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美陆军“未来垂直升力”项目发展简介

文章来源:航空工业信息网   发布时间:2020-12-21 11:32:18   点击量:0

    美国陆军拥有规模庞大的直升机机队,但新世纪以来尚没有新型号加入现役。阿富汗战争、伊拉克战争已经暴露了这批上世纪六七十年代装备的局限性,在“科曼奇”遗憾下马后,美国试图用“未来垂直升力”计划更新下一代陆军空中力量。

    一、项目概况

    项目名称:Future Vertical Lift(FVL),“未来垂直升力”项目

目标产品:美军下一代直升机、旋翼机

    重点子项目:未来攻击侦察机(FARA)、未来远程突击机(FLRAA)

预计完成时间:2030年(FARA、FLRAA)

    二、发展历程

    未来垂直升力(FVL)项目于2009年由国防部批准开展。根据计划,FVL将由多军种联合开展研制,在规模、范围和费用上将与洛马公司的F-35项目类似。FVL最终可能将替换美军现役的H-60“黑鹰”、AH-64“阿帕奇”、H-47“支奴干”以及OH-58“基奥瓦勇士”等多个直升机型号。

    按照最初计划设想,FVL项目将推出一个联合系列设计,从轻型(CS1)到超重型(CS5)。其中美国陆军重点关注CS1轻型攻击及空中侦查型别和CS3中型通用/攻击型别。如今,CS-1和CS-3分别对应未来攻击侦察机(FARA)和未来远程突击机(FLRAA)两大项目。CS2为海军MH-60R/S“海鹰”舰载直升机的替换型别,CS4(重型)和CS5(超重型)分别计划在未来替换CH-47“支奴干”运输直升机和C-130J“超级大力神”固定翼运输机,目前均未见显著进展的公开报道。下面是FVL五种分类的大致情况表。

能力分类

速度(节)

作战半径    (海里)

乘员

内部有效载(磅)

外部有效载(磅)

替代型号

目标计划

服役时间

轻型

CS1

200-250

170-230

6

2-2.5k

待定

OH-56

FARA

2028-30

中型

CS2

170-270

300-440

8-10

3.5-5k

6-8k

MH-60



中-重型

CS3

270-350

300-450

10-12

3.4.5.5k

6-8k

UH-60

FLRAA

2030

重型

CS4

250-300

325-420

24-32

12-20k

12-20k

CH-47


2035-60

超重型

CS5

270-350

750-1200

45-54

24-50k

30k+

C-130J

JFTL


 

    三、FARA项目

    “未来攻击侦察机”(FARA)计划由美国陆军于2018年发起,目的是开发贝尔OH-58“基奥瓦”侦察直升机的后继机,并以此作为“未来垂直起降”计划(FVL)的一部分。

    FARA计划的候选项目设计合同已于2019年4月授予5家制造商,包括:美国卡瑞姆(Karem)飞机公司,美国AVX飞机公司(与 L3Harris技术公司--LHX合作),西科斯基飞机公司(洛马公司旗下),贝尔直升机公司和波音公司。其中将选出两家公司在2020年开展其设计,而原型机计划于2023年首飞,2028年加入陆军现役。

    2020年3月25日,美国国防部宣布,选择西科斯基公司(西科斯基)和贝尔公司(贝尔)的竞标方案进入下一轮FARA原型机制造工作。

    2020年10月,美国陆军未来直升机计划负责人表示,两家公司设计的FARA项目原型机的部分部件,如铸造件、变速器、齿轮箱、旋翼、座舱、机身等均已制造完成,原型机部分实物已经得到真实呈现。虽然受到新冠疫情的影响,但是按照原计划,西科斯基公司和贝尔公司均将于11月完成FARA项目原型机的最终设计。两家公司的研制进度均未受到影响。另外,两家公司交付最终设计成果后,美国陆军将在一个月时间内,完成两型飞机最终设计审查,并计划在12月中旬由陆军高层领导进行战备评估,拟形成FARA项目的最终批准决定,确保原型机于2023财年一季度完成首飞。

    1、西科斯基RAIDER X概念图

    洛马公司旗下西科斯基公司的FARA计划竞争机型为RAIDER X。该机设计理念为一种敏捷、致命性和生存力强的复合共轴直升机,专用于确保垂直起降优势以对付未来战场上不断发展的对手和临近威胁。

    Raider X基于S-97“侵袭者”高速直升机设计。S-97直升机于2011年开始研制,2014年制成首飞原型机,2015年5月22日成功首飞。该机进行了多次飞行测试,充分验证了高速直升机的核心设计,为西科斯基公司后续机型飞行计划的开展积累了大量基础数据,有助于完善Raider X设计,降低FARA计划风险。

    2019年,西科斯基公司开始建造Raider X直升机部件,按计划推进FARA项目原型机建造工作。另外,西科斯基公司还与主要供应商签订了超过一年的合同,确保FARA项目原型机相关配套部件的制造供应如期进行。

    2、贝尔360 Invictus概念图

    德事隆公司旗下的贝尔德事隆公司则将推出贝尔360 Invictus,将采用经过验证的技术来实现优异的性能,且经济可承受,其技术将基于已经过验证的贝尔525的不间断转子系统技术。

