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                    《兵器知識》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    以普及兵器科技知識,提高中國全民國防觀念,為實現國防現代化,特別是武器現代化服務為辦刊宗旨,面向中國廣大青少年軍事愛好者,廣泛宣傳兵器科技知識,大力普及軍事高新技術,介紹世界軍事科研生產情況,展示各國武器裝備風貌,宣傳中國兵器工業發展道路和成就。

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                    波音“鬼怪鰩”驗證機首飛:X-45 換馬甲

                    2013-04-12 22:28:38


                    /溫杰

                     

                    427日,波音公司研制的“鬼怪鰩”(Phantom Ray)驗證機在位于愛德華茲空軍基地的NASA德萊頓飛行研究中心秘密完成了首次飛行。出于保密需要,波音公司沒有邀請任何官方人員,首飛現場只有公司內部及其供應商的有關人員。而且,波音公司在完成初步試驗數據分析之前三緘其口,沒有向任何媒體發布“鬼怪鰩”完成首飛的消息,只是在幾位工業界官員對記者透露了這一消息后,才不得不在53日正式公之于眾。

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                    脫胎于X-45

                    “鬼怪鰩”驗證機的橫空出世很大程度上得益于波音公司多年來在X-45 系列驗證機項目上積累的研制經驗。早在1998年,當美國空軍和美國國防部高級研究計劃局(DARPA)提出“無人戰斗機先進技術驗證”計劃后,波音公司就對有關方案進行了全面細致的論證和研究,并在次年3月率先贏得了一項研制計劃,由鬼怪工廠負責制造兩架X-45A驗證機和相關系統。2002522日,X-45A成功首飛。

                    同年初,波音公司應美國空軍的要求,開始重新設計X-45A,力求縮小初始驗證機與實際作戰系統之間的差距,并將其命名為X-45B 驗證機。按照作戰想定,無人戰斗機(UCAV)能夠突破到敵方空域,摧毀地空導彈發射架。與X-45A相比,X-45B明顯增加了尺寸和重量,初步具備實際作戰能力。遺憾的是,當時還處于設計階段的X-45B方案只是曇花一現。

                    2003 4 月,DARPA 啟動了一個“聯合無人空戰系統”(J-UCAV)項目,要求波音公司改進X-45B,以便同時滿足美國空軍和海軍的一些作戰需求。于是,波音公司將新方案命名為X-45C驗證機,在設計過程中吸納了美國空軍和海軍的有關建議,在X-45B型基礎上優化氣動構型,增大總體尺寸,增加了續航時間。按照計劃,波音公司在200468日開始組裝首架X-45C。

                    然而,美國空軍希望X-45C在設計上重點滿足壓制敵方防空系統的任務,美國海軍則需要一種從航母上起飛的遠距情報搜集平臺,雖然雙方都嘗試調整各自的作戰需求來支持發展一種UCAV,但始終存在著難以彌合的分歧。2006年,隨著美國國防部開始調整發展戰略,決定在2018年前大力發展遠程打擊力量,為此美國空軍果斷地退出J-UCAS項目,最終導致X-45C的研制工作戛然而止。

                    為了避免在UCAV領域陷入被動局面,波音公司在X-45C的基礎上倉促地提出了X-45N方案,參與美國海軍無人作戰航空系統驗證機(UCAS-D)計劃的競爭,最后惜敗給諾斯羅普·格魯門公司的X-47B方案。盡管五角大樓表示波音公司在無人戰斗機領域所從事的研究工作和驗證平臺不會束之高閣,將會用于許多不同領域,但是波音公司突然間發現自己在未來的UCAV市場上兩手空空,竟然沒有獲得任何一項非機密的研制計劃。

                    為了在今后的戰術飛機市場上占據一席之地,波音公司從2007年夏天開始醞釀“鬼怪鰩”項目,初步決定重新啟用處于凍結狀態的X-45C。20086月,波音公司在嚴格保密的情況下啟動了這一項目,并為此重新恢復了“鬼怪工廠”這一機構。對此,外界一直無從知曉,直到一年后,鬼怪工廠的副總經理達里爾·戴維斯才對外透露了一些情況。

