作者：蘭順正

首發(fā)自：《坦克裝甲車輛》

近日，美國西科斯基-波音團(tuán)隊宣布提交了他們用于競爭美國陸軍的“未來遠(yuǎn)程突擊直升機(jī)”（FLRAA）計劃的“挑釁者”(Defiant) X提案，而其對手則是貝爾公司的V-280 Valor旋翼原型機(jī)。據(jù)悉，獲勝方案的第一架直升機(jī)將在2030年上半年交付美國陸軍投入使用，屆時“黑鷹”也將開始退役。明顯的是，美軍直升機(jī)的更新?lián)Q代正在有條不紊的向前邁進(jìn)。

著眼大國競爭的FVL項目

眾所周知，現(xiàn)代戰(zhàn)爭中直升機(jī)已經(jīng)成為必不可少的裝備之一。直升機(jī)所具有的垂直起降、空中懸停、貼地飛行等獨特性能決定了該武器使用靈活，攻擊死區(qū)小，不但可在低空或超低空條件下攻擊地面目標(biāo)，還可用于運(yùn)輸、訓(xùn)練、通訊/聯(lián)絡(luò)、搜索救援、偵察/觀察、電子對抗、反潛、反艦、掃雷等作戰(zhàn)任務(wù)，并能為地面部隊及海上部隊提供各種掩護(hù)和火力支援。而美國在直升機(jī)領(lǐng)域一直是走在世界前列，其生產(chǎn)的各型直升機(jī)知名度頗高，從越南戰(zhàn)爭開始，只要是有美軍參與的軍事行動，幾乎都可以看到直升機(jī)的身影。不過，隨著美國重回“大國競爭”，美軍對于自身原有直升機(jī)部隊的性能已經(jīng)不再滿足。美軍認(rèn)為，在可預(yù)見的未來，美國陸航有可能要在反介入/區(qū)域拒止( A2AD) 空域內(nèi)面對裝備先進(jìn)的對手，他們可以限制美軍的機(jī)動自由。為了在反介入/區(qū)域拒止環(huán)境中有效作戰(zhàn)，未來美軍直升機(jī)需要具備更大的航程、更強(qiáng)的態(tài)勢感知和更高的速度，以便能夠順利進(jìn)入戰(zhàn)場、存活下來并與敵方進(jìn)行交戰(zhàn)。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中直升機(jī)的作用不言而喻

在此背景下，五角大樓于2008年10月25日正式確立“未來垂直升力計劃”（FVL；Future Vertical Lift），該計劃是美國陸軍航空兵裝備現(xiàn)代化計劃的第1優(yōu)先級項目，也是美國陸軍裝備現(xiàn)代化計劃的第3優(yōu)先級項目。FVL的目的是為美國陸軍發(fā)展一系列先進(jìn)的現(xiàn)代化“垂直升降飛行器”（包括但不限于直升機(jī)、復(fù)合式直升機(jī)、傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)等一切具備垂直升降和懸停功能的飛行器），用以在 2030 年全面替換美國陸軍現(xiàn)有的UH-60、AH-64、CH-47 和 OH-58 直升機(jī)。美國陸軍希望FVL能夠在速度、航程、有效載荷、高溫高原性能和通用性上有明顯的提升。這其中速度最重要，它的提升能夠使 FVL 具備快速進(jìn)入敵對區(qū)域、對地面部隊進(jìn)行支援，以及承擔(dān)一些時效性更強(qiáng)的任務(wù)，同時高航速可以縮短飛機(jī)在敵方防空火力中的暴露時間，甚至可以甩開敵方前來攔截的武裝直升機(jī)，提升飛機(jī)的生存能力和反應(yīng)能力。而運(yùn)輸直升機(jī)和武裝直升機(jī)之間通用性的提高則能夠降低研發(fā)費用，降低訓(xùn)練、后勤保障及部署的難度。按照美國陸軍的航空現(xiàn)代化計劃，F(xiàn)VL 包含了從小型到重型的整個系列，在規(guī)模、范圍和費用上將與 F-35 項目類似。

