美国海军Ｘ－４７Ｂ舰载无人机研制计划

钱　锟

最近，美国海军无人作战飞机系统(N－uCAs)项目的首架x－47B验证机(AV－1)在诺斯罗普·格鲁曼公司帕姆戴尔(Palmdale)工厂下线，x－47B验证机具有划时代的意义，它预示着无人舰载机时代即将来临，X－47B的出现必将掀起一场新的海军航空兵技术革命……

2008年12月16日，诺斯罗普格鲁曼公司(以下简称诺·格公司)在位于加利福尼亚州帕姆戴尔(Palmdale)工厂举行了首架x－47B(编号AV－1)美国海军无人作战飞机系统(N－ucAs)验证机的下线仪式，X－47B验证机终于揭去了神秘的面纱，它预示着无人机舰载机时代即将来临，x－47B验证机将成为美国海军装备的第一种专门研制的隐身舰载机、第一种具备自主着舰能力的固定翼舰载无人机、第一种具备自主空中加油能力的舰载无人机。与目前美国海军已经装备或者即将列装的有人驾驶舰载战斗机(如F／A－18E／F和F－35C)相比，X－47B具有留空时间长，隐身性能好、作战半径大的显著优势。

从J-UCAS到N－UCAS

2003年4月，美国国防部启动了“联合无人作战飞机系统”(J－UCAS)项目，以求研制一种同时满足美国空军和美国海军作战需求的多用途无人机。波音公司和诺。格公司分别提出了X－45C和X－47B竞争方案，随着研制工作的深入，X－45C和X－47B在满足空海军通用要求的问题上都遇到了技术瓶颈，研究人员意识到J－UCAS项目不同于JSF项目，在一种无人机上同时兼顾空军和海军的要求几乎是一件不可能完成的任务。

2006年初，由于未获得国防部的支持，J－UCAS项目在2007财年预算申请中被取消，美国海军和空军在无人机的研制问题上分道扬镳。美国海军在重新制定了舰载无人机的战术指标后，单独展开了N－UCAS项目招标。波音公司在X-45C的基础上研制了x－45N参与竞标，而诺·格公司则以经过优化设计的X-47B投标，最终X-47B以其优异的隐身性能和作战半径大的优势击败了X－45N，赢得了N－UCAS项目的技术验证(UCAS－D)合同。2007年8月1日，美国海军宣布诺格公司的x－47B赢得了为期6年价值6.36亿美元的UCAS－D合同。

自从1991年通用动力，麦道公司的A－12项目宣告失败以来，美国海军还一直没有装备过专门研制的隐身舰载机，N－UCAS项目旨在为美国海军研制一种隐身无人舰载机，以缩小美国海军相对于美国空军在作战飞机隐身技术上的差距。诺-格公司将制造两架X－47B验证机用于验证N－UCAS的一系列关键技术，例如舰载无人机自主着舰，自主空中加油和航母适应性等技术。诺‘格公司希望X－47B能够在2018年形成战斗力，并于2025年前上舰服役。

技术特点

由于X－47B是一种亚声速作战飞机，而且要求深入敌方纵深地带执行打击任务，其战场生存能力完全依赖于超强的隐身性能，因此，x－47B采用了隐身性能较好的无尾式飞翼气动布局，具有“全频段、全方向”的低可探测特性。值得注意的是，由于X－47B将处于高海情、高，低温，强风和盐雾腐蚀和极为有限的航母甲板空间等恶劣的保障环境中使用，并要满足高强度的舰载机出动需求，因此要保证x－47B的隐身。性能在其使用寿命周期内不出现大幅度的下降是一个巨大的挑战。