                    “鬼怪鰩”項目旨在通過快速原型制造方式激發年輕工程師的想像力,促使設計人員和工程師們掌握無人駕駛作戰系統所需關鍵技術,以便滿足五角大樓對于一些未來采購項目的要求,其中包括美國空軍的下一代戰術無人機(MQ-X)項目、遠距打擊項目、美國海軍的F/A-XX計劃。

                    因此,“鬼怪鰩”驗證機的順利升空不僅標志著X-45C的成功復活,同時也讓鬼怪工廠重整旗鼓。從項目名稱來看,“鬼怪”代表著鬼怪工廠自行投資,并未得到軍方的經費支持,“鰩”的原義是深海中的一種外形扁平、生性兇猛的大魚,這里從仿生角度形象地描繪出驗證機的外形特點。

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                    夕陽中,X-45C驗證機與F/A-18F、F-15E戰斗機在停機坪上?!肮砉嘱帯币?span lang="EN-US">X-45C驗證機為原型,承襲了總體設計的主要特點,沿用了X-45A驗證機的一些成熟的系統,同時也增加了一些新技術

                    強調隱身

                    2010510日,波音公司在圣路易斯工廠舉行了一個儀式,首次揭開了“鬼怪鰩”的神秘面紗。該機在總體設計上十分簡潔,外表極其光滑,從前方看就如同一條游弋在海中的鰩魚。從項目發展過程可以看出,“鬼怪鰩”以X-45C為原型,承襲了總體設計的主要特點,沿用了X-45A的一些成熟的系統,同時也增加了一些新技術。

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                    “鬼怪鰩”驗證機首次公開露面

                    X-45A的蝙蝠式外形相比,“鬼怪鰩”采用了飛翼式布局,不僅可以顯著降低氣動阻力、增加航程,還相應省去了相關的結構材料和操縱機構,使結構重量顯著減輕,并且可以充分增加內部武器載荷。該機的長10.97米,翼展15.24米,總重量16.57噸,在不進行空中加油的情況下,可以攜帶2 040千克的任務載荷往返飛行1 600千米以上。

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                    從俯視角度,可以一目了然地看到“鬼怪鰩”的總體布局,與原來的X-45A外形已經有了根本性的區別

                    同時,這種構型更加匿影藏形,除了先天具備優異的低可探測性外,還在每一個細節設計上力求降低雷達反射截面積,如進氣道唇口、機輪艙門和武器艙門的形狀,其邊緣設計也都與機身形狀相吻合?!肮砉嘱帯北A袅?span lang="EN-US">X-45C的武器艙設計,長4.27米,寬0.68米,高0.43米,可攜帶8枚小直徑炸彈??梢栽O想,“鬼怪鰩”在未來作戰中,憑借著良好的隱身性能,能夠游弋敵方嚴密布防的空域而不易被發現,從而發起突然攻擊。

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                    圖為X-45A,B型與其外形相似,C型則與“鬼怪鰩”外形相似

                    俯視來看,“鬼怪鰩”采用了大后掠角前緣和小后掠角的后緣,更像是一只三角梭鏢。有報道稱,它的最大飛行速度可以超過980千米/小時,成為目前飛行速度最快的無人機之一。它的前緣光滑筆直,后緣分別設計了副翼和襟翼,并在相鄰的機身后部承襲了X-45A的機身襟翼,通過數字式電傳飛控系統可以較好地實現各個控制面的耦合控制,從而保持良好的靜不穩定性,可靠地自主飛行。此外,該機在起飛和降落過程中,打開的起落架艙門可以起到垂尾的作用,滿足低速飛行時航向穩定性的要求。

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                    “鬼怪鰩”驗證機前視,目前很多隱身無人機前視方向都采用這種設計,如X-47、歐洲“神經元”、俄羅斯米格SKAT

                    值得注意的是,翼身融合體的機翼兩側分別設計有一個嵌入式控制板。從有關圖片中可以看出,控制板平時關閉,首飛時略微打開,由此推測,這里面安裝有一套高壓空氣增升系統。該系統可以根據飛行控制系統的指令,實時地控制機翼上表面氣流的壓力和速度,增大副翼和襟翼的操縱力矩,改善響應速度,從而提高俯仰和滾轉效率。