FVL主要分為兩部分，一是用來取代陸軍現(xiàn)役的部分 UH-60“黑鷹”和 AH-64“阿帕奇”直升機(jī)的 “未來遠(yuǎn)程突擊飛行器”（FLRAA：Future Long Range Assault Aircraft）計劃。在規(guī)劃中，F(xiàn)LRAA將承擔(dān)城市內(nèi)安全保障、攻擊、海上攔截、醫(yī)療后送、災(zāi)難救援及戰(zhàn)斗搜救任務(wù)。最基本的共有特性包括：高溫高原環(huán)境下作戰(zhàn)半徑424~795千米，巡航速度426~574千米/小時。有效載荷方面，要求內(nèi)載達(dá)到1587~1814千克，外載達(dá)到2722~3629千克。所有型別應(yīng)能夠裝備可攻擊100~3000米內(nèi)任意目標(biāo)的精確制導(dǎo)武器，以及360°攻擊范圍的機(jī)槍（炮）塔。此外，所有型別還應(yīng)能夠搭載到當(dāng)前的海軍艦船和固定翼運(yùn)輸機(jī)內(nèi)運(yùn)輸。目前美國西科斯基-波音聯(lián)合團(tuán)隊與貝爾公司參與FLRAA的競爭。

二是用來取代OH-58D直升機(jī)的 “未來攻擊偵察飛行器”（FARA：Future Attack Reconnaissance Aircraft）計劃。美國陸軍對 FARA 的描述是小型和能在多域戰(zhàn)中實現(xiàn)機(jī)動性作戰(zhàn)的高性能平臺，用于未來的偵察、攻擊、突襲及運(yùn)輸任務(wù)。性能指標(biāo)包括：地形跟隨最大飛行速度為378千米/小時，無空中加油的作戰(zhàn)半徑大于240千米，最低任務(wù)留空時間為2小時（偵察及攻擊任務(wù)，距基地315 千米）或 30 分鐘（突襲任務(wù)，距基地 424 千米）。最小內(nèi)部有效載荷為搭載 6 名全副武裝士兵（每名士兵按 152 千克計算），并且應(yīng)具備在高度1829 米、35℃環(huán)境下靈活飛行的能力。此外，空中加油也是必需能力之一。在一開始，F(xiàn)ARA 的 5 個參加競標(biāo)的團(tuán)隊分別是：貝爾公司、波音公司、卡瑞姆飛機(jī)公司、西科斯基飛機(jī)公司、 AVX 航空公司與 L3 技術(shù)公司聯(lián)合團(tuán)隊，后來貝爾公司與西科斯基公司的方案勝出。

突破“速度瓶頸”的傾轉(zhuǎn)旋翼技術(shù)

在2020年初，美國陸軍公布了FVL的四個候選機(jī)型，參選FARA是西科斯基的“突襲者”（Raider ）X 和貝爾公司的貝爾360“不屈”（Invictus），西科斯基-波音的“挑釁者”(Defiant)X和貝爾公司的V-280則參選FLRAA。值得注意的是，四個候選機(jī)型中除了貝爾 360“不屈”采用了相對傳統(tǒng)設(shè)計外，其余3種都采用了新構(gòu)型旋翼飛行器布局，具有更大的載荷和飛行速度，而這些也預(yù)示了未來旋翼機(jī)的發(fā)展方向。