X－47B采用了B－2A战略轰炸机在隐身设计上的技术成果，加上其体积远小于B-2A，因此其雷达散射截面积(RCS)将降到一个非常低的水平。X－47B继承了X－47A。“飞马”(Pegasus)验证机的部分机载系统与飞行控制率，显著降低了研制技术难度：另外，X-47B还采用了源自A-12的机翼折叠系统，以降低研发成本。

x－47B两侧机翼的外翼段4.8米长部分可向上折起135°，机翼折叠后，X－47B的翼展将从18.9米减小到9.4米，大为节约了航母甲板停放空间。值得注意的是，美国航母上的升降机可同时运送3架X-47B，是当前有人驾驶战斗机运送效率的1.5倍，提高了航母的飞机出动和回收速率。另外，由于X－47B采用了无尾气动布局，前后轮距非常小(4.25米)，因此几乎可实现原地360°转向的能力，在狭小空间中的操作灵活性极佳，在拥挤的航母甲板上，x－47B的这一优势是十分重要的。综上所述，X－47B在航母甲板上的停放系留面积和操作回旋面积要远小于F／A－18E／F或者F－35C等有人驾驶作战飞机。

通常，为了容纳复杂的机翼折叠机构，舰载机机翼折叠段会凸出一个“鼓包”(F－35C也不例外)，这不仅破坏了舰载机的气动外形，而且会严重影响舰载机的隐身性能，如何消除机翼折叠结构对舰载机隐身性能的影响是技术人员面临的一大设计难题。上个世纪80年代，麦道和通用动力公司在设计A－12隐身舰载攻击机时也遇到了同样的问题，最终技术人员为A－12的折叠机翼设计出了一种独特的“双重滚转”铰链机构，该机构不会破坏A-12的气动外形，收到了良好的效果。诺斯罗普·格鲁曼公司对这种机构进行了改进，并将其应用在X－47B的折叠机翼之上，使得X－47B机翼折叠处两侧的机翼蒙皮非常平滑，从而显著提高了隐身性能。

X-47B的滚转和偏航控制主要是通过安装在副翼前面机翼上表面0.9×1.5米²大小的扰流板来实现的。为了获得较小的进场着舰速度，X－47B的襟，副翼在着舰时需要下偏20°，但是在弹射起飞时无需偏转。采用飞翼气动布局的X-47B具有良好的升力特性，因此该机能够在任何风向条件下从航母甲板上起飞，这明显地增强了其使用的灵活性，因为航母不需要为了让X－47B逆风起飞而调整航路，而这一优势是目前所有舰载机都不具备的。

洛克希德·马丁公司是x－47B项目的子承包商之一，凭借其丰富的隐身飞机设计经验，洛·马公司主要负责设计x-47B的S形发动机进气道和气动控制面，并优化飞机前、后缘的低可探测性细节设计。为此，洛·马公司在位于莫哈维沙漠(Mojave)海伦德尔(Helendale)实验室中建造了x－47B的全尺寸RCS测试模型，以优化X-47B的隐身设计。

试验计划

2009年3-5月间，X－47B将进行地面结构静力试验。试验内容包括模拟X-47B的飞行标准载荷和着舰时的冲击载荷，并验证起飞弹射器和着舰阻拦装置对x－47B机体结构产生的影响，另外，试验还要检查x-47B燃油系统的结构完整性和气动控制面的结构强度。在为期3个月的标准载荷试验期间，技术人员将在AV-1机体结构上加载115％设计载荷，以确保AV－1号的试飞安全。2009年6月，X-47B将展开发动机启动试验和地面滑跑试验，为年底的首飞做准备，随后X－47B将转场到爱德华兹空军基地进行全面的飞行

试验。第二架验证机AV-2计划于2009年12月下线，这两架验证机都会参与航母适应性试验与评估。AV－1将在爱德华兹空军基地进行为期一年的飞行包线拓展试飞；之后它将飞跃整个美国转场到位于马里兰州的帕塔克森特河(Patuxent River)海军航空站进行航母适应性试飞；另外，AV－1还将被送到位于新泽西的雷克赫斯特(Lakehurst)海军工程站进行弹射器验证试验；进一步试验将在在弗吉尼亚州的诺福克进行，在那里AV-1将被吊放到“尼米兹”级航母的飞行甲板上，进行航母甲板滑跑试验。

