波音和皮亚塞茨基公司的无人远征装备无人机方案

格拉汉姆·瓦里克

美国海军陆战队于2017年5月发布了一份“无人远征装备”（MUX）的招标书，要求工业界研制一种大型（Group 5）的长航程、长航时、可垂直起降的舰载/陆基多任务无人机，能够同时满足在两栖突击舰和远征军陆基使用的需求，并能够与MV-22“鱼鹰”和F-35B搭配使用，预计在2020年代中期投入服役。

为了更好地规划“无人远征装备”计划的目标和实施途径，美国海军陆战队同时还在关注美国国防部预研局（DARPA）的“战术侦察节点”（TERN）计划、“空中可重构嵌入式系统”（ARES）计划和美国海军研究办公室的‘空中自主货运/通用系统”（AACUS）计划，并和美国海军就‘无人远征装备”计划展开了密切的合作。

自那时以来，“无人远征装备”计划吸引了很多竞标者，包括极光飞行科学公司、波音公司、贝尔公司、卡雷姆公司、西科斯基公司、诺斯罗普·格鲁门、洛克希德·马丁/皮亚塞茨基公司等，通用原子公司也可能参与到竞争中来。

2018年4月23日，美国海军陆战队又对“无人远征装备”计划的需求进行了优化，着重凸显其预警、情报、侦察和监视（ISR）、电子战及通信中继四项能力，弱化了物资运输能力，力求最大效率地提高美国海军陆战队空地特遣部队的作战能力。

美国海军陆战队在今年6月6～7日的工业日听取了各方面意见后，将发布最终的招标书，并计划于2019财年第二季度正式确定“无人远征装备”计划无人机的方案，2025年或2026年实现“无人远征装备”计划无人机的初始作战能力，2034年前实现全面作战能力。

本文介绍近日由波音公司和美国皮亚塞茨基飞机公司揭示各自的一个“无人远征装备”计划竞标方案。

波音的尾坐式方案

波音公司正在研究的一种潜在布局是尾坐式的课垂直起降的“无人远征装备”无人机设计，这种借鉴是波音公司在20世纪90年代中期研制，并与1995进行飞行试验的一种小型的“直升机翼”（ Heliwing）无人机的经验和试验数据。

“直升机翼”的翼展為5.2m、总重为660kg，由一台功率176kW的威廉姆斯WTS117涡轴发动机、驱动两副直径2.13m的螺旋桨作为动力，设计的前飞速度为180km/h，能携带任务载荷90kg，续航时间为5h。“直升机翼”试验机第一次飞行是在1995年4月，但是在7月的第9次飞行中由于发动机熄火飞机坠毁，计划不得不终止。

波音公司现在的尾坐式无人机方案概念的外形很像“直升机翼”，只是尺寸更大，在机翼中部有两个大直径的双叶推进螺旋桨，使几乎整个机翼都浸末在螺旋桨的滑流中，从而确保飞机在垂直、向前飞行和过渡飞行期间，气流能始终贴附在机翼表面上。

尾坐式无人机方案采用的是直机翼，只是在螺旋桨的外侧机翼有适当的锥度，两个螺旋桨由安装在机身上的一对涡轴发动机驱动，发动机尾喷管在着陆时能偏转，以避免高温气流直接喷在飞行甲板上造成的损坏。

设计尾坐式无人机方案设计有4个尾坐着陆支架，两个较大的分别安装在螺旋桨后面的机翼尾部，另两个较小的则分别安装在垂直尾翼的上面和下面。

与“直升机翼”不同的是，尾坐机增加了一个前翼用于稳定和控制，而且前机身可以向下折叠，机翼和螺旋桨也可以折叠，便于节省机库停放面积，并且结构是模块化设计的，机头可以拆下用另一个装有不同任务载荷的机头替换，以执行不同的任务。

