FARA引領(lǐng)未來(lái)軍用直升機(jī)的發(fā)展

■ 劉博維 沙紹智 / 中國(guó)航發(fā)研究院

美國(guó)陸軍于2018年發(fā)起“未來(lái)攻擊偵察直升機(jī)”（FARA）計(jì)劃，目的是開(kāi)發(fā)貝爾公司OH-58D“基奧瓦”偵察直升機(jī)的后繼機(jī)型，并作為美國(guó)陸軍“未來(lái)垂直起降”（FVL）計(jì)劃的一部分，也是美國(guó)陸軍未來(lái)多域戰(zhàn)(multidomain battle)能力提升的一部分。

FARA計(jì)劃背景——八仙過(guò)海

2017 年，美國(guó)陸軍退役了服役近50 年的最后一架OH-58 系列偵察直升機(jī)，但尚無(wú)可替代OH-58D 的專(zhuān)用武裝偵察直升機(jī)，且之前曾2次尋找后繼機(jī)型的嘗試均被取消。之后，美國(guó)陸軍對(duì)AH-64“阿帕奇”做了改型，但其武裝偵察能力并不理想，且使用成本較高。為此，在2018 年，美國(guó)陸軍提出FARA 計(jì)劃，開(kāi)始了第3 次尋找OH-58D 后繼機(jī)型的嘗試。

2018年6月22日，美國(guó)陸軍發(fā)布“未來(lái)攻擊偵察直升機(jī)-競(jìng)爭(zhēng)原型機(jī)”（FARA-CP）計(jì)劃公告。該計(jì)劃旨在設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試適應(yīng)作戰(zhàn)環(huán)境的技術(shù)成熟的直升機(jī)。新的攻擊偵察直升機(jī)將和無(wú)人機(jī)協(xié)同，成為綜合防空體系(IADS)的核心部分，在多域戰(zhàn)場(chǎng)中提供機(jī)動(dòng)能力。美國(guó)陸軍希望FARA的巡航速度至少達(dá)到180kn，直升機(jī)旋翼直徑不大于12.2m。

2018年10月3日，美國(guó)陸軍正式啟動(dòng)FARA原型機(jī)競(jìng)標(biāo)工作，并將原型機(jī)制造分為4個(gè)階段：第一階段，計(jì)劃在2019年6月授出4 ～6個(gè)團(tuán)隊(duì)研發(fā)合同，并在2020年4月提供初步設(shè)計(jì)方案；第二階段，選擇兩個(gè)或更多的初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，并在2020年11月進(jìn)行最終設(shè)計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；第三階段，競(jìng)標(biāo)團(tuán)隊(duì)制造原型機(jī)，并進(jìn)行子系統(tǒng)測(cè)試，在2022年11月進(jìn)行首次飛行，之后原型機(jī)交付給美國(guó)陸軍進(jìn)行性能測(cè)試和機(jī)動(dòng)性評(píng)估；第四階段，確定一個(gè)競(jìng)標(biāo)方案，開(kāi)始進(jìn)入工程制造與開(kāi)發(fā)（EMD）階段。

該計(jì)劃發(fā)布后，共有8個(gè)歐美軍工企業(yè)團(tuán)隊(duì)參與競(jìng)標(biāo)。在初選階段有3個(gè)因?yàn)樵O(shè)計(jì)方案不符合美國(guó)陸軍提出的強(qiáng)制性技術(shù)要求被淘汰，分別是麥道直升機(jī)公司提出的MD969方案、歐洲空客公司提出的X-3方案以及意大利萊奧納多公司提出的AW609方案。

貝爾360“不屈”

初步方案設(shè)計(jì)——五家爭(zhēng)鳴

2019年4月23日，美國(guó)陸軍宣布授出5個(gè)FARA-CP合同，分別給予克萊姆飛機(jī)公司、AVX飛機(jī)公司（與L3哈里斯技術(shù)公司合作）、西科斯基飛機(jī)公司、貝爾公司和波音公司。合同要求這5家公司進(jìn)行為期10個(gè)月的設(shè)計(jì)工作，并在2020年3月選擇2家公司進(jìn)行第二階段的研制工作，最終的獲勝者將在2028年進(jìn)行FARA的生產(chǎn)。

