美军下一代直升机的需求与竞争

2020-12-29 08:15:12 兵器知识 2020年12期

于琦

美国陆军希望“未来垂直起降飞行器”(FVL:FutureVerticalLift)能够在速度、航程、有效载荷、高温高原性能和通用性上有明显的提升。这其中速度最重要,它的提升能够使FVL具备快速进入敌对区域、对地面部队进行支援,以及承担一些时效性更强的任务的能力,同时还能够提升生存能力和反应能力。而运输直升机和武装直升机之间通用性的提高则能够降低研发费用,降低训练、后勤保障及部署的难度。

五角大楼于2008年10月25日正式确立FVL计划。FVL项目最初旨在2030年全面替换美国陆军现有的UH-60、AH-64、CH-47和OH-58直升机。按照美国陆军的航空现代化计划,FVL的一个分支计划“未来远程突击飞行器”(FLRAA:FutureLongRangeAssaultAircraft)的成果將会用来取代陆军现役的部分UH-60“黑鹰”和AH-64“阿帕奇”直升机。另一个分支计划“未来攻击侦察飞行器”(FARA:FutureAttackReconnaissanceAircraft)的成果将被用来取代OH-58D直升机。FVL包含了从小型到重型的整个系列,在规模、范围和费用上将与F-35项目类似。

“未来远程突击飞行器”(FLRAA)的成果将会用来取代UH-60“黑鹰”

“未来攻击侦察飞行器”(FARA)的成果将被用来取代OH-58D直升机

AH-64“阿帕奇”直升

西科斯基- 波音参与FLRAA竞标的SB-1直升机作战效果图

要能执行那些任务?

轻型攻击侦察任务需求

美国陆军对FARA的描述是小型和能在多域战中实现机动性作战的高性能平台,用于未来的侦察、攻击、突袭及运输任务。

性能指标包括:地形跟随最大飞行速度为378千米/小时,无空中加油的作战半径大于240千米,最低任务留空时间为2小时(侦察及攻击任务,距基地315千米)或30分钟(突袭任务,距基地424千米)。最小内部有效载荷为搭载6名全副武装士兵(每名士兵按152千克计算),并且应具备在高度1829米、35℃环境下灵活飞行的能力。此外,空中加油也是必需能力之一。

中型远程突击任务需求

FLRAA用于取代现役的“阿帕奇”和“黑鹰”直升机,承担城市内安全保障、攻击、海上拦截、医疗后送、灾难救援及战斗搜救任务。

最基本的共有特性包括:高温高原环境下作战半径424~795千米,巡航速度426~574千米/小时。有效载荷方面,要求内载达到1587~1814千克,外载达到2722~3629千克。

所有型别还应能够装备可攻击100~3000米内任意目标的精确制导武器,以及360°攻击范围的机枪(炮)塔。此外,所有型别还应能够搭载到当前的海军舰船和固定翼运输机内运输。

贝尔公司参与FARA竞标的贝尔360作战效果图

需要具备哪些技术性能?

“未来攻击侦察直升机”的技术性能要求

根据征询书,美军对“未来攻击侦察直升机”要求,包括驾驶系统采用人工智能技术,至少部分时间可以无人驾驶模式飞行;可以使用一个安全的通信网络来控制专用无人机;同时具有传统侦察直升机不具备的速度和航程优势;采用一个开放式架构,易于升级和改进;最大飞行速度高达378千米/小时,作战半径不低于240千米。

——人工智能,可无人自主执行某些任务,即所谓的“可选有人驾驶”。

——安全的通信网络,可控制无人机,使其进入最危险的作战空域,此即所谓有人/ 无人协同作战概念。

——模块化开放式系统架构,可对软硬件快速升级,只要满足通用化标准要求。

——较高的飞行速度,巡航速度不小于333千米/小时,最大飞行速度不小于378千米/小时,比“阿帕奇”的巡航速度283千米/小时快33%,可快速通过敌方防空区。

——适应城区作战的尺寸,包括旋翼、机身和机翼在内,宽不超过12.2米、长不超过14.2米,可沿城市街道飞行以躲避敌方雷达。

——较大的作战半径。

“未来远程突击直升机”的技术要求

除美国陆军外,海军陆战队和特种作战司令部也对FLRAA的部分指标提出了特殊需求。

在速度方面,美陆军最低可接受的巡航速度目标值是518千米/小时;海军陆战队要求的目标值是546千米/小时。

在航程方面,美陆军提出的无加油作战半径的目标值是556千米。海军陆战队的要求高于陆军,其无加油作战半径的目标值是724千米。特种作战司令部认可陆军提出的要求。

在部署性方面,特种作战司令部要求FLRAA能用空军C-17运输机运输。海军陆战队则希望FLRAA能搭载在海军的两栖舰上,能在高湿度和高盐腐蚀的情况下工作。海军陆战队希望运输型FLRAA能内置一门航炮,希望攻击型能携带更多的武器。