                    “鬼怪鰩”采用了埋入式進氣道和“海貍尾”式排氣口。由于無需座艙及其相關系統,它的機身前部正上方設計有一個近似半圓形的進氣口,空氣通過S形進氣道流入到機身內部。機身內部裝有一臺經過改進的F404-GE-120D型不加力式渦扇發動機,可以使該機的巡航速度達到M0.8,設計使用高度達到12 100米。

                    扁平的排氣系統將發動機的尾噴管完全包裹在后機身內,不僅減小了雷達反射信號,還降低了紅外輻射信號。從首飛圖片上看出,排氣系統由多個部件組成,能夠分別活動,因此“鬼怪鰩”可能已經具備推力矢量能力,通過飛機/發動機一體化控制技術,有效地減少了氣動控制面的數量,也是外表“干凈”的一個重要原因。

                    在出廠儀式上,波音公司還展示了全新研制的一種地面控制站。與RQ-4“全球鷹”無人機類似,“鬼怪鰩”可以通過鼠標和鍵盤實現遠程操縱。到目前為止,波音公司還未確定該機是否需要一名專門的傳感器操作員。

                     

                    成功首飛

                    按照原計劃,“鬼怪鰩”應在2010年第二季度開始滑行試驗,但是由于多種原因而屢次推遲,錯過了與X-47B一爭高下的機會。最初,該機的排氣系統被臨時用于一項秘密試驗計劃,據稱是用于驗證可靠性、維護性和耐久性等有關技術,但是從時機來看,這些試驗可能與遠程打擊平臺的設計方案存在密切關系。出乎預料的是,試驗時間超出了其預期,鬼怪工廠直到20103月才收到排氣系統,開始將其安裝到機體上,大約一個月后才正式安裝發動機。

                    雖然地面滑行試驗被迫推遲了三個月,但波音公司仍然考慮在2010 年底完成“鬼怪鰩”的首飛,主要目的是希望趕在X-47B之前實現首飛,以提升研制人員的氣勢,擴大鬼怪工廠的影響力。事與愿違的是,研制人員在地面測試中發現電子系統的一個關鍵零部件存在嚴重問題,不得不重新尋找一家供應商,為此再次耽誤了地面測試的進度。

                    直到12月初,該機才在蘭伯特國際機場匆匆完成了低速滑行試驗,總算在年內達到了一個重要節點。當時,“鬼怪鰩”接受來自地面控制站的指令,在跑道上自主滑行了幾次。

                    有趣的是,根據波音公司與NASA簽署的一項《商業空間合作協議》,該機將由一架負責運送航天飛機的波音747“背負”空運到愛德華茲空軍基地。去年7月,這種獨一無二的轉場方式首先在范堡羅航展上公開展示,引起了外界的極大興趣。1213日,“鬼怪鰩”“騎”在波音747機背上,從密蘇里州的圣路易斯升空,先后“飛”過阿肯色州、俄克拉荷馬州、德克薩斯州、新墨西哥州和亞利桑那州,最后降落在加利福尼亞州的愛德華茲空軍基地。

                    到今年330日,該機在德萊頓飛行研究中心先后完成了數次高速滑行試驗,但是持續不斷的強風天氣迫使首次飛行再次推遲了3個星期。

                    427日,愛德華茲空軍基地風和日麗,“鬼怪鰩”緩緩地滑行到起飛線,蓄勢待飛。隨著操縱人員在地面站發出指令,該機開始轟鳴,然后快速滑行、不斷加速,大約20秒后離地升空,并很快在湖床上方完成了一個右轉彎,改為平飛,幾秒鐘后又出乎預料地進行了一個左轉彎,隨后飛出了人們的視野。在持續飛行了近17分鐘后,“鬼怪鰩”非常平穩地降落在跑道上,著陸過程中,兩側襟翼同時向下偏轉,兩側副翼同時向上偏轉,起到了減速板的作用。首飛過程中,該機的起落架一直未收起,飛行高度達到2 290米,飛行速度達到330千米/小時。

