美军积极推进X-65验证机研发

大多数有人机和无人机利用机翼上的副翼、尾翼上的升降舵、方向舵等翼面运动来控制飞行，完成俯仰、偏转、横滚等机动。而X-65验证机利用射流控制系统控制飞行。在飞行过程中，压缩空气喷射在翼面上，翼面产生力和力矩。压缩空气喷射在前机翼、后机翼、左右侧外机翼的每个上翼面后部，上翼面产生垂直升力。随着射流量的增加，升力增高。当射流控制作动器关闭时，上翼面不产生垂直升力。压缩空气喷射在前机翼表面，X-65完成俯仰机动；压缩空气喷射在后机翼表面，X-65便向后低头；压缩空气喷射在右侧、左侧外机翼表面，X-65完成横滚机动；压缩空气喷射在尾翼表面，X-65完成偏转机动，尾翼是倾斜的，因此存在一些耦合。

扫射流作动器、共流射流作动器、等离子体作动器、涡流发生器、合成射流作动器等射流控制技术已经成熟达几十年，但航空器早期设计方案尚未把射流控制系统作为主要飞行控制系统。

技术应用

2019年，美国国家航空航天局（NASA）为一种由等离子体作动器、合成射流作动器组成的控制系统申请了专利，目的是制造没有任何运动翼面的机翼。这些作动器安装在机翼上，基本不需要维护。

F-16“战隼”战斗机和XV-15倾转旋翼机验证机除使用传统飞行控制系统外，还使用了射流控制系统作为“替补与修复”手段。

洛克希德-马丁公司臭鼬工厂已申请50多项与射流控制技术有关的专利，并将其中一些专利技术应用于SR-71“黑鸟”侦察机和F-104“星式战斗机”战斗机。

研制历程

2019年，美国国防预研局（DAPAR）启动“基于新型效应器的革命性航空器控制”（Control of Revolutionary Aircraft with Novel Effectors，CRANE）计划，旨在设计、制造、试飞一种使用射流控制（Active flow control，AFC）技术的新型航空器。

2020年11月，波音公司旗下的极光飞行科学公司获得美国国防预研局授出的一份合同，负责设计、制造1架采用射流控制技术的验证机X-“飞机”（X-Plane）。按照“基于新型效应器的革命性航空器控制”计划，极光飞行科学公司与波音公司、亚利桑那大学合作，共同承担该计划第0阶段合同规定的工作，开发验证机早期设计方案所使用的射流控制技术，并利用定制型X-“飞机”验证机开展射流控制技术验证试验。为确定X-“飞机”验证机方案，极光飞行科学公司在一年内开发了多个任务域的射流控制技术，设计了两种验证机方案。

2021年8月，极光飞行科学公司被美国国防预研局选中，继续承担“基于新型效应器的革命性航空器控制”计划第1阶段合同所规定的工作，完成了X-“飞机”的初步设计和1架25%缩比验证机，并在加利福尼亚州圣迭戈市的一个风洞试验室对验证机进行为期4周的风洞试验，收集了超过14000个数据，其中包括8860个射流控制技术数据。这些数据为射流控制系统飞行控制律设计奠定了基础。这架缩比验证机机翼安装了11个传统运动翼面和14组射流控制阵列。

2022年12月，极光飞行科学公司获得“基于新型效应器的革命性航空器控制”计划第2阶段合同和第3阶段合同，并收到第2阶段合同中的经费。根据第2阶段合同中的工作要求，极光飞行科学公司完成了详细工程设计方案，并启动1架X-“飞机”全尺寸验证机制造。第3阶段合同规定的工作是，极光飞行科学公司在位于弗吉尼亚州、西弗吉尼亚州和密西西比州的工厂完成X-“飞机”全尺寸验证机制造，并开展射流控制技术验证试验。

2023年5月，极光飞行科学公司为美国国防预研局设计的验证机被命名为X-65。此举提升了“基于新型效应器的革命性航空器控制”计划的地位。

2024年，在美国国防预研局“基于新型效应器的革命性航空器控制”计划支持下，极光飞行科学公司获得一份合同，将研制和试飞1架X-65验证机，预计在2024年底之前完成验证机制造，2025年6月之前开展首飞，2025年6—12月进行飞行试验。

射流控制系统已经在风洞试验中完成测试，但这并不能保证该系统能够控制全尺寸验证机飞行。因为风洞中的吹气孔很小，微小的偏差会产生很大的差异。因此，极光飞行科学公司在第一阶段飞行试验中将参照传统控制系统的性能指标，对射流控制系统进行校准，并采用一种能校准射流控制系统的方法控制X-65飞行。只有当射流控制系统完成校准后，X-65验证机才会单独利用该系统控制飞行。