波音公司的尾坐式无人机方案的尺寸要求能在一艘“阿利·伯克”级驱逐舰的飞行甲板上使用，当机翼折叠后，能停放在“奥斯卡·奥斯汀”号（DDG-79）驱逐舰以及后续的同级舰的直升机机库中。只是尾坐式无人机方案概念的一个值得关注的问题是，飞机在有侧风的环境下垂直起降时的可操纵性，因为机翼的迎风面积较大，特别是在战舰的较小飞行甲板上使用时，为此波音公司正考虑在垂直着陆时机翼能折叠，以减少机翼侧翼面积受风的影响。

皮亚塞茨基飞机公司的OV-X

美国皮亚塞茨基飞机公司（ PiaseckiAircraft）正在研究的一种“无人远征装备”布局，是名为OV-X的模块化多任务垂直起降无人机。OV-X是衍生于皮亚塞茨基公司与洛克希德·马丁公司合作为美国国防部预研局“空中可重构的嵌入式系统”（ARES）计划而研制的可倾转涵道风扇无人机。目前，OV-X的飞行验证机正在皮亚塞茨基公司进行最后的总装，计划于今夏秋季在皮亚塞基进行地面振动试验，之后将移至亚利桑那州的尤马试验场，在2018年财政年度适当时候进行飞行试验。

美国国防部预研局的“空中可重构的嵌入式系统”计划是要研制一种能空地两用的模块化的垂直起降的无人机系统战术飞行器，为此，洛克希德公司与皮亚塞茨基飞机合作，提出了一种可以随时吊起和放下有效载荷的模块化无人机设计方案。

这种“空中可重构的嵌入式系统”方案是一种具有双重模式的飞行器，既可以在地面上高速行进，也可以垂直起飞和降落，机翼上有两个可倾转的涵道风扇用以飞行器的高速平飞、悬停和着陆，与涵道风扇同样可以倾转的外侧机翼还可向向下折叠。便于存放，在飞机的中间设计有可拆卸的装卸有效载荷模块的机构，可以随时将有效载荷模块吊起和放下。

然而，这个“空中可重构的嵌入式系统”方案受到了“操纵灵便性”（Roadability）的质疑，包括涵道直径、机翼弦长和翼展的设计，所以设计人员在设计OV-X方案时，仍然也保留了可倾转涵道风扇一机翼的模块化方案，涵道风扇分别由装在固定中心机身中的两台霍尼韦尔公司的HTS 900涡轴发动机机械驱动，机翼设计在涵道风扇的外侧，不同的任务载荷模块仍然携带在中央机身下，但是进行了较大的改进，采用了更大直径、更深的涵道风扇外，而且与“空中可重构的嵌入式系统”方案采用无尾布局不同，还增加了带有两个嵌入式电风扇的高置水平尾翼，以提高俯仰操纵性能和扩大模块的重心范围，并增加了携带任务载荷模块的灵活性，从而能携带更广泛的任务载荷模块，包括监视、打击和伤员疏散。

皮亚塞茨基公司说，美国海军陆战队已经不再需要对OV-X进行“操纵灵便性”评估，而且OV-X的涵道风扇叶片是单循环旋转的，同时只有纵向的俯仰控制用来配平飞行器的俯仰运动，高置水平尾翼也可用以减少俯仰配平阻力。

OV-X设计的前飞目标速度为250km/h，相比“空中可重构的嵌入式系统”方案的前飞速度仅为150km/h。这更符合“无人远征装备”计划能护航MV-22的要求。

皮亚塞茨基公司说，高温高原的悬停性能也是必不可少的，因为当气流流过涵道唇口时可为OV-X带来了超过50%的升力，所以使OV-X在35℃环境下的无地效悬停高度达到1800m。

在其他可能的“无人远征装备”计划竞标者中，贝尔公司正在研制称为v-247的可倾转旋翼方案，诺斯罗普·格鲁门公司计划采用类似正在为美国国防部预研局研制的“战术侦察节点”尾坐式VTOL飞翼无人机的方案，极光科学飞行公司已经展示了称为XV-24A“雷击”（LightningStrike）的混合电动高速VTOL无人机方案，西科斯基公司可能会提出基于“旋翼吹气机翼”布局的无人机方案等。