氣百葉窗能用于控制飛機(jī)懸停時(shí)的機(jī)動(dòng)。前飛時(shí)百葉窗完全閉合，然后機(jī)身升力風(fēng)扇關(guān)閉停轉(zhuǎn)，而翼尖推進(jìn)器朝前傾轉(zhuǎn)使飛機(jī)像常規(guī)飛機(jī)一樣飛行。

人們能完全單獨(dú)地分別控制所有4臺(tái)風(fēng)扇。機(jī)身升力風(fēng)扇底部的排氣百葉窗能用于操縱飛行方向。翼尖推進(jìn)器能獨(dú)自轉(zhuǎn)向，這也有助于飛行方向操縱。通過控制每臺(tái)風(fēng)扇的推力及它們不同的組合能進(jìn)行低速飛行方向操縱。高速飛行時(shí)有尾翼和襟副翼，加上翼尖推進(jìn)器的作用，該機(jī)具有良好的機(jī)動(dòng)性和敏捷性。

“幽靈雨燕”的動(dòng)力裝置是西科斯基飛機(jī)公司S-92多用途直升機(jī)所使用的2臺(tái)通用電氣公司700系列的GE CT7-8發(fā)動(dòng)機(jī)。波音飛機(jī)公司沒有制造小比例驗(yàn)證機(jī)來進(jìn)行飛行試驗(yàn)，但“鬼怪工廠”的工程師制造了一個(gè)1.8米大小的模型作為在投標(biāo)階段的宣傳工具。

“幽靈雨燕”很容易制造成有人駕駛型或無人駕駛型，能從VXP要求的總重4500～5500千克減到1814千克，采取一些工程設(shè)計(jì)方法又能把“幽靈雨燕”增大到10886千克。

極光飛行科學(xué)公司方案 約翰·蘭福特領(lǐng)導(dǎo)的這家公司提出一種超常規(guī)的名為“雷擊”（Lightning Strike）的混合動(dòng)力傾轉(zhuǎn)機(jī)翼飛機(jī)。該機(jī)使用分布式電推進(jìn)的現(xiàn)代方式，美國國家航空航天局（NASA）也在進(jìn)行這種推進(jìn)方式的試驗(yàn)。該公司通過“金眼”（Golden Eye） 無人機(jī)和“神劍”（Excalibur）無人駕駛飛行器方案驗(yàn)證機(jī)的設(shè)計(jì)研制獲得了豐富的涵道風(fēng)扇設(shè)計(jì)和混合電推進(jìn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。他們憑借這些經(jīng)驗(yàn)提出了采用分布式電推進(jìn)的革命性全新飛機(jī)方案。

“雷擊”的機(jī)體外形十分怪異，而它真正與眾不同的是產(chǎn)生推力的方法。與常規(guī)由一臺(tái)或兩臺(tái)高耗油發(fā)動(dòng)機(jī)通過機(jī)械連接來驅(qū)動(dòng)一副螺旋槳或兩副反轉(zhuǎn)螺旋槳產(chǎn)生拉力不同，“雷擊”的推力由24臺(tái)涵道風(fēng)扇產(chǎn)生。18臺(tái)涵道風(fēng)扇嵌入安裝在可傾轉(zhuǎn)機(jī)翼中，另6臺(tái)嵌入安裝在可傾轉(zhuǎn)鴨式前翼中。這些風(fēng)扇由3臺(tái)霍尼韋爾公司發(fā)電機(jī)發(fā)出的3兆瓦（相當(dāng)于4023馬力）電力驅(qū)動(dòng)，3臺(tái)發(fā)電機(jī)由1臺(tái)與V-22“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)使用的相同的羅·羅AE1107渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，不需要蓄電池。

