美國陸軍未來遠程攻擊機項目及其動力選型進展

■ 肖蔓 / 中國航發(fā)動研所

未來遠程攻擊機（FLRAA）將為美國陸軍及海軍陸戰(zhàn)隊提供一種具有更大的速度、航程、生存能力和機動性的軍用飛機，能在不斷變化的作戰(zhàn)環(huán)境中保持對敵優(yōu)勢。

未來遠程攻擊機（FLRAA）是美國未來垂直起降飛行器（FVL）計劃的一部分。FVL計劃于2009年啟動，目標(biāo)是為美國武裝部隊開發(fā)具有偵察、突擊和運輸?shù)裙δ艿囊幌盗邢冗M軍用旋翼機，以滿足各軍種的不同作戰(zhàn)需求。FLRAA是FVL框架下的中型直升機平臺項目，預(yù)計于2030年部署，以取代20世紀(jì)六七十年代研發(fā)的“黑鷹”直升機，在未來幾十年內(nèi)為美國陸軍提供作戰(zhàn)能力，同時也將用于特種作戰(zhàn)部隊和海軍。目前，貝爾公司的V-280“勇士”（Valor）傾轉(zhuǎn)旋翼機和西科斯基-波音團隊研制的“無畏”X（Defiant X）復(fù)合直升機正為FLRAA項目原型機研制合同展開激烈競爭， 2022年第三季度將公布FLRAA項目原型機競爭結(jié)果，所選定的動力裝置將隨FLRAA原型機進入工程與制造階段。

V-280“勇士”傾轉(zhuǎn)旋翼機和“無畏”X復(fù)合直升機

FLRAA項目進展

2019年4月，美國陸軍發(fā)布信息征詢書以識別對FLRAA項目感興趣的制造商，并特別要求工業(yè)界提供定制、替代或創(chuàng)新方法的詳細(xì)描述，以簡化采購過程，盡可能加快項目進度，同時希望FLRAA至少有95%最大功率提升，以保證50年的使用壽命。

2020年3月，F(xiàn)LRAA項 目 進 入競爭性演示和風(fēng)險降低（CD&RR）階段，美國陸軍航空項目執(zhí)行辦公室將CD&RR協(xié)議授予貝爾公司和西科斯基-波音團隊，目的是將該項目從聯(lián)合多任務(wù)技術(shù)演示（JMR-TD）過渡到未來遠程攻擊機武器系統(tǒng)設(shè)計，并降低任務(wù)系統(tǒng)集成工作的風(fēng)險，將政府研究與行業(yè)合作伙伴的投入相結(jié)合，為FLRAA武器系統(tǒng)的未來研發(fā)和采購提供信息。從技術(shù)驗證機到競爭原型機，CD&RR階段將歷時兩年，計劃在2022年宣布競爭結(jié)果。

2021年7月，美國陸軍對入圍的的FLRAA競爭者（貝爾公司和西科斯基-波音團隊）發(fā)布招標(biāo)書（RFP），提 出 了 交 付FLRAA的3個階段要求：虛擬原型機工作和初步設(shè)計評審；關(guān)鍵設(shè)計評審和制造6架原型機；制造兩架有限用戶評估原型機，交付8架小批量生產(chǎn)型飛機。招標(biāo)書還為承包商制訂了詳細(xì)的激勵計劃，以更快地交付原型機并通過測試和評估。如果能夠超額完成功率增長要求和外部加載有效載荷要求也可予以獎勵。同時，美國陸軍表示，項目招標(biāo)書也支持FLRAA的收購戰(zhàn)略，并最大限度地促進競爭以提高經(jīng)濟效益和創(chuàng)新。

美國陸軍計劃在2022財年第三季度評估兩個競爭團隊的項目建議書，屆時將向一家投標(biāo)公司授予制造FLRAA原型機工程與制造合同。從合同授予之時開始到2024財年第一季度進入虛擬原型機階段，該階段將與初步設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計同步推進。選定的承包商將在2023財年第三季度開始制造原型機。

FLRAA項目進度計劃

表1 FLRAA要求和設(shè)計目標(biāo)

FLRAA項目備選原型機

美國陸軍主要在5個方面對FLRAA項目提出了指標(biāo)要求，包括飛行速度、作戰(zhàn)半徑和航程、載荷能力、作戰(zhàn)環(huán)境以及壽命和成本，其中特別強調(diào)了飛行速度的大幅度提升。美國軍方要求FLRAA成本不超過3000萬美元，運輸型FLRAA可安裝內(nèi)置槍炮，攻擊型FLRAA可安裝更多武器，最終勝出的設(shè)計還能執(zhí)行空中攻擊、海上攔截、醫(yī)療運送、人道主義援助和戰(zhàn)術(shù)補給等多重任務(wù)。目前正展開激烈競爭的備選原型機是貝爾公司V-280“勇士”和西科斯基-波音團隊的“無畏”X，兩種機型采用了完全不同的技術(shù)途徑。