對于傳統(tǒng)直升機(jī)而言，速度的提升是一大難點。眾所周知，旋翼旋轉(zhuǎn)時，槳葉在前行和后行中周期性轉(zhuǎn)換，但前行時葉尖與空氣的相對速度不能超過音速，否則會有很大的激波阻力；后行時葉尖與空氣的相對速度則不能低于失速速度，否則升力不足，不易維持兩側(cè)的平衡。受制于這兩方面因素的影響，直升機(jī)的速度一直很難有大幅提升。為了突破速度的瓶頸，各國的航空工程師們可謂是絞盡腦汁。而在各種設(shè)計方案中，傾轉(zhuǎn)旋翼技術(shù)稱得上是直升機(jī)發(fā)展史上的重大技術(shù)突破之一。傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)指的是利用傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對氣動部件進(jìn)行在旋翼和螺旋槳間的自由轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實現(xiàn)懸停、低速飛行以及高速飛行的直升機(jī)。傾轉(zhuǎn)式高速直升機(jī)同時具有直升機(jī)和螺旋槳固定翼飛機(jī)的特點，能夠像直升機(jī)一樣起飛和降落，也能像常規(guī)的螺旋槳推進(jìn)式飛機(jī)一樣飛行，有著明顯的跨界特征。目前該型機(jī)知名代表就是美國V-22“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)。在上世紀(jì)50年代，貝爾公司在美國空軍的資助下，成功地從原理上解決了由螺旋槳推進(jìn)的固定翼飛機(jī)和直升機(jī)間的轉(zhuǎn)換問題。1981年第一架原型機(jī)在巴黎航展上首次亮相，其“兩頭兼顧”的特點引發(fā)了國防部高層和美軍各軍種的強(qiáng)烈興趣。第一款軍用傾轉(zhuǎn)旋翼“魚鷹”運(yùn)輸機(jī)1989年上天，此后多次在實戰(zhàn)中大顯身手。

“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)

但是，“魚鷹”在使用中也暴露出一些設(shè)計缺陷。一方面V-22雖然技術(shù)先進(jìn)，但是其近30噸的最大起飛重量顯得過大，而且由于采用折疊機(jī)翼技術(shù)導(dǎo)致造價過高。另一方面為了能夠適應(yīng)美國海軍兩棲攻擊艦的機(jī)庫和升降機(jī)尺寸，“魚鷹”的機(jī)體長度和翼展都受到嚴(yán)格限制，加上旋翼半徑又不可能超過半翼展，因此“魚鷹”的旋翼直徑最終比最優(yōu)值小了約1.5米，這直接影響到懸停和速降性能，也成為此后屢屢發(fā)生安全問題的根源。相關(guān)資料表明，相比于常規(guī)直升機(jī)，旋翼直徑偏小的“魚鷹”更容易陷入“渦流環(huán)”（在直升機(jī)下降過程中如果下降速度過快，旋翼會被裹入下洗氣流或下洗氣流造成的渦流，旋翼與周圍空氣之間的相對氣流方向和相對速度出現(xiàn)本質(zhì)變化，可能出現(xiàn)“打滑”失去升力的情況，此時越是增加旋翼功率，打滑越嚴(yán)重，這就是所謂的“渦流環(huán)”）。此外，“魚鷹”的橫列雙槳布局也存在較大安全隱患，如果兩側(cè)旋翼進(jìn)入“渦流環(huán)”的程度不均勻，勢必將引發(fā)不可控的橫滾，最終導(dǎo)致飛機(jī)傾覆和墜毀。

V-280傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)

此次參與競標(biāo)的V-280就是采用傾轉(zhuǎn)旋翼技術(shù)，該機(jī)的原型機(jī)于2017年12月成功首飛，外形像是“黑鷹”直升機(jī)和“魚鷹”運(yùn)輸機(jī)的結(jié)合體，貝爾公司在研制V-22時積累的很多經(jīng)驗都順理成章的被應(yīng)用到了V-280的設(shè)計中。據(jù)報道，V-280裝備兩臺T64-GE-419大功率渦槳發(fā)動機(jī)，單臺功率輸出4750馬力，其傾轉(zhuǎn)旋翼系統(tǒng)在V-22“魚鷹”的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，旋翼系統(tǒng)和變速箱可整體在水平方向和垂直方向之間轉(zhuǎn)動，但發(fā)動機(jī)短艙卻是一直保持固定水平狀態(tài)。這樣的好處是可以避免發(fā)動機(jī)尾噴流向下時對機(jī)降作業(yè)的干擾和對機(jī)身兩側(cè)空間的影響，所以V-280可以采用傳統(tǒng)的直升機(jī)側(cè)開門，既方便士兵快速上下，還可以加裝側(cè)門武器用作火力掩護(hù)。