极光飞行科学公司将利用飞行包线中央区域的飞行参数开展第一阶段飞行试验，根据时间和经费预算，在第二阶段飞行试验扩大飞行包线，但是不会使用被扩大的飞行包线某些区域的飞行参数。X-65在某些迎角下存在问题，但永远不会在这些迎角下飞行。

当所有试验结束后，美国国防预研局希望将X-65验证机移交给合作伙伴使用。为此，该局正在寻找一家潜在合作伙伴。另一个选择是，美国国防预研局将继续使用X-65开展更先进的射流控制技术验证试验。

技术数据

X-65验证机翼展9.1m，空机重量超过3178kg，尺寸与军用教练机相似。美国国防预研局一直期待超声速飞行，希望射流控制系统能提高X-65在起飞时的升力，以及X-65能实现更高的飞行速度。该机设计飞行速度为Ma0.58，但极光飞行科学公司设计了一种浅俯冲机动方案，飞行速度进而达到Ma0.7，而且X-65验证机能以Ma0.7的速度飞行足够长的时间来获取一些试验数据。

设计特点

X-65只是一架控制技术验证机，并不是实战装备，也不会提升射流控制技术水平。它采用非常规联翼气动布局构型方案，机翼平面形状为独特的菱形，旨在让试飞团队收集全尺寸验证机的大量射流控制技术信息。机体结构由金属铝制成，机身蒙皮采用复合材料制成。射流控制系统使用的空气压缩设备、空气冷却装置和管路密集地布设在机身内部。

动力系统

X-65验证机以威廉姆斯国际公司研制的发动机为动力，S形发动机进气道位于机头下部。

射流控制系统

X-65验证机控制系统由传统机械控制系统和射流控制系统组成。

射流控制系统拥有14组射流控制作动器，1个独立单元控制1组作动器工作。每个前翼分别安装2组作动器，1对前翼共有4组作动器；每个后翼分别安装2组，一对后翼共有4组；左右侧外机翼分别安装2组，2副外机翼共有4组；每个尾翼分别安装1组，一对尾翼共有2组。射流控制系统通过管路向每组作动器的每个喷气口输送等量高压空气，因此技术人员对管路设计产生了兴趣。由于X-65使用非刚性机翼，所以不能安装刚性管路。

传统襟翼、方向舵使用电动作动器，而射流控制系统使用电动流量控制阀来控制实时流量。极光飞行科学公司三余度数字飞行控制系统经过升级后，能与射流控制系统协同工作，控制电动作动器和电动流量控制阀工作。

辅助动力装置

加拿大普惠公司研制的APS3200辅助动力装置（APU）为射流控制系统提供质量流率为68kg/s的压缩空气，该质量流率是一个非常恒定的数值。空气从机头上方的进气道进入辅助动力装置，位于机身两侧的2个排气口排出空气。压缩机加热了空气，因此热交换器冷却空气。当射流控制作动器喷气口不喷射高压空气时，另一个排气口排出多余的高压空气。针对辅助动力装置排气技术、辅助动力装置排出的高压空气撞击尾翼后产生的影响，美国国防预研局和极光飞行科学公司做了大量研究和分析工作。

模块化设计

射流控制系统、左右侧外机翼均采用模块化技术，可以更换新组件。

技术优势

2019年，美国国防预研局在征集射流控制系统方案时强调，该系统应替代副翼、襟翼等运动翼面，实现稳定的飞行控制，并减小空机重量，降低复杂性，提高性能。由于不必考虑飞行员的生理限制，该技术更适用于无人机。射流控制技术具有如下几方面优势。

一是减轻重量，增加续航时间。航空器使用射流控制系统后，重量减轻，可安装更厚的机翼，携带更多的燃料，续航时间增加。

二是增大航空器起飞时的迎角，提高起降能力，实现超短距离起降（ESTOL）。采用射流技术的飞机和无人机可扩展作战方式，起降地点选用更加灵活。

三是实现隐身性。射流控制技术能减小反射雷达信号的机翼的面积，航空器更难被雷达探测，获得良好的隐身性能。射流控制系统更加静音，能最大程度降低航空器被音频传感器探测的概率。

四是提高机动性。射流控制系统替代传统运动翼面，航空器具有高效空气动力学特性，更易采用流线型机身，具有更高的机动性。

五是降低机械复杂性，提高可靠性。使用射流控制系统的航空器没有传统副翼、方向舵使用的各种作动器和其他组件，可能损坏的零部件数量相应减少，可靠性提高，同时维修成本降低。