貝爾V-280“勇士”傾轉(zhuǎn)旋翼機

貝爾V-280“勇士”是貝爾公司研制的第三代傾轉(zhuǎn)旋翼機，主要用于執(zhí)行空中突襲、特別行動、攻擊、醫(yī)療后送和通用運輸?shù)热蝿?wù)。傾轉(zhuǎn)旋翼機是一種介于直升機和普通飛機之間的新機型，既有直升機的垂直升降能力，又擁有固定翼飛機的飛行速度較高、航程較遠及油耗較低的優(yōu)點。V-280最先是為FVL計劃研發(fā)，是聯(lián)合多任務(wù)技術(shù)驗證機項目的競標(biāo)方案之一。2017年，V-280首飛，并實現(xiàn)低空懸停；2021年，貝爾公司重新設(shè)計了V-280原型機，顯著增加了功率輸出。目前，V-280原型機已累計運行90h，完成了地面系留試驗、懸停系留試驗和懸停機動試飛。

V-280傾轉(zhuǎn)旋翼機的速度是傳統(tǒng)垂直起降直升機的兩倍，在V-22“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，增加了美國陸軍所需要的實戰(zhàn)應(yīng)用性。與V-22的不同之處是，V-280配備了傾斜變速箱，其螺旋槳傳動軸可以變換角度，當(dāng)旋翼和傳動軸傾斜時，主翼不旋轉(zhuǎn)，發(fā)動機可保持在原位；一個驅(qū)動軸穿過直翼，在發(fā)動機出現(xiàn)故障時，允許兩個螺旋槳旋翼由一臺發(fā)動機驅(qū)動，這樣可以減少結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。V-280可運載模塊化有效載荷，并能在運輸與攻擊模式間切換；采用了低噪聲和低雷達可探測性，噪聲比V-22要低，適應(yīng)未來戰(zhàn)場的生存性要求；采用三余度電傳飛控系統(tǒng)；旋翼使用單片碳纖維增強聚合物復(fù)合材料，在減輕了質(zhì)量的同時節(jié)約了生產(chǎn)成本；機體采用了大量的復(fù)合材料。

“無畏”X復(fù)合推進式直升機

“無畏”X是一種共軸剛性雙旋翼復(fù)合推進式直升機，具有良好的敏捷性和機動性，其飛行距離和速度是“黑鷹”直升機的兩倍，可顯著提升陸軍的空中突擊能力。2019年“無畏”X首飛；2021年開展數(shù)字作戰(zhàn)環(huán)境的測試和評估， 9月提交競爭FLRAA項目的應(yīng)標(biāo)書，10月在飛行測試中達到了457km/h的速度；2021年美國陸軍授予西科斯基-波音團隊約2.9億美元合同，用于加速開發(fā)用于FLRAA的主要子系統(tǒng)和武器；2022年1月完成原型機飛行演示，3月完成了80%的測試工作。

“無畏”X的前身為SB-1“無畏”技術(shù)驗證機，SB-1驗證機的研發(fā)目的是在美國陸軍聯(lián)合多任務(wù)項目下驗證飛機的操縱品質(zhì)和轉(zhuǎn)換能力，為美國陸軍未來垂直起降項目提供經(jīng)驗。根據(jù)驗證結(jié)果和美國陸軍在對樣機進行測試后提出的要求，“無畏”X在SB-1驗證機的基礎(chǔ)上進行了重大升級，包括減少了飛機熱特征，改進了空氣動力學(xué)，改善了在嚴(yán)峻環(huán)境中的穩(wěn)定性，使用自主飛行控制提高了機動性，在高速飛行的前提下，“無畏”X在最后接近著陸區(qū)時更具有機動性，可在低空保持一定時間的懸停。

“無畏”X的主要研發(fā)創(chuàng)新包括：采用了已在其他項目中驗證的數(shù)字孿生和數(shù)字設(shè)計技術(shù)完善虛擬樣機，降低了采購成本，能夠快速且經(jīng)濟地進行升級；進一步驗證模塊化開放系統(tǒng)方法，使美國陸軍能對“無畏”X不斷改進和升級，以滿足新需求并把握新機遇；完善駕乘人員的操作與使用細(xì)節(jié)，維修人員能夠在虛擬現(xiàn)實實驗室中完成維修保障程序，并與各專業(yè)設(shè)計師反饋體驗，包括易用性、人機工程學(xué)以及拆卸零件進行維修等；提高了可靠性、維修性和可用性，相比“黑鷹”直升機，作戰(zhàn)效能大幅提升。