V-280采用了成熟的UH-60運(yùn)輸直升機(jī)機(jī)體，尾部則是能夠減輕重量的外傾式“V”型尾翼，可搭載 4 名機(jī)組人員和 14 名乘員，或者外掛12000磅掛載。因為主要是陸軍使用，沒有上艦的要求，V-280對尺寸的約束要求降低很多，所以不用采取折疊機(jī)翼，大幅度降低了結(jié)構(gòu)重量以及機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性，在降低成本的同時，提高了可靠性和可維護(hù)性。

V-280的理論最大巡航速度約為每小時520千米（在飛行測試中V-280的最大速度達(dá)到過556公里/小時），優(yōu)于V-22（每小時446千米）。V-280最大作戰(zhàn)航程可達(dá)1480千米，“魚鷹”僅為722千米。2019年在美國德克薩斯州沃斯堡舉行的“貝爾沃斯堡聯(lián)盟”航展上，V-280傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)首次與L-39噴氣式教練機(jī)并肩飛行，當(dāng)時這種頗有競速意味的展示讓現(xiàn)場觀眾對于V-280的性能留下了很深的印象。

另外V-280也具備類似F-35的飛行員頭盔顯示系統(tǒng)和具有信息融合能力的航電系統(tǒng)，駕駛艙中的飛行員和運(yùn)載艙中的戰(zhàn)斗員可以通過頭盔瞄準(zhǔn)具或特制眼鏡進(jìn)行360°觀測。

科幻前衛(wèi)的復(fù)合式推進(jìn)

除了傾轉(zhuǎn)旋翼技術(shù)外，復(fù)合式推進(jìn)技術(shù)也是未來研究的熱門。

復(fù)合式推進(jìn)直升機(jī)是指將直升機(jī)和固定翼結(jié)合起來，在常規(guī)直升機(jī)的基礎(chǔ)上加裝輔助升力系統(tǒng)和輔助推力系統(tǒng)。復(fù)合式直升機(jī)在垂直起降、懸停和低速飛行時類似于直升機(jī)，在中高速前飛、爬升狀態(tài)下類似于固定翼飛機(jī)。隨著前飛速度的提高，機(jī)翼逐步承載，旋翼逐步卸載，而大部分的前進(jìn)阻力將由推力螺旋槳克服，大大減小了槳盤和機(jī)身前傾所帶來的前飛阻力。因此復(fù)合式直升機(jī)有中高速氣動效率高的特點，相比傳統(tǒng)直升機(jī)大大增加了航速和航程。

同時，由于具備輔助升力系統(tǒng)和輔助推/拉力系統(tǒng)的協(xié)助，復(fù)合式直升機(jī)在機(jī)動性能上更勝一籌。而與傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)相比，復(fù)合式直升機(jī)懸停時的槳盤載荷小，在大速度時旋翼也能與機(jī)翼一同提供升力。所以，雖然復(fù)合式推進(jìn)直升機(jī)也具備一些缺點，如全系統(tǒng)的重量有所增加，懸停效率比常規(guī)型式直升機(jī)低，自轉(zhuǎn)下滑能力下降等，但這依然不妨礙復(fù)合式推進(jìn)直升機(jī)成為未來高速直升機(jī)的主要研究方向之一。