貝爾360“不屈”——水平固定翼加主旋翼

貝爾公司基于貝爾525直升機(jī)的旋翼系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)一款新型旋翼機(jī)貝爾360“不屈”。貝爾360“不屈”直升機(jī)采用串列雙座布局，以1臺(tái)GE航空集團(tuán)的T901渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)為主要?jiǎng)恿ρb置，普惠公司的PW207D1渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)作為輔助動(dòng)力裝置。當(dāng)直升機(jī)以180kn的速度飛行時(shí)，機(jī)身兩側(cè)的水平固定翼可以提供50%的升力，使得主旋翼可以提供更多的前飛動(dòng)力，傾斜的涵道尾槳在平衡主旋翼產(chǎn)生的反作用扭矩的同時(shí)還能提供一定的升力。

貝爾公司通過(guò)使用成熟的低風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)與先進(jìn)制造工藝相結(jié)合來(lái)保證進(jìn)度和控制成本。貝爾360“不屈”可提供先進(jìn)的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知能力，關(guān)鍵性能/功能包括：水平固定翼可減少旋翼在前飛時(shí)的升力負(fù)擔(dān)，從而實(shí)現(xiàn)高速機(jī)動(dòng)性；輔助動(dòng)力裝置可在有高功率需求時(shí)提高性能；主旋翼具有高速旋轉(zhuǎn)能力可實(shí)現(xiàn)高速飛行；電傳飛控系統(tǒng)綜合技術(shù)可減少飛行員的工作負(fù)擔(dān)，并提供自主飛行能力；速度超過(guò)185 kn；飛行時(shí)間可超90min；作戰(zhàn)半徑達(dá)250km；可配備20mm口徑航炮、集成導(dǎo)彈/火箭/炸彈等彈藥的綜合發(fā)射器，以及為其他彈藥預(yù)留的掛點(diǎn)；采用模塊化開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)（MOSA）；其設(shè)計(jì)盡可能集成了全生命周期過(guò)程支持功能，可確保應(yīng)對(duì)多域作戰(zhàn)中高強(qiáng)度作戰(zhàn)節(jié)奏時(shí)的可用性；采用設(shè)計(jì)制造一體化制造模型和數(shù)字主線(xiàn)工具，可提高飛機(jī)全生命周期的經(jīng)濟(jì)可承受性和可靠性。

AR40高速直升機(jī)

克萊姆AR40——三槳葉主旋翼加旋轉(zhuǎn)尾槳

克萊姆飛機(jī)公司與諾斯羅普-格魯門(mén)（諾格）公司和雷神公司合作，推出帶有主動(dòng)控制主旋翼的高速?gòu)?fù)合直升機(jī)AR40?？巳R姆公司主導(dǎo)該機(jī)型的設(shè)計(jì)和原型制造過(guò)程并提供“最優(yōu)轉(zhuǎn)速傾轉(zhuǎn)旋翼”(OSTR)技術(shù)，諾格公司提供有人和無(wú)人軍用飛機(jī)研發(fā)、系統(tǒng)集成、生產(chǎn)和保障方面的專(zhuān)業(yè)技術(shù)，雷神公司則提供系統(tǒng)架構(gòu)、任務(wù)設(shè)備和武器能力方面的技術(shù)支持。

AR40采用三槳葉主旋翼和旋轉(zhuǎn)尾槳設(shè)計(jì)。旋轉(zhuǎn)尾槳可以在低速時(shí)提供反扭矩控制，同時(shí)可以向后旋轉(zhuǎn)以提供更高的前飛速度。AR40的主旋翼直徑為12.2m，比一般直升機(jī)的11m主旋翼直徑更大。水平固定翼可提供飛機(jī)所需的大部分升力，并在直升機(jī)下降或上升期間向上傾斜，以使其在垂直飛行時(shí)具有更好的氣動(dòng)性能。AR40的傾轉(zhuǎn)尾槳在向前飛行時(shí)向后旋轉(zhuǎn)用作推進(jìn)螺旋槳。AR40的垂直穩(wěn)定器可抵消來(lái)自主旋翼葉片的扭矩。AR40以單臺(tái)T901發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，飛行速度可達(dá)到215kn。

西科斯基“襲擊者”X——復(fù)合共軸直升機(jī)

西科斯基公司在S-97“襲擊者”和X2復(fù)合技術(shù)驗(yàn)證直升機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展了“襲擊者”X直升機(jī)。該機(jī)設(shè)計(jì)理念為研制一種敏捷、致命性和生存力強(qiáng)的復(fù)合共軸直升機(jī)，以1臺(tái)GE航空集團(tuán)的T901渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，可快速開(kāi)發(fā)和交付可改變作戰(zhàn)策略的技術(shù)和作戰(zhàn)功能，可提供未來(lái)作戰(zhàn)勝利所需的可達(dá)性、保護(hù)能力和殺傷力。該機(jī)融合了X2的技術(shù)開(kāi)發(fā)、測(cè)試和改進(jìn)中的經(jīng)驗(yàn)，提供了一種作戰(zhàn)人員占主導(dǎo)地位的、生存力強(qiáng)的智能系統(tǒng)。