該機(jī)的分布式電推進(jìn)系統(tǒng)由高度綜合的分布式涵道風(fēng)扇構(gòu)成，它與同步電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一起使得該機(jī)具有極高的懸停效率和高速前飛能力。機(jī)翼和鴨式前翼都能傾轉(zhuǎn)以改變涵道風(fēng)扇的推力方向。前飛時(shí)推力向后，懸停時(shí)推力朝下，在兩者之間的過渡飛行時(shí)推力成某一角度，這樣也使飛機(jī)能夠轉(zhuǎn)彎或反向轉(zhuǎn)彎。正是這種分布式電推進(jìn)模式使人們有很大的自由度把空氣動(dòng)力與推進(jìn)力整合在一起。輸送給18臺(tái)機(jī)翼風(fēng)扇（直徑79厘米）和6臺(tái)鴨式前翼風(fēng)扇（直徑53厘米）所用電機(jī)的功率可由3余度飛行控制計(jì)算機(jī)控制改變。所有風(fēng)扇的背部都有噴口，人們可以分別單獨(dú)改變這些噴口的推力，從而改變升力分布，也就能獲得對(duì)飛機(jī)的有效控制。飛機(jī)構(gòu)型允許在懸停、過渡飛行和前飛的整個(gè)飛行范圍內(nèi)每片機(jī)翼的工作都處在最佳性能狀態(tài)下，可以消除其他構(gòu)型中下洗流吹打在機(jī)翼上的升力損失。

“雷擊”用于VXP項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)的是無人駕駛和全自主飛行型，與“捕食者”和許多其他無人駕駛飛機(jī)一樣不需要遙控飛行員，但是它有駕駛艙，能由飛行員做有人駕駛。原型機(jī)的飛行控制技術(shù)來源于該公司的“半人馬座”和“獵戶座”無人機(jī)計(jì)劃。在鴨式翼與機(jī)翼之間可加裝機(jī)艙，用于乘坐6名士兵或旅客。這種設(shè)計(jì)能很容易放大與縮小，由涵道風(fēng)扇和電動(dòng)機(jī)組成的每個(gè)風(fēng)扇單元幾乎能像樂高積木玩具一樣任意增減拼裝與拆卸。

與其他競(jìng)爭(zhēng)者不同，極光飛行科學(xué)公司利用3D打印技術(shù)制造了一個(gè)1/5比例模型驗(yàn)證機(jī)，以便在美國馬里蘭州克森特河海軍航空站進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證在風(fēng)洞試驗(yàn)中采集的數(shù)據(jù)?！袄讚簟憋w機(jī)將像直升機(jī)一樣機(jī)動(dòng)敏捷，前飛時(shí)其機(jī)動(dòng)性和敏捷性更好。它有極高的橫滾角速度和很好的俯仰角速度。

卡萊姆飛機(jī)公司方案 亞伯拉罕·卡萊姆領(lǐng)導(dǎo)的公司參與了VXP項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)。他除了設(shè)計(jì)制造出“捕食者”無人駕駛飛機(jī)之外，還發(fā)明了“最佳轉(zhuǎn)速旋翼”（Optimum Speed Rotor）。這種旋翼技術(shù)能使直升機(jī)的旋翼在飛行時(shí)以最佳角速度旋轉(zhuǎn)，把轉(zhuǎn)動(dòng)旋翼所需功率降到最小，可提高直升機(jī)飛行效能?？ㄈR姆已運(yùn)用他的發(fā)明設(shè)計(jì)了一系列各種尺寸的最佳轉(zhuǎn)速傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，其中包括VXP項(xiàng)目投標(biāo)方案機(jī)TR36XP。

TR36XP因?yàn)?副直徑為11米的旋翼而得此命名。它外形細(xì)長(zhǎng)苗條，機(jī)身長(zhǎng)12.2米，有朝上的V形尾翼和展長(zhǎng)為30.5米的細(xì)長(zhǎng)機(jī)翼。與其他構(gòu)型的旋翼機(jī)比較，其旋翼較大，能排壓大量空氣，因此旋翼下洗流速度不大。TR36XP比大多數(shù)直升機(jī)的機(jī)動(dòng)性要好，因?yàn)樗男韯傂暂^好，飛行員在需要時(shí)可以相當(dāng)粗猛地推拉操縱桿控制飛機(jī)。

