西科斯基飞机公司攻击侦察直升机发展

2022-12-12于琦

中国科技纵横 2022年21期

于琦

（中国直升机设计研究所，江西景德镇 333001）

0.引言

FARA与取消的RAH-66“科曼奇”直升机相比较，“科曼奇”是深受当时“纵深攻击”作战理论的影响，使用了昂贵的隐身技术使其能渗透敌空域。FARA没有更强的“隐身”或“低可探测”的要求，为提高生存能力，FARA不是依靠其本身采用的技术，更主要的是利用地形以及与其他作战力量的协同。

1.“科曼奇”是西科斯基攻击侦察直升机的首次尝试

RAH-66“科曼奇”是西科斯基公司和波音直升机公司联合研制的双座攻击侦察、空战直升机，也是第一种隐身直升机。“科曼奇”的基本设计理念如图1所示。

图1 发现敌人而不被发现是“科曼奇”的基本设计理念

RAH-66于1996年1月首飞。项目总费用为340亿美元，其中包括19.6亿美元的论证/验证费用和9亿美元的全尺寸研制费用。2003年，低单机价格飙升至5800万美元。2004年2月23日，美国国防部宣布取消“科曼奇”研发项目。从正式立项开始，至项目取消，在该项目上的投入已花费69亿美元，生产了2架原型机，研制时间达21年之久。

隐身技术和高度综合的航空电子信息系统是“科曼奇”的两大特色，代表了当今世界直升机的最高水平，具有典型第四代直升机技术特征。虽然由于美军面临的威胁环境和军事思想发生了重大转变，而且研制周期过长，研制费用飚升，导致美军取消了这个项目，但RAH-66仍是世界上目前为止第一种按全机隐身理念设计的集侦察、攻击于一体的先进武装直升机，研制过程中开发的许多新技术用于改进AH-64、UH-60等军用直升机，从而使得这些直升机技术水平和任务能力有了显著提升。RAH-66红外抑制系统如图2所示。

图2 RAH-66红外抑制系统

2.技术验证机X2为攻击侦察直升机的发展奠定了基础

X2是西科斯基飞机公司研制的一种前行桨叶概念（ABC）旋翼技术验证机。2005年6月，西科斯基飞机公司宣布启动X2技术验证机研制计划，目标是通过采用各项新技术，改进共轴式旋翼直升机性能，在保持和改善原有垂直起降能力的基础上，使其能以463km/h的速度巡航飞行。与常规直升机相比，X2的飞行速度可提高60%。2006年11月，X2开始进行地面试验，2008年8月完成首飞。2010年9月15日，X2飞行速度达到了预定的462.5km/h。

X2作为一种先进技术概念的验证平台，融合了当今直升机领域的多项先进技术，力求突破当前速度的限制，成为世界上飞得最快的直升机，为衍生发展出不同用途的直升机型号铺平道路。X2构型和技术将适用于各型直升机（从小型到20t的重型），也适用于军用、民用，有人或无人直升机，有着广阔的发展前景，主要任务是森林防火、起重吊装、人员客货运输、城市消防、反恐、应急救援等。西科斯基公司计划发展一个基于“X2技术”和模块化设计的直升机家族，全面覆盖军用和民用领域，公司已经针对不同任务需要设想了一些应用X2技术的直升机方案。

X2高速直升机广泛采用复合材料，使桨叶重量更轻，强度更高，机身作了优化处理，外形采用低阻设计，此外，该机还特别设计了流线型的桨轴整流罩。

X2采用“前行桨叶概念”，无需由直升机转变到飞机状态，加大推进螺旋桨的功率便可实现高速前飞。X2技术验证机如图3所示。

图3 X2技术验证机

3.过渡型S-97降低了新攻击侦察直升机研制的技术风险

S-97 是西科斯基飞机公司研制的高速直升机，其设计基于X2技术验证机。2010年10月项目正式启动，2013年，S-97项目完成了关键设计评审，之后项目所有合作厂家开始进行部件制造。2013年9月，公司开始S-97原型机的总装工作。极光飞行科技公司在位于佛罗里达州西棕榈滩的飞行发展中心向西科斯基公司交付了S-97原型机的复合材料机身，包括一个综合驾驶舱。

2014年6月，西科斯基飞机公司成功完成S-97高速旋翼机原型机的启动工作，其新型垂直起降设计将大大改变直升机的作战方式，有望掀起新一轮直升机技术革命。S-97高速直升机于2015年5月22日进行了里程碑性首飞，西科斯基飞机公司发表声明称这种直升机可满足美陆军航空兵下一代轻型侦察/攻击直升机的要求。

采用两副反向旋转的共轴旋翼，与单旋翼布局式直升机相比，该机控制系统简化，外形尺寸紧凑。同时，大量采用复合材料，突出了高效、敏捷和精确的操作品质。采用电传操纵。桨叶重量更轻，强度更高，机身也作了减重优化处理，外形采用低阻设计。此外，该机还特别设计了流线型的桨轴整流罩。采用“前行桨叶概念ABC”，无需由直升机转变到飞机状态，加大推进螺旋桨的功率便可实现高速前飞。S-97直升机如图4所示。

图4 S-97直升机

4.隐身高速Raider X参与未来攻击侦察直升机的竞争

4.1 研发概况

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“Raider”X共轴直升机。“Raider”X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、可生存性和智能的装备，该直升机将在未来的战场上会有出色的表现，尤其是空战。Raider X参展模型如图5所示。

