波音子公司公布垂直起降航空器方案,挑戰接近噴氣式飛機的巡航速度

2023-12-07     看航空

原標題:波音子公司公布垂直起降航空器方案,挑戰接近噴氣式飛機的巡航速度

11月16日,波音子公司極光飛行科學(AuroraFlight Science)在海外社交軟體上公開了一種全新的飛機方案。

該方案採用了被稱為「扇翼(FIW,fan-in-wing)」的內嵌升力風扇和翼身融合體的設計,據稱可以實現超過450節以上的巡航速度(約833.4千米/時)。

極光飛行科學發布的方案概念圖

根據極光飛行科學公開的信息,該方案建立在波音和極光飛行科學此前的探索性研究成果上,比如X-48驗證機的翼身融合設計,以及極光飛行科學「神劍(Excalibur)」無人機設計在機翼內的伸縮式升力風扇設計。

X-48驗證機

極光「神劍」無人機

極光飛行科學表示,這一方案將參與美國國防部預先研究計劃局(DARPA)的SPRINT X演示項目競標。SPRINT意為「速度與跑道獨立技術」,目的在於研發一種全新的驗證機:

它不依賴跑道,而是藉助停車場、公路、甚至田野等地面完成起降,能夠在惡劣環境中保持懸停,但同時又具備遠高於現有垂直起降飛行器的速度性能,能以400至450節(740至830千米/時)的速度在15000至30000 英尺(約4500至9000米)高度範圍內巡航飛行。

同時,這種飛行器至少具備1000磅(454千克)的載荷能力,滯空時間達90分鐘或更長,以及至少230英里(370千米)以上的航程。

DARPA並不限定飛機具體採用何種動力形式和控制方式。但苛刻的高速和巡航要求,決定了參選方案基本不可能依靠螺旋槳實現巡航推進。

儘管槳扇發動機理論上能滿足亞聲速巡航的需要,但其巨大噪聲使它不適合這個有隱蔽滲透打擊需求的項目。因此,參與競選的航空器大機率要以噴氣動力作為巡航推進動力;而垂直起降的實現則依賴發動機噴管偏轉、發動機驅動風扇;又或者採用組合動力,單獨設置旋翼負責起降等等。

目前有4家公司參與SPRINT X 1A階段的競標,包括貝爾德事隆、極光飛行科學、諾斯羅普·格魯門、皮亞塞茨基。

但只有貝爾和極光兩家公司公開了方案基本概念,諾格和皮亞塞茨基公司截至目前還未公布任何相關信息。

這四家公司會在SPRINT X 1A階段的6個月中,利用1500萬美元資金相互競爭,獲勝者將進入下一個階段。按照目前的計劃,驗證機將在2027年開始飛行測試,並在2028年結束。

貝爾公司的HSVTOL方案概念圖,能看出明顯的隱身設計元素。

貝爾德事隆從2023年9月開始,展開了基於高速滑橇的動力系統相關測試。

貝爾德事隆公司稱自己公布的方案概念為「高速垂直起飛和著陸構型(HSVTOL)」。

HSVTOL帶有明顯的傾轉旋翼機元素,但是在高速狀態下,該機的旋翼會收起以儘可能減小阻力,此時飛機會變成接近傳統噴氣式飛機的氣動構型,並依靠噴氣式動力實現推進。

除了DARPA之外,SPRINT X項目的最主要推動者是美國特種作戰司令部(SOCOM)。該項目的遠期實用化目標,是開發出一種有效載荷能達到5000磅(約2267千克)、貨艙長度達到30英尺、寬8英尺、可以承載一輛小型車輛或者兩個半托盤的飛機。

很顯然,這種需求的目的之一是快速穿透敵方防禦體系,並在戰線後方實施少量精銳作戰人員和裝備的投放/回收。

V-22的最大飛行速度為305節(約565千米/時)。

V-280的最大巡航速度達280節並以此命名,最大速度300節(約556千米/時)。

從目前的情況來看,由於在V-22和V-280上積累了大量經驗,並且研發重心一直聚焦在相關領域,貝爾德事隆的方案很可能是4款投標方案中技術成熟程度最高的。而保留大尺寸旋翼的設計,也有可能使其方案擁有4款方案中最好的起降和懸停性能。

與貝爾德事隆的方案相比,極光飛行科學的方案,氣動構型更為簡潔,這不僅有利於減小高速狀態下的氣動阻力,也意味著在噪聲和雷達反射面積上具備很大的潛力優勢。

儘管目前DARPA並沒有提出聲學、電磁等方案的信號特徵控制要求;但是考慮到美國特種作戰司令部這個大客戶的需求,該項目如果能進入實用化階段,必然將面對降低噪聲和具備紅外、電磁隱身等要求。

F-35B捨棄了垂直起飛功能,通過讓步為「短距起飛」顯著減少了在載荷、航程能力上的損失。

在飛行器設計中,不同功能用途和性能追求總是會在各種設計特性上出現自相矛盾的情況;對於追求垂直起降的飛行器,矛盾尤其尖銳。

比如直升機為了實現垂直起降和懸停能力,動力效率損失極大,從基本的飛行速度、高度、載重、航程,一直到操縱性穩定性和安全性,無不遠遠弱於同噸位級別的固定翼飛機。

在特種作戰的發展歷史上,直升機飛不遠、飛不快、載荷小,一直是制約特種部隊戰鬥力的關鍵瓶頸之一。直升機空中加油技術成熟的誘因,最早就是越南戰爭中,出現了大量特種部隊在敵後營救跳傘飛行員的任務——無論是作戰人員的投放還是回收,都需要直升機頻繁進行超越自帶燃油航程極限的長距離飛行。

利用C-130這樣具備優異低速飛行性能的運輸機,實現直升機空中加油,雖然解決了包括特種部隊遠程投放、快速反應力量緊急調動的航程問題,但並不能解決直升機飛得慢的缺陷。

只要力量投放距離遠一些,起碼就是數小時以上的額外消耗;這對於很多時間敏感的任務,都會顯著增加任務失敗和傷亡機率。

黑鷹」的最大巡航速度在185節(約342千米/時)左右。

傾轉旋翼機V-22的出現,較大幅度地改變了相關困境。這類飛行器通過氣動與動力系統的構型變化,實現了在直升機模式和低速固定翼飛機模式的自由變換,巡航速度比直升機幾乎翻倍,但是和C-130等固定翼螺旋槳飛機相比還是低一些。

目前SPRINT X提出的速度要求,比C-130的354節(約653千米/時)已經快得多,實際上已經達到主流軍用噴氣式運輸機的水平,只比主流民航客機稍微慢一些。如此苛刻的要求,能不能在42個月的時間內如期實現,我們拭目以待。

排版:陳奕煊

策劃 | 文案:候知健

編審 | 監製:武晨、王蘭

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文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-my/84518ee73a073da3c42a2a902d930fe0.html