据美国海军N－UCAS项目负责人马丁德普上校透露：2011年11月，X－47B将进行首次自主着舰试飞，参与试验的将是第8艘“尼米兹”级核动力航母“杜鲁门”号。而在AV－1进行首次自主着舰试飞之前，诺·格公司将会把自主着舰系统软硬件安装到一架F／A-18战斗机上进行模拟试验，试验程序是飞行员手动驾驶F／A-18飞临距离航母1／4英里(400米)的空域，然后试飞员启动自主着舰系统，让F／A－18战斗机在无人干预的状况下在完成近进和着舰全过程，F／A－18模拟无人机的自主着舰试飞计划计划将在2009年中期展开，以为x－47B的第一次自主着舰试飞铺平道路。

自主空中加油试飞计划

作为美国海军未来F／A－XX攻击机的候选机型之一，X－47B验证机成功的关键在于充分验证其在航母上起降的能力和在航母上的适应性、操作性不亚于有人驾驶战斗机。而在美国海军战略和预算评估中心2007年的研究报告中，美国海军向X－47B提出了更高的要求——即必须具备超远的作战半径，要求X－47B从夏威夷海域的航母起飞后，经过两次空中加油后，用10小时的时间飞到台湾海峡上空执行情报，监视和侦察任务的能力；执行完任务后，再通过两次空中加油返回航母，其总留空时间长达25小时。

为了达到美国海军的作战要求，X-47B必须具备自主空中加油技术(AAR)，因此，美国海军将授予诺·格公司一份涉及范围更广的N－UCAV验证项目合同。合同要求诺。格公司验证x－47B的无人机的AAR试飞技术，并要求x－47B在设计上同时满足美国空军的硬式空中加油方式和美国海军的软式空中加油方式。

无人机的AAR技术是目前无人机自主化和智能化研究领域的一个热点，目前，美国多家研究机构已经完成了AAR第一阶段试飞，2006～2007年间，在美国国防预研局(DARPA)的支持下，NASA德赖登飞行研究中心利用F／A－18B研究机充当无人机模拟平台和“波音707”加油机成功进行了数十次各种飞行状态下的软式插头一锥套加油系统AAR试飞，成功验证了无人干预的无人机自主空中加油技术的可行性。

2007年12月，美国空军实验室，波音公司“鬼怪”工程队研究团队也利用一架“利尔喷气”公务机模拟无人机和KC－135加油机成功进行了硬式伸缩套管加油系统AAR试飞，AAR系统自主导引“利尔”公务机接近KC－135加油机，组成精确的空中加油编队，成功完成并保持了长达20分钟加油管空中模拟对接。

在2008年11月，美国军方已经将无人机对无人机的自主空中加油第二阶段研究合同授予了美国空军研究实验室(AFRL)／波音公司“鬼怪”工程队研究团队，目标是完成“有人驾驶加油机－变稳飞机”的自主空中加油试飞。在AAR第二阶段试飞中，美国空军研究实验室将用一架经过改装的F－16 VISTA(变稳定性飞行模拟器)模拟无人机和KC－135加油机进行软式插头一锥套加油系统的自主空中加油试飞。之所以采用美国空军试飞员学校的F-16 VISTA变稳飞机执行此次试验任务，是由于该机可模拟美军装备的典型无人机(例如“全球鹰”、“掠食者”或者X-47B)的飞行特性，从而也可为真正的无人机对无人机的AAR试飞科目降低风险。但是，F-16VISTA变稳飞机在进行AAR试飞之前，要进行必要的改装，包括在机头安装一个可伸缩的空中加油管，并加装用于引导AAR对接的GPS／INS导航系统、多余度自主编队飞行精确控制系统、双向高速数据链系统和视频跟踪系统。

诺·格公司的N－UCAS项目经理斯科特。维西浦透露为了验证x－47B的自主空中加油能力，美国海军计划加入美国空军研究实验室的自主空中加油验证计划，并计划让x－47B代替F-16VISTA变稳飞机进行AAR第二阶段试飞，美国空军计划于2011年在RQ－4“全球鹰”无人机上验证无人机对无人机的自主空中加油技术(UAV-UAV AAR)，而美国海军计划于2013年在X-47B舰载无人机上验证AAR技术。