早在20世紀(jì)60年代，美國洛克希德公司就提出AH-56A“夏延人”直升機(jī)方案，“夏延人”介于直升機(jī)與螺旋槳飛機(jī)之間，采用剛性單旋翼，加裝了前推發(fā)動機(jī)裝置和能提供升力的短翼，起飛時以直升機(jī)模式起飛，高速時切斷旋翼動力使其進(jìn)入自轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)時這種設(shè)計十分前衛(wèi)，但該機(jī)在試飛過程中發(fā)現(xiàn)從直升機(jī)轉(zhuǎn)螺旋槳飛機(jī)的過渡過程非常難控制，在出現(xiàn)幾次墜機(jī)之后，該項目最終下馬。在20世紀(jì)90年代，美國軍方研制了采用“環(huán)形尾”的“速度鷹”（Speed Hawk），不僅提高了速度，還將航程提高了3倍，使“速度鷹”的航程和 F-18 戰(zhàn)斗機(jī)相當(dāng)，用作海軍的搜索救援直升機(jī)性能突出。

2014年5月，美國西科斯基公司的S-97“侵襲者”高速直升機(jī)進(jìn)行首飛。S-97基于該公司的 X2 平臺打造，使用了西科斯基研制的高速推進(jìn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用同軸共槳旋翼，并在機(jī)尾部安裝了推力螺旋槳，兩套同軸旋翼在與尾部螺旋槳系統(tǒng)協(xié)同工作，使得它無論是在起飛還是飛行速度上都有很好的動力保證，按設(shè)計該直升機(jī)的時速將超過400公里。

“挑釁者”(Defiant)X高速型復(fù)合式直升機(jī)

此次參與競標(biāo)的“突襲者”（Raider ）X 和 “挑釁者”(Defiant)X皆屬于復(fù)合式直升機(jī)。西科斯基-波音的“挑釁者”(Defiant)X高速型復(fù)合式直升機(jī)在2019年3月21日完成了首飛。該機(jī)可以看作“放大版”的S-97 ，完全繼承了S-97、X2驗證機(jī)上的一系列高速旋翼新技術(shù)，速度達(dá)到480千米/時。不過兩者卻存在明顯的差異，S-97的最大起飛重量約5噸，可搭載6名士兵；“挑釁者”(Defiant)X最大起飛重量卻達(dá)到13.6噸，能搭載12名士兵。動力系統(tǒng)方面，“挑釁者”(Defiant)X擎采用兩具萊康明T55 渦輪軸引擎，這款引擎最大輸出為4867軸馬力，目前主要用于美軍的CH-47支奴干運(yùn)輸直升機(jī)上。同時引擎的進(jìn)氣口設(shè)計在中上部分，并且還加裝有副進(jìn)氣口，用于與熱排氣混合實現(xiàn)降低排氣溫度，并且排氣口也設(shè)計了擾流格柵，進(jìn)一步降低排氣溫度并控制排氣口的紅外標(biāo)識，從而達(dá)到降低紅外效果以及能被己方反直升機(jī)武器識別。據(jù)悉，由于該款引擎是上個世紀(jì)50年代研發(fā)，所以在整體的性能上較落后，因此在后續(xù)量產(chǎn)的版本會換裝成通用電氣在美國FutureAffordable Turbine Engine Program計劃研發(fā)的新一代引擎，這款新型引擎會具有更好的擴(kuò)展性和耐用性，并且在維護(hù)成本上會更低，而功重比以及壽命會更好。在武器搭配上，“挑釁者”(Defiant)X在機(jī)頭下部預(yù)留了航炮的安裝位置，在機(jī)身兩側(cè)可以加掛可拆卸的武器掛架掛載火箭莢艙等額外的部件，不過其武器掛載方式目前還未公開，根據(jù)一些概念圖，也可能是采用埋入式彈倉的方式進(jìn)行掛載。在此次報道中，“挑釁者”(Defiant)X方案將配備可選的有人駕駛飛行控制系統(tǒng)，可在低空、多障礙物環(huán)境或不確定條件下，實現(xiàn)更可靠、更安全的操作。該團(tuán)隊后續(xù)將繼續(xù)進(jìn)行飛行測試并擴(kuò)大直升機(jī)的飛行包線。