在人员运输方面,陆军和特种作战部队希望除了飞行员外还能载12人。海军陆战队认为载10人是可以接受的,包括2名空勤人员和8名步兵。

贝尔360直升机想像图

进度和费用要求

“未来攻击侦察直升机”的进度和费用要求

美国陆军于2018年10月启动了“未来攻击侦察飞行器”(FARA)的竞标,计划2020~2023年完成最终设计,2022年进行原型机首飞,测试将在2023财年第一季度开始,于2024年开始生产,预计到2028年具备初始作战能力并进行批生产,2030年列装。

具体为,2019年6月前,美陆军授出4~6份初始设计合同;2020年3月前,美陆军选定两家承包商以进行最终设计,并制造两架竞争型原型机,每家承包商将获得7.35亿美元的资金;2022年11月两架原型机首飞;2023年进行飞行试验。承包商和军方将联合进行9个月的试飞,主要进行安全性和飞行包线试验,此后的3个月将由军方单独进行试验;2024年,美陆军将选定一家承包商并进行生产。

美陆军设定FARA的最高出厂单价(只是单纯的制造价格,不包括研制费)不超过3000万美元。美陆军为FARA设定的每飞行小时费用(CPFH)不超过4200美元,“阿帕奇”的CPFH通常为6000~7000美元。一般来说,使用费用,比如燃油费严重依赖飞行器的重量,FARA比“阿帕奇”更小更轻,因此价格和使用费用更低。

AVX-L3团队的CCH概念

“未来远程突击直升机”的进度和费用要求

美陆军对FLRAA项目的时间要求为:2021年授出合同,2023财年第二季度完成初步设计评审,2024年度首飞,2024财年第四季度完成关键设计评审,2030年第二季度装备第一支作战部队。特种作战司令部和海军陆战队的时间要求将比陆军的延后两年。预计FLRAA将服役50年,直至2080年。

陆军是唯一规定了目标价格的军种:每架FLRAA的制造成本不超过4300万美元(这比当前装备的UH-60M直升机的单价高得多,UH-60M在2019财年的平均单价为2000万美元)。海军陆战队型和特种作战型的制造成本将更高。

西科斯基公司隐身高速Raider X概念

FARA的竞争机型

FARA的5个参加竞标的团队分别是:贝尔公司、波音公司、卡瑞姆飞机公司、西科斯基飞机公司和AVX航空公司与L3技术公司联合团队。已经公开的5种原始方案中,除了贝尔公司采用常规直升机布局外,其它的都采用了美军目前正在积极发展的新构型旋翼飞行器布局,具有更大的载荷和飞行速度,科技感十足。2020年3月25日,美国国防部宣布西科斯基公司和贝尔公司的竞标方案进入FARA计划的第二阶段。

贝尔公司的贝尔360

2019年10月,贝尔公司推出竞标的贝尔360原型机设计方案。其是5家竞标公司中唯一采用常规构型的,不存在太多的新技术挑战,在经济性、可靠性、可用性等方面都优于竞争对手。贝尔360的特点是机动性好和杀伤力强,配备了模块化的开放系统从而使其具备执行多种作战任务的能力,同时具备可持续发展的能力,意味其能夠衍生出多种不同用途的型号。这些特点都能保证直升机在战场上安全地为陆军提供全面的战场态势感知能力。最为关键的是,该机采用了低成本、高可靠性的传统直升机布局方式,无论是技术难度,还是研发经费显然在所有竞争对手中最低,从而为美国陆军提供了一种风险较低的选择。

卡瑞姆公司AR-40概念

AVX-L3团队的AVX-L3 CCH

美国陆军推动FARA项目的目的是为了寻求一型轻型攻击侦察直升机,用于代替已经退役的OH-58D直升机。AVX飞机公司和L3技术公司的联合团队设计了一种新型高速攻击侦察直升机AVX-L3CCH(CoaxialCompoundHelicopter),用于竞争性原型计划竞赛的第一阶段。其总体布局与AVX早期参与美国陆军联合多任务演示验证计划JMR-TD的旋翼飞行器很像,但细节上做了改进。AVX-L3CCH创新地采用了复合共轴布局,是一型带有共轴双旋翼和两副涵道风扇推进螺旋桨的复合直升机。

西科斯基的隐身高速Raider X概念

在华盛顿举行的美国陆军协会2019年航展上,西科斯基公司展示了RaiderX共轴直升机。RaiderX构型为共轴双刚性旋翼+尾部推进螺旋桨,融合了多年来在X2直升机技术的开发、测试和升级中所吸收到的经验,并为作战人员提供了攻击能力强、生存性高和智能的装备。该直升机将在未来的战场上会有出色的表现,尤其是空战。