飛機(jī)的旋翼由2臺(tái)功率為2540軸馬力的透博梅卡RTM322發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在飛機(jī)前飛需要較小推力時(shí)旋翼轉(zhuǎn)速可減少50%。如果一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)可以帶動(dòng)2副旋翼旋轉(zhuǎn)。相對(duì)飛機(jī)重量來說TR36XP旋翼直徑比較大，如果兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)出現(xiàn)故障，旋翼能很容易進(jìn)入自轉(zhuǎn)狀態(tài)使飛機(jī)安全著陸。

與其他的競(jìng)爭(zhēng)者一樣，卡萊姆飛機(jī)公司用于投標(biāo)的TR36XP傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)是無人駕駛的。但該公司原來的設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用于有人駕駛，它研究這種有人駕駛方案已有許多年。該公司已設(shè)計(jì)和分析研究了許多不同尺寸和不同應(yīng)用的最佳轉(zhuǎn)速旋翼機(jī)，其起飛重量從約4536千克到113400千克不等。DARPA VXP項(xiàng)目驗(yàn)證機(jī)方法的低風(fēng)險(xiǎn)，有利于軍事部門和垂直飛行工業(yè)界制造遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)在直升機(jī)能力和應(yīng)用的新型飛行器。

考慮到這家公司對(duì)這種方案已做的所有工作，卡萊姆競(jìng)爭(zhēng)團(tuán)隊(duì)覺得沒有必要制造小比例驗(yàn)證機(jī)。最佳轉(zhuǎn)速傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的許多挑戰(zhàn)性問題都已在以前的飛行試驗(yàn)中解決了。

西科斯基/洛克希德團(tuán)隊(duì)方案 西科斯基飛機(jī)公司與洛克希德·馬丁公司著名的“臭鼬工廠”組隊(duì)參與VXP項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)，他們提出的設(shè)計(jì)方案是被稱為無人駕駛“旋翼吹氣機(jī)翼”（Rotor Blown Wing）的尾坐式飛機(jī)方案。上世紀(jì)50年代，美國康維爾公司的XFY-1和洛克希德公司的XFV-1就是美海軍提供資金研制的尾坐式飛機(jī)，它們以尾部支撐在地面直立停放，垂直向上起飛和向下著陸。起飛與著陸時(shí)安裝在機(jī)頭的兩副相反旋轉(zhuǎn)的大直徑螺旋槳產(chǎn)生升力。有人駕駛尾坐式飛機(jī)著陸時(shí)，飛行員要不斷觀察四周情況使機(jī)頭朝上慢慢降落，但西科斯基公司的無人駕駛“旋翼吹氣機(jī)翼”飛機(jī)沒有這個(gè)問題，因?yàn)樗怯捎?jì)算機(jī)控制飛行的。其自主飛行方式使它具有優(yōu)良的靈活性。

這種投標(biāo)方案被稱做“旋翼吹氣機(jī)翼”飛機(jī)，是因?yàn)轱w行時(shí)該機(jī)的機(jī)翼大部分經(jīng)受著旋翼洗流的吹刷，這會(huì)增加機(jī)翼表面的空氣流速使機(jī)翼升力增大，于是飛機(jī)能設(shè)計(jì)成有較小的機(jī)翼和較高的飛行速度。預(yù)計(jì)該機(jī)速度比DARPA招標(biāo)要求的最低555千米/時(shí)的速度快很多。

其設(shè)想圖顯示，該機(jī)的機(jī)翼翼展為11米，機(jī)翼上裝2副位置固定的直徑為4.57米的旋翼螺旋槳，它們位于兩機(jī)翼尖與飛機(jī)中線的中間。在2副旋翼螺旋槳之間，機(jī)翼支撐著一個(gè)類似駕駛艙的機(jī)艙。每副旋翼螺旋槳的后面（飛機(jī)尾翼朝下直立停放時(shí)，在旋翼螺旋槳的下面）有與機(jī)翼成直角交叉布置的垂直尾翼，水平飛行時(shí)形成一對(duì)上下垂尾。