“突襲者”（Raider）X 在華盛頓舉行的美國陸軍協(xié)會 2019 年航展上首次被展示，該機(jī)同樣以西科斯基的X2驗證直升機(jī)為基礎(chǔ)，融合了多年來在 X2 開發(fā)、測試和升級中所吸收到的經(jīng)驗。有分析認(rèn)為，如果“突襲者”（Raider）X性能與X2相似，則該機(jī)的速度將超過463公里/時，并能在2743米高空上運(yùn)行。它具有低速和高速機(jī)動范圍，可傾斜超過60°傾斜角，并具有增強(qiáng)的低速懸停和加速功能。根據(jù)西科斯基的說法，“突襲者”（Raider）X 采用CH-53K、CH-148和F-35的生產(chǎn)實踐來降低成本，并具有易于升級以應(yīng)對新威脅的設(shè)計；其基于“即插即用”的布局，以及基于現(xiàn)代開放系統(tǒng)架構(gòu)（MOSA）的航空電子設(shè)備和任務(wù)系統(tǒng)，為傳感器和武器提供了更高的靈活性和生存能力，并標(biāo)志著向自我監(jiān)控的轉(zhuǎn)變，以減少日常維護(hù)。西科斯基方面認(rèn)為，該直升機(jī)將在未來的戰(zhàn)場上會有出色的表現(xiàn)，尤其是空戰(zhàn)。

保守又保底的貝爾360

貝爾公司在2019 年 10 月推出貝爾360 原型機(jī)設(shè)計方案，該機(jī)也是競選機(jī)型中唯一采用常規(guī)構(gòu)型的。由于傳統(tǒng)直升機(jī)布局方式具有低成本、高可靠性的特點，因此無論是技術(shù)難度還是研發(fā)經(jīng)費在所有競爭對手中都是最低，從而為美國陸軍提供了一種較為保險的選擇。據(jù)悉，為了達(dá)到競標(biāo)要求和時間節(jié)點，貝爾借鑒了OH-58D的成功經(jīng)驗，以及在未來直升機(jī)（FVL）項目的技術(shù)，以低廉的價格設(shè)計出小型直升機(jī)。盡管貝爾360采用了串聯(lián)雙座、機(jī)頭下方機(jī)炮轉(zhuǎn)塔、涵道尾槳等標(biāo)志性設(shè)計，卻只有一臺發(fā)動機(jī)。進(jìn)氣口在機(jī)身左側(cè)，排氣口則在右側(cè)，這樣的設(shè)計大幅降低了成本。貝爾360的旋翼部分來自貝爾525直升機(jī)，這樣減少了設(shè)計難度，同時讓技術(shù)水平更加成熟。不過貝爾360將旋翼數(shù)量從貝爾525的五葉減少為四葉，最高飛行速度隨之從370千米/小時降低到343千米/小時。

貝爾360直升機(jī)

按照設(shè)計指標(biāo)，貝爾360作戰(zhàn)半徑為250千米，續(xù)航時間90分鐘，有效載荷640千克，可以在33℃的環(huán)境下，垂直懸停在1200米高空，飛行時其較長的短翼可以提供額外的升力，讓機(jī)動性進(jìn)一步提升。在武器方面，貝爾360機(jī)頭下方設(shè)有20mm機(jī)炮，可以攜帶美國陸軍現(xiàn)役的精確制導(dǎo)彈藥。貝爾軍事業(yè)務(wù)執(zhí)行副總裁文斯·托賓說：“貝爾360將提供先進(jìn)的戰(zhàn)場態(tài)勢感知系統(tǒng)，并有致命武器系統(tǒng)，能夠以可承受的低成本支援地面機(jī)動部隊?！?/p>

按計劃，美國陸軍將在2021年下半年授出合同，2024年上半年原型機(jī)首飛，2030年上半年第一架投入使用，而屆時“黑鷹”直升機(jī)已經(jīng)服役滿50年，將逐漸讓位給新一代直升機(jī)。