“襲擊者”X的主要特點(diǎn)包括：借鑒了X2的旋翼設(shè)計(jì)，包括高響應(yīng)性的機(jī)動(dòng)性、增強(qiáng)的低速懸停、離軸懸停以及水平加速和制動(dòng)性能；借鑒洛馬公司在CH-53K、CH-148等使用的先進(jìn)數(shù)字設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，可在降低采購(gòu)成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速和經(jīng)濟(jì)可承受的升級(jí)改進(jìn)，以應(yīng)對(duì)不斷發(fā)展的威脅；基于MOSA的航電設(shè)備和任務(wù)系統(tǒng)，可為計(jì)算機(jī)、傳感器和武器提供“即插即用”選項(xiàng)，使殺傷力和生存力、作戰(zhàn)任務(wù)制定和競(jìng)爭(zhēng)性提高；通過(guò)利用新技術(shù)從定期維修和檢查轉(zhuǎn)變?yōu)樽晕冶O(jiān)控和基于狀態(tài)的維修來(lái)降低飛機(jī)的運(yùn)營(yíng)成本，提升飛機(jī)的可用性；面對(duì)未來(lái)和不斷發(fā)展的威脅，借鑒X2復(fù)合共軸技術(shù)以提高飛行速度、作戰(zhàn)半徑和有效載荷，提高作戰(zhàn)的靈活性。

“襲擊者”X

波音FARA

CCH

波音FARA——復(fù)合推力單主旋翼直升機(jī)

波音FARA為推力復(fù)合式單主旋翼直升機(jī)，采用六槳葉無(wú)鉸鏈高強(qiáng)度主旋翼，提供敏捷性和可操縱性；帶角度的傳統(tǒng)四槳葉平衡尾槳，可提供低速機(jī)動(dòng)性；四槳葉尾部螺旋槳推進(jìn)器提供高速能力。垂直尾翼在尾梁下方，可為推進(jìn)器提供方向穩(wěn)定性和防碰撞保護(hù)。其他配置還包括兩側(cè)掛載武器的水平短翼、前視紅外傳感器和機(jī)頭安裝機(jī)槍等。

波音FARA的航空電子系統(tǒng)方案按照美國(guó)陸軍MOSA要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有通用的電氣、信號(hào)和機(jī)械接口，能適用于所有飛行平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)集成。波音FARA以1臺(tái)GE航空集團(tuán)的T901渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，串列式雙座椅和模塊化的數(shù)字式駕駛艙，具有可重新配置的大屏顯示器和自主功能，集成了電傳控制系統(tǒng)。波音FARA直升機(jī)采用內(nèi)部攜帶武器，折疊艙門(mén)也可用作發(fā)射器。

AVX的CCH——復(fù)合共軸直升機(jī)

CCH直升機(jī)由AVX飛機(jī)公司和L3哈里斯技術(shù)聯(lián)合研發(fā)，是一款帶有共軸雙旋翼和兩個(gè)推進(jìn)涵道風(fēng)扇的復(fù)合直升機(jī)。采用這種布局可充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，提高直升機(jī)速度；減小了機(jī)體長(zhǎng)度和體積；氣動(dòng)特性對(duì)稱(chēng)，提高機(jī)動(dòng)性；無(wú)尾槳結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)直升機(jī)生存概率。復(fù)合共軸直升機(jī)可提升飛行速度和安全系數(shù)，比傳統(tǒng)單旋翼直升機(jī)的安全性提高；可在低空發(fā)動(dòng)機(jī)熄火的情況下，使共軸直升機(jī)平穩(wěn)著陸，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后迫降的生存概率。

該方案的主要特點(diǎn)包括：并排雙座駕駛艙，針對(duì)飛行效率優(yōu)化了電傳操縱系統(tǒng)；兩個(gè)推進(jìn)涵道風(fēng)扇，可為高速運(yùn)行和機(jī)動(dòng)性提供前向和轉(zhuǎn)向推力；基于MOSA的航空電子設(shè)備系統(tǒng)；通過(guò)折疊螺旋槳葉片和機(jī)翼，滿(mǎn)足C-17運(yùn)輸機(jī)和海軍驅(qū)逐艦級(jí)別船舶的尺寸限制；模塊化設(shè)計(jì)，提高部件和系統(tǒng)的通用性。