                    “鬼怪鰩”在首飛期間驗證了地面制導、導航和控制,并校核了任務規劃、操縱接口和使用程序,表明已經具備基本適航性能,為今后幾周內的試飛做好了準備。預計到6月底,波音公司將安排“鬼怪鰩”完成9次試飛,主要擴大飛行包線,測試飛行品質,但不會攜帶傳感器和武器。目前,鬼怪工廠只有一架“鬼怪鰩”投入試飛,但仍計劃驗證一名人員指揮控制多架無人機的作戰概念。時隔一周后,該機在55日完成了第2次試飛,達到了預定目標。

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                    “鬼怪鰩”驗證機由波音747飛機“背負”運抵愛德華茲空軍基地。用這種方式運輸,有實際需要,也有作秀的成分

                    前路漫漫

                    波音公司希望“鬼怪鰩”可以作為一個試驗平臺,用于研制未來無人機系統的技術,同時也證明了波音公司所具備的能力。但是,該項目完全憑借內部投資,已經面臨著巨大的資金壓力,如果無法獲得軍方的項目支持,有可能再次終止,或者暫時作為其它一些計劃的試驗臺而幸存下來。盡管如此,波音公司仍然看好“鬼怪鰩”的發展前景,正在加快準備無人作戰平臺的下一個階段研制工作。

                    首先,波音公司將利用“鬼怪鰩”參與MQ-X計劃的競爭。目前,美國空軍已經開始分析和論證MQ-X項目的作戰需求,目標是在2012年選定一家承包商來研制和發展一種全新無人駕駛平臺,計劃在2020~2022年間投入使用。針對美國空軍的要求,洛克希德·馬丁公司、雷錫恩公司和通用原子航空系統公司都陸續提出了各自的競爭方案,但是美國空軍認為這些方案的性能范圍都過于狹窄,缺乏適應各種任務的靈活性。相比之下,波音公司憑借著早年研制X-45系列驗證機的豐富經驗,通過“鬼怪鰩”驗證機來突破自主性和模塊化等一些關鍵技術,有可能在MQ-X項目中占得先機。

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                    “鬼怪鰩”驗證機的首次飛行持續了17分鐘,白圈處的控制板平時是關閉的,與機身融為一體,不仔細看不出來,飛行時則打開

                    與此同時,波音公司正在通過“鬼怪鰩”項目重構未來轟炸機的研制團隊。波音公司表示,將“鬼怪鰩”的尺寸相應放大后,可以增加一倍航程,這種設計有可能成為美國空軍未來遠距打擊需求的一種候選方案,因此有信心成為下一代轟炸機(NGB)項目的主承包商。

                    據最新消息,美國空軍負責作戰、計劃和需求的赫伯特·卡萊爾中將近日對外透露,目前正在計劃研制的新型戰略轟炸機將采用可選有人駕駛方式,座艙內有兩個座位,但未必每次執行任務時都有飛行員坐在里面,將根據作戰行動的危險程度而定。這是美國空軍籌劃未來作戰中實現遙控遠程打擊的最引人注目之舉,而“鬼怪鰩”勢必成為波音公司參與NGB競爭的一個重要角色。

                    值得密切關注的是,“鬼怪鰩”也可以看作是美國海軍艦載“無人駕駛監視與打擊系統”(UCLASS)計劃的“起點”之一。目前,美國海軍希望在2018年前將UCLASS部署到航母上,將采取投標方式來確定一家承包商。面對未來發展契機,波音公司正在考慮采用“鬼怪鰩”來驗證UCLASS計劃所需的一些關鍵技術。然而,“鬼怪鰩”在設計上并未考慮在航母上起降,而且還要完成自主空中加油驗證的試飛,因此要想獲得美國海軍的青睞,可謂任重道遠。

                    展望未來,波音公司對“鬼怪鰩”驗證機寄予厚望。負責該項目的經理克雷格·布朗樂觀地表示:“研制一種具備自主能力和戰斗機尺寸的無人機完全切實可行,盡管新一代無人駕駛作戰系統的門檻正在逐步提高,但我渴望盡早看到需要跨過多高的門檻?!?span lang="EN-US">









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