V-280傾轉(zhuǎn)旋翼機及動力選型進展

FLRAA項目動力選型

V-280驗證機和原型機動力

在聯(lián)合多任務(wù)技術(shù)演示階段，GE公司提供兩臺T64-GE-419渦軸發(fā)動機為V-280驗證機提供動力，并提供后勤、工程、集成和現(xiàn)場飛行測試支持。該發(fā)動機功率為3542kW，1995年投入使用。T64發(fā)動機開創(chuàng)了一系列影響了幾代通用航空發(fā)動機的技術(shù)創(chuàng)新，為美國海軍陸戰(zhàn)隊、海軍重型直升機、短距起降運輸機和水陸兩棲飛機提供動力。

2021年10月，在美國陸軍協(xié)會年度防務(wù)展上，貝爾公司表示，如果贏得美國陸軍FLRAA項目競標(biāo)，V-280傾轉(zhuǎn)旋翼機將采用功率更強大的羅羅公司AE1107F發(fā)動機以降低長期維護成本。AE1107F發(fā)動機功率為5149kW，是V-22“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機所配裝的AE1107C渦軸發(fā)動機改進型，在AE系列成熟的核心機基礎(chǔ)上發(fā)展而來。早在驗證機階段，貝爾公司和羅羅公司合作為V-280開發(fā)端到端的發(fā)動機集成解決方案，為未來政府采購提供選項。同時，貝爾和羅羅公司團隊致力于集成進口粒子分離裝置和排氣口紅外抑制裝置的解決方案，以減少環(huán)境對推進系統(tǒng)耐久性的影響，并最大限度地提高推進系統(tǒng)的性能和壽命。

“無畏”X及動力選型進展

“無畏”X驗證機和原型機動力

SB-1驗證機配裝的是霍尼韋爾公司的兩臺T55改進型發(fā)動機，該發(fā)動機采用新技術(shù)對壓氣機進行了改進，提高了可靠性和可用性，降低了油耗，增加了有效載荷和飛行范圍，同時提高了飛機的成熟度，減少了維護成本。2019年，改進型發(fā)動機配裝在SB-1驗證機上順利完成首飛，但試驗效果不太理想，西科斯基公司曾透露“無畏”X若采用T55發(fā)動機則無法發(fā)揮飛機的全部優(yōu)勢。

在此背景下，霍尼韋爾公司與西科斯基-波音團隊密切合作，專為“無畏”X推出了HTS7500發(fā)動機?；裟犴f爾公司專注于“無畏”X的特定需求，同時還應(yīng)用了與美國陸軍改進渦輪發(fā)動機動力（ITEP）合作積累的經(jīng)驗，優(yōu)化了發(fā)動機循環(huán)，從而實現(xiàn)了發(fā)動機功率和燃燒效率的改進，并降低渦輪溫度以提高可靠性；利用多年來與軍隊維護人員和波音公司合作的經(jīng)驗積累，將維修性納入設(shè)計中；同時還沿用了成功的民用航空發(fā)動機生產(chǎn)線（如HTF7000）。上述措施最大限度地提高了飛機性能，使其100%符合美國陸軍規(guī)范，與美國陸軍已部署的硬件具有通用性，具有最低的采購和全生命周期成本、最低的維護和支撐成本，可滿足FLRAA項目的所有要求。

HTS7500借鑒了升級型T55-GA-714C的改進技術(shù)，功率達到5600kW，與T55-GA-714A發(fā) 動 機相比提高了42%，同時油耗降低了18%，與其他功率級別相同的發(fā)動機相比具有最輕的質(zhì)量。新發(fā)動機配備了現(xiàn)代化的控制系統(tǒng)，提高了操作能力，降低了全生命周期成本，并確保了發(fā)動機的健康狀態(tài)。HTS7500發(fā)動機設(shè)計精簡和高效，減少了零件數(shù)，有較低的渦輪溫度和采用經(jīng)過驗證的低成本的材料。該發(fā)動機便于維護和保障，現(xiàn)場只需一名維護人員使用美國陸軍發(fā)動機工具箱104個工具中的19個即可完成維護任務(wù)。

結(jié)束語

在FLRAA項目競爭中，貝爾公司V-280 “勇士”傾轉(zhuǎn)旋翼機和西科斯基-波音團隊“無畏”X復(fù)合推進式直升機始終圍繞著FLRAA項目計劃、競爭程序和需求指標(biāo)開展研發(fā)，最大限度地利用了預(yù)先研究的成果，同時在動力的選擇上不斷精益求精，以適應(yīng)未來戰(zhàn)爭對飛機的需求。FLRAA項目競爭的最終結(jié)果將于2022年第三季度揭曉，原型機工程與制造階段的合同究竟花落誰家，不僅決定了兩種原型機的成敗，對各自動力型號的發(fā)展也將產(chǎn)生深遠影響。