波音公司的Boeing FARA概念

波音公司 AH-64复合式“阿帕奇”概念

卡瑞姆公司的AR-40

卡瑞姆(Karem)公司在2019美国陆军协会论坛(AUSA2019)展出了AR-40复合直升机概念模型,参与美国陆军未来武装侦察直升机竞标,直面西科斯基RaiderX和贝尔360的竞争。AR-40在低速下以传统直升机模式飞行,在高速下以复合直升机模式飞行,要实现这点全靠该机的可侧转尾部推进螺旋桨。

在AR-40的研制中,卡瑞姆公司负责核心的旋翼和传动技术,诺斯罗普公司提供生产和产品支持以及航空电子专业知识,雷锡恩公司则负责任务系统集成和设计模块化开放系统架构。强强联手使AR-40在竞标中具有较强实力。

波音公司的Boeing FARA

针对美国陆军正在探索的新型攻击和侦察旋翼机,在垂直飞行学会第75届年度论坛和技术展示期间,波音公司展示了下一代高速构型复合式“阿帕奇”攻击直升机(AdvancedAH-64Block2Compound)的模型和概念图。它是基于AH-64E的衍生品,比现有武装直升机更快、航程更远、燃油效率更高。波音公司表示,复合式“阿帕奇”能够在美国陆军实现其未来升力计划之前,作为一种“临时方案”帮助美国陆军渡过缓冲期。考虑到FLRAA计划中,波音和西科斯基联合推出SB-1复合式直升机,因此不太可能再打造全新的直升机来参与竞争。因此,复合式“阿帕奇”如果轻型化,将成为FARA计划的有力竞争者。

波音公司的方案命名为BoeingFARA。实际上,2016年波音公司就开始针对这种构型的复合式“阿帕奇”进行缩比模型风洞试验,积累了大量试验数据,这些都被应用到BoeingFARA的研制上。由于总体设计与波音“高速阿帕奇”方案一致,因此BoeingFARA方案本质上就是轻型版本的复合式“阿帕奇”。

SB-1直升机实机试飞图片

FLRAA的竞争机型

FLRAA项目有两个竞争型的技术演示验证机:一是西科斯基和波音公司联合研制的SB-1复合推力直升机,于2019年3月21日首飞;另一个是贝尔公司V-280倾转旋翼机,于2017年12月首飞。

贝尔V-280倾转旋翼机

V-280“勇士”是贝尔直升机公司继V-22“鱼鹰”成功以后推出的第三代倾转旋翼机。该机沿袭“鱼鹰”的技术,但作了诸多改进。如发动机改为固定安装,仅旋翼部分倾转,以避免可动发动机短舱干扰舱门武器射界,也减少了起降过程中发动机炽热喷流对机体的伤害。

V-280的尾翼也简化成V形。除了机身结构和发动机的升级,V-280还将提供类似F-35的飞行员头盔显示系统和具有信息融合能力的航电,具有出色的态势感知能力和网络战能力,甚至有三维显示战场态势的能力。由于士兵随身电子系统越来越普及,机身还将有无线充电的设施,可以在飞行途中为机载士兵的随身系统充电。

贝尔直升机公司称V-280速度可达519千米/小时,航程1480千米,这是V-280的最大亮点。

2017年12月19日,V-280在德克萨斯州阿马里洛市贝尔直升机公司基地进行了首飞。2018年贝尔公司推出了两个V-280高速倾转旋翼机的模型:一个是陆军型V-280的模型,在客舱门上安装了导弹挂架,该挂架在野外条件下很容易安装和拆卸;另一个是海军陆战队型模型,内置武器舱,隐身设计,机翼可折叠以适用舰艇的机库尺寸。

V-280傾转旋翼机

西科斯基-波音SB-1“无畏”复合式共轴直升机

西科斯基-波音的竞标机型SB-1原型机“无畏”于2019年3月21日在佛罗里达州完成首飞。SB-1的飞行速度和航程可达传统直升机的2倍。为了提升前飞推力,机尾安装了一个8片桨叶的推进螺旋桨,其周期变距的调整能实现推力最大化,即使在高速飞行状态,产生的噪音也很小。在整个首飞过程中,并没有起动尾部推进螺旋桨,所有飞行动作都依靠旋翼周期变距来实现。

据美国《国防新闻》2020年10月14日报道,今年以来,SB-1“无畏”的试飞进展很快,在一次降落中的速度达到425千米/小时,水平飞行速度达到390千米/小时。

结语

从美军对未来直升机的需求可以看出,从机械性能方面,对速度提出了革命性要求,这就要求新型直升机采取共轴刚性双旋翼、尾部增设推进装置等全新构型,或者直接采用倾转旋翼机。另外,智能化、信息化以及无人驾驶或与无人机共同执行任务也要达到一定水平。最后,军方对未来直升机的隐身能力也有要求,毕竟低可探测性直接关系到直升机的生存力以及执行任务的隐蔽性和突然性。结合了上述特点的直升机才会是美军未来的最佳选择。