图5 Raider X参展模型

“Raider”X与S-97和X2复合直升机构型相似，S-97和X2研发时间较早，使其技术风险和预算都比较低。“Raider”X的尺寸更大，“Raider”X的旋翼和尾推装置比S-97大20%，重量也提高了20%，因此具有更大的内置弹舱，大约在2.8m3～3.4m3，采用并列式座舱使机身更宽，可使直升机挂载更多的武器。西科斯基公司认为，大的武器舱对于数十年后的美国陆军是非常重要的，尤其是FARA希望能挂载和发射无人机、干扰诱饵、巡飞武器等。“Raider”X满足并超过了美国陆军关于未来武装侦察直升机（FARA）最大速度333km/h的要求。西科斯基公司未来垂直起降飞行器发展路线如图6所示。

图6 西科斯基公司未来垂直起降飞行器发展路线图

美国陆军的“未来攻击侦察飞行器”（FARA）项目是为美国研发一款新型的侦察、攻击用直升机，该机需要比现有的直升机速度更快，性能更先进，而“Raider”X是西科斯基参加竞标的型号，其设计理念是打造一款机动性好、杀伤力强和生存率高的复合共轴直升机，用于确保垂直起降优势对付未来战场上不断发展的同等和近等威胁。该机可快速开发和交付，以满足未来的发展需求。“Raider”X利用洛克希德·马丁公司在开发创新系统方面的广泛专业知识，采用最新的数字化设计和制造技术。Raider X概念如图7所示。

图7 Raider X概念图

4.2 技术特点

4.2.1 共轴反转刚性旋翼+尾部推进螺旋桨

“Raider”X延续了S-97的基本气动布局，具有共轴反转双刚性旋翼和尾部推进螺旋桨，这种共轴双旋翼消除了单旋翼直升机高速飞行的后行桨叶失速现象，所以能在尾部螺旋桨的推进下达到更高速度。西科斯基S-97复合式直升机武装化概念如图8所示。

图8 西科斯基S-97复合式直升机武装化概念图

4.2.2 采用隐身设计

西科斯基公司在“Raider”X外形上融入了雷达和红外隐身设计，其与贝尔360一样进行雷达和红外隐身改进，以增强其战场生存能力。为保形设计，该机机身表面平滑，采用红外抑制器，没有突出的传感器、武器短翼和天线，机身两侧凸起的棱线也能起到降低雷达截面积的作用。“Raider X”机鼻的20mm机炮炮塔被设计为在不使用时向后旋转180°以隐藏炮管，其旋翼桨毂也被整流罩包裹，下方的V形进气口深埋的涡轴发动机提供进气。根据陆军的要求，“Raider”X安装一台3000马力级通用电气T901－900涡轴发动机，其发动机排气也经过精心设计，其狭长的排气管被隐藏在后机身左侧棱线内，利用旋翼下洗气流加速热废气与冷空气的混合，以此来迅速降低排气温度，降低红外辐射。

4.2.3 适于复杂环境作战

为满足美国陆军提出的城市战中在建筑物之间穿行的要求。“Raider”X的并列双座驾驶舱之后有一个大型内部武器舱，可容纳导弹和无人机，所以无需外置武器短翼。Raider X适于复杂环境（山林）如图9所示。

图9 Raider X适于复杂环境（山林）

4.2.4 采用开放式架构

“Raider”X基于“即插即用”的布局，以及基于现代开放系统架构（MOSA）的航空电子设备和任务系统，为传感器和武器提供了更高的灵活性和生存能力，并标志着向自我监控的转变，以减少日常维护。

4.2.5 采用以往经验来降低成本

“Raider”X采用CH-53K、CH-148和F-35的生产实践来降低成本，并具有易于升级以应对新方案的设计。

4.2.6 具有低速悬停和加速能力

“Raider”X具有低速和高速机动范围，可倾斜超过60°倾斜角，并具有增强的低速悬停和加速功能，刚性旋翼以及电传操纵系统提供附加性能包括高响应机动性、增强低速悬停和水平加速和急停。

（1）机头朝向斜上方/斜下方悬停。对于常规直升机来说，由于其旋翼拉力必须要和直升机总重力平衡，所以直升机悬停时，其机头往往只能朝前，这对于飞行员而言实际上是不友好的，因为这样一来，飞行员看向地面的视野实际上会缩小很多，对于执行打击、侦察、支援和掩护任务而言都不够友好。而“Raider”X由于有尾部螺旋桨的存在，可以在尾部产生一个垂直于螺旋桨平面的力，只要这个力的水平分量与旋翼的水平分量相当，直升机就能实现悬停，通过这样的拉力分配，“Raider”X就能够实现多种机头朝向的悬停能力。几种悬停模式在S-97上实现了飞行测试验证如图10所示。

图10 几种悬停模式在S-97上实现了飞行测试验证

（2）姿态保持空中急停。对于常规直升机来说，要实现空中急停就必须调节旋翼的拉力，使其产生一个后向分量，这无可避免就需要直升机先抬头，这对于瞬息万变的战场而言是致命的—很有可能你一个抬头，不慎就被敌方击落了。而“Raider”X的尾部螺旋桨是一个变距螺旋桨，其桨距变化范围甚至包括负桨距，这就意味着该螺旋桨能够产生反向力（从机尾指向机头），这制动效率可比大多数辅助机翼上的气动刹车高效得多。同时旋翼也不需要改变拉力朝向，从而不需要改变机身姿态角，从而确保始终面朝潜在敌方火力位置，确保自身的安全性。能始终保持朝向目标的姿态如图11所示。