表1 FARA第二階段兩型直升機(jī)與OH-58D直升機(jī)部分參數(shù)對(duì)比

FARA-CP第一階段——花開(kāi)兩枝

按照美國(guó)陸軍要求，F(xiàn)ARA在研制和使用方面應(yīng)具備成熟的技術(shù)、可靠的設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)可承受性、研制周期短和維修性好等特征；在作戰(zhàn)應(yīng)用方面應(yīng)具備協(xié)同作戰(zhàn)和無(wú)人系統(tǒng)的指揮與控制、高機(jī)動(dòng)性、低噪聲等特點(diǎn)與功能。根據(jù)各公司公布的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)濟(jì)可承受性、高可靠性、高機(jī)動(dòng)性和高生存率等成為FARA的選擇標(biāo)準(zhǔn)。

2020年3月，美國(guó)陸軍選中貝爾公司和西科斯基公司的競(jìng)標(biāo)方案進(jìn)入FARA第二階段，將分別完成原型機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試。預(yù)計(jì)兩家公司的原型機(jī)將在2023年之前開(kāi)始對(duì)比飛行測(cè)試，最終獲勝的機(jī)型將在2028年前投入使用。美國(guó)陸軍計(jì)劃購(gòu)買(mǎi)300 ～400架FARA直升機(jī)，補(bǔ)充其偵察直升機(jī)機(jī)隊(duì)，總價(jià)值在150億～200億美元。

入選的西科斯基公司和貝爾公司采取了截然不同技術(shù)途徑（具體參數(shù)見(jiàn)表1）。西科斯基公司推出了其標(biāo)志性的復(fù)合推力構(gòu)型，該構(gòu)型基于西科斯基公司此前打破直升機(jī)飛行速度世界紀(jì)錄的X2技術(shù)驗(yàn)證機(jī)發(fā)展而來(lái)。該方案采用了剛性共軸雙旋翼和推進(jìn)式螺旋槳的組合，克服了傳統(tǒng)直升機(jī)構(gòu)型對(duì)飛行速度固有限制。西科斯基公司已經(jīng)制造并試飛了兩架S-97原型機(jī)，并且與波音公司合作研制、采用相同技術(shù)但噸位更大的SB-1“無(wú)畏”直升機(jī)也實(shí)現(xiàn)了首飛。這次競(jìng)標(biāo)FARA的方案“襲擊者”X的尺寸則介于S-97和SB-1之間。

貝爾公司構(gòu)建并測(cè)試了一個(gè)多功能、攻擊性強(qiáng)和可持久作戰(zhàn)的武裝偵察機(jī)原型，旨在為陸軍航空作戰(zhàn)提供更強(qiáng)的殺傷力、生存能力和更大的延伸范圍。貝爾360“不屈”通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)滿(mǎn)足了士兵在多域作戰(zhàn)中對(duì)性能、連接性、可持續(xù)性和可靠性的要求。該型飛機(jī)通過(guò)使用貝爾公司成熟的技術(shù)，如電傳飛行控制、鉸接式旋翼設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的槳葉設(shè)計(jì)等，達(dá)到或超過(guò)陸軍的要求。此外，貝爾公司與柯林斯宇航公司合作，通過(guò)集成新一代航空電子硬件和軟件，來(lái)滿(mǎn)足FARA競(jìng)標(biāo)的目標(biāo)及其有關(guān)合規(guī)性的要求。

西科斯基公司認(rèn)為其復(fù)合推力構(gòu)型效率更高，并指出貝爾公司的設(shè)計(jì)需要更大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)才能滿(mǎn)足陸軍提出的速度指標(biāo)。但貝爾公司則認(rèn)為采用的傳統(tǒng)構(gòu)型經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和單機(jī)價(jià)格更低，維修性也更好。

結(jié)束語(yǔ)

FARA計(jì)劃對(duì)于美國(guó)陸軍的重要性不亞于美國(guó)空軍正在研發(fā)的先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)（ATF）項(xiàng)目。FARA計(jì)劃使攻擊偵察直升機(jī)在速度、航程和續(xù)航能力等方面相對(duì)于傳統(tǒng)直升機(jī)有了重大改進(jìn)，這無(wú)疑也將會(huì)引領(lǐng)軍用直升機(jī)未來(lái)的發(fā)展。