尾坐式飛機(jī)是獲得垂直起落和高速飛行的最簡(jiǎn)單方法，它不需要在飛行中通過改變飛機(jī)形狀來改變飛行模式。飛機(jī)支撐在尾翼上垂直起飛，然后逐漸轉(zhuǎn)向水平位置，過渡到前飛狀態(tài)，不必為傾轉(zhuǎn)機(jī)翼或旋翼或者改變飛機(jī)形狀而增加重量和系統(tǒng)的復(fù)雜性。

“雷擊”勝出

上述4種設(shè)計(jì)方案都很有創(chuàng)意，在最近的將來都很有研發(fā)潛力，但令人意外的是規(guī)模較小的極光飛行科學(xué)公司“雷擊”方案脫穎而出，取得勝利。2016年3月3日，DARPA宣布極光飛行科學(xué)公司戰(zhàn)勝其他3個(gè)競(jìng)爭(zhēng)團(tuán)隊(duì)贏得金額為8940萬美元的VXP項(xiàng)目第2和第3階段研制合同，制造和試驗(yàn)飛行“雷擊”驗(yàn)證機(jī)。合同要求制造2架“雷擊”驗(yàn)證機(jī)，預(yù)計(jì)2018年9月完成研制與飛行試驗(yàn)工作。

極光飛行科學(xué)公司獲勝后，該公司主席兼首席設(shè)計(jì)師約翰·蘭福特說：“極光飛行科學(xué)公司為在此項(xiàng)目上支持DARPA感到自豪，因?yàn)槲覀兌枷Ｍ诤娇占夹g(shù)上取得真正的歷史性突破。如果獲得成功，VXP將徹底提高飛行器飛行能力，這能導(dǎo)致美國軍隊(duì)未來作戰(zhàn)任務(wù)能力實(shí)現(xiàn)革命性的提升。我們榮幸地已被DARPA選中制造和飛行試驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)?！?/p>

與V-22相比，“雷擊”用24臺(tái)涵道風(fēng)扇推進(jìn)器代替了V-22飛機(jī)的2個(gè)巨大的大功率推進(jìn)器。在24臺(tái)涵道風(fēng)扇上分配使用與V-22同樣大小的能量，所以噴氣流不猛烈、溫度不高、噪聲較小并且破壞力較小，這就意味著它能夠飛入V-22不能到達(dá)的地方。

“雷擊”現(xiàn)在還不會(huì)取代V-22，它只作為技術(shù)驗(yàn)證機(jī)來制造。DARPA希望通過它取得經(jīng)驗(yàn)和收集技術(shù)數(shù)據(jù)，以便能夠用于研發(fā)未來的軍用飛機(jī)。也許有朝一日，涵道風(fēng)扇混合電推進(jìn)垂直起落飛機(jī)能用作運(yùn)輸部隊(duì)或參與作戰(zhàn)。

DARPA戰(zhàn)術(shù)技術(shù)辦公室VXP項(xiàng)目主任巴蓋（Bagai）說，這種VXP飛機(jī)在今后幾年中不會(huì)大量生產(chǎn)，但它對(duì)于垂直起落飛機(jī)能達(dá)到的未來能力是重要的。所設(shè)想的這種飛機(jī)噪聲小、耗油率低并且適應(yīng)性強(qiáng)，它起落不需要跑道。我們想開創(chuàng)擺脫以前約束條件的全新設(shè)計(jì)與使命空間，并開發(fā)新的垂直起落飛機(jī)系統(tǒng)與支系統(tǒng)。雖然這種技術(shù)驗(yàn)證機(jī)是無人駕駛的，但VXP研制的技術(shù)能完全適用于未來有人駕駛飛機(jī)。他說，垂直起落飛行是一個(gè)微妙難應(yīng)對(duì)的領(lǐng)域。曾經(jīng)有人認(rèn)為直升機(jī)設(shè)計(jì)將不會(huì)有進(jìn)一步進(jìn)展，我們能證明事實(shí)遠(yuǎn)非如此。

（編輯/王路）