    关键技术指标包括:速度超过342千米/小时(185节)。作战半径达250千米(135海里),飞行时间可超90分钟。实现4k / 95F悬停地面效应。可配备20毫米口径航炮、可整合空射效果的综合弹药发射器、未来武器以及当前的列装弹药等。

    贝尔公司在2019年美国陆军协会年度会议召开之前,就提出了FARA项目原型机设计思路。目前,贝尔公司已完成了360 Invictus直升机多次设计/风险评估,完成了对直升机旋翼和动力系统的关键设计审查。同时,贝尔公司位于德克萨斯州阿马里洛的工厂已开始接收直升机零件,很快能够开始原型机的制造。360 Invictus直升机原型机制造计划按预期进度进行,预计将于2022年首飞。

    四、FLRAA项目

    未来远程突击机,也被称为FLRAA,目标是在2030年替换美国陆军UH-60“黑鹰”运输机和AH-64“阿帕奇”攻击直升机。FLRAA计划的竞争时间将从2022年开始,在2030年投入使用。

    美国陆军联合多功能技术验证机(JMR-TD)项目为FLRAA项目的背景项目。早在正式确定FLRAA这一项目名称前,贝尔V-280和西科斯基-波音 SB-1便入选JMR-TD项目。

    2020年3月17日,美国陆军已选择贝尔和西科斯基公司在未来的“远程突击攻击机”(FLRAA)项目开始之前进行竞争性演示试验和降低风险(CDRR)的工作。CDRR将包括两个阶段,每个阶段大约持续一年。两家公司将使用基于模型的系统工程进行初步的概念设计,评估需求可行性并进行商务研究。

    1、贝尔公司V-280

    V-280“英勇”倾转旋翼机由美国贝尔公司研制,于2017年12月首飞。贝尔从V-22的设计中吸取了教训,增加了旋翼桨叶的挥舞角和扭矩瞬变,以便能够获得更多的灵活性。

    2019年12月,德事隆贝尔公司宣布,V-280倾转旋翼机在为期两年的飞行验证中取得了非常卓越的成果。V-280飞机共飞行了150多个飞行小时,实现了超出预期的性能里程碑,包括:速度> 550km/h,在气温35℃的1800m高空实现脱离地面效应悬停(HOGE),满足陆军1级操纵品质要求的低速敏捷性,连续多天的多次起落飞行操作,与美国陆军飞行员一起试飞等。为满足多域作战需求,V-280集成了洛丁公司的领航分布式孔径系统(PDAS)任务设备套件,并进行了针对性飞行测试,展示了快速索降选项。未来,测试还将包括额外的任务装备包集成、吊索载荷测试以及自主飞行演示。

    2019年12月18日,贝尔公司的V-280倾转旋翼演示验证机首次在该公司位于德克萨斯州阿灵顿的工厂进行了两次自主飞行。在飞行过程中,V-280进行了自主起飞,然后转换为巡航模式,对各个航路点进行精确导航,巡逻机动,最后转换为垂直起飞和着陆模式,并自主着陆。在V-280飞行状态的转换过程中,V-280驾驶舱中的飞行员接管了飞行操作。贝尔公司没有进一步推进V-280自主性的试飞计划,也没有确定是否会进行没有飞行员干预的纯自主飞行。

    2020年8月,美国陆军红石试验中心(RTC)的试飞员试飞了贝尔V-280倾转旋翼机,为美国陆军测试与评估司令部(ATEC)进行测试评估做准备。

    2、西科斯基/波音SB-1“挑衅”

    西科斯基/波音SB-1“挑衅”高速直升机,采用复合推力构型,该构型基于西科斯基公司此前打破直升机飞行速度世界纪录、高度成功的X2技术验证机发展而来。该方案采用了刚性共轴双旋翼和推进式螺旋桨的组合,克服了传统直升机构型对飞行速度固有限制。SB-1进展相比V-280较为落后,直到2019年3月21日才首飞,主要是为解决共轴旋翼相关问题引起的延误。

    2020年10月12日,SB-1直升机演示样机进行了飞行测试,该机以约三分之二的螺旋桨扭矩和发动机功率实现了232节(430千米/小时)下降速度,211节(391千米/小时)垂直上升和水平飞行速度,满足美国陆军2030年“未来远程突击飞机”项目的速度指标要求。西科斯基公司和波音公司联合团队将继续推进SB-1直升机飞行测试工作,在每次测试过程中,将持续提升直升机的速度、倾斜角和爬升率,收集重要的测试数据,提升速度和可操控性,验证建模仿真结果。

    五、未来展望

    可以看到,作为一个已实施快20年的项目,FVL已经取得一定的进展。在陆军着重发展的两种型别上,FLRAA的两型方案已进行多次试飞,FARA尚处原型机制造阶段。在陆军如火如荼推进项目的同时,今年七月美国空军表示正在密切关注陆军的下一代旋翼机项目,可能用来填补敏捷空运领域的空白。

    此外,FARA和FLRAA的竞争供应商均为贝尔和西科斯基(波音有参与SB-1),美国相关军火公司的发展情况值得关注。