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美国“雷击”垂直起降试验飞机 2016年3月4日，美国国防部国防高级研究计划局（DARPA）宣布，极光飞行科学公司（下称极光公司）的“雷击”无人机方案赢得“垂直起降试验飞机”（VTOL X-Plane，VXP）项目竞标，获得总金额8 944万美元的第二、三阶段研究合同。极光公司将开展原型机研制和试验工作，预计2018年完成首飞。这标志着美国更新一代的新概念高速、高效垂直起降飞机探索项目完成了选型工作，开始进入原型机演示验证阶段。 VXP项目概况 “垂直起降试验飞机”项目于2013年2月启动，旨在开发一种新的垂直起降飞行器，使其兼具当前常规直升机垂直起降能力和悬停性能，以及公务机的有效载重水平、飞行速度和升阻比。开发和设计工作涉及新技术或现有技术改进、子系统、平台概念及构型等方面。 DARPA在VTOL X-Plane项目中对验证机性能提出了极高的要求，最主要的性能指标包括以下几个方面： *验证机最大起飞重量在4 500～ 5 400千克之间，技术可扩展应用在最大起飞重量1 800～10 800千克之间不同吨位的平台上； *机动性能要求能够承受-0.5g～ 2.0g过载； *持续飞行速度能够达到556～741千米/时； *悬停效率不低于75%； *巡航状态升阻比不低于10； *有效载重不低于总重的40%，商载不低于12.5%。 从其提出的性能指标来看，飞行速度、悬停效率和巡航升阻比是挑战性较大的指标，而在这些指标同时满足的条件下能够达到其提出的重量指标则进一步加大了难度，对设计、材料、制造等方面都有极高的要求。 飞行速度方面，项目要求达到556～ 741千米/时的持续飞行速度。这一速度已达到固定翼飞机的水平，与涡桨飞机和部分喷气飞机相当，如C-17和C-130。美军正在进行的高速旋翼机型号研制项目“联合多任务旋翼机”（JMR）项目对飞行速度提出的指标仅为315～ 556千米/时；美军已服役的V-22“鱼鹰”倾转旋翼机的最大前飞速度也仅为582千米/时。这意味着从飞行速度角度看，该机已明显高于当前在役和在研的高速旋翼机技术水平。 悬停效率方面，“垂直起降试验飞机”项目要求悬停效率不低于75%，也远高于当前旋翼机（60%）的水平。这意味着旋翼系统的气动性能需要大幅提升，不仅需要采用气动性能更好的翼型，同时还需要有更为优化的桨尖形状；并且，由于高速特性和悬停性能两方面的要求，桨叶设计还需要兼顾高速和低速两种不同状态的气动性能，进一步增加了设计难度。 巡航性能方面，“垂直起降试验飞机”要求全机巡航状态升阻比达到10以上，达到早期的通用飞机的水平（如塞斯纳172通用飞机的全机升阻比为11.6）；而目前由于构型的固有限制，常规直升机的全机升阻比仅为4～6左右。这意味着该机很难仅靠旋翼系统提供升力，因此具有固定翼特征的构型方案将成为一个努力的方向；此外，高速巡航状态气动减阻问题也是当前高速旋翼机的技术难点之一，西科斯基X2和空客直升机公司（原欧直公司）的X3都遇到了这一问题。 除极光公司外，该项目第一阶段还曾有另外三家公司提交了设计方案，分别是波音的“幽灵雨燕”、西科斯基飞机公司的“旋翼下洗机翼”和卡雷姆飞机公司的TR36XP“最优转速倾转旋翼机”。 西科斯基/洛马“旋翼下洗机翼”西科斯基/洛马小组提交了一个名为“旋翼下洗机翼”的无人机概念。其由左右两套旋翼系统提供升力从垂直状态起飞，在飞行过程中逐渐提高平飞速度，并将机身转为水平，由机翼提供升力，而旋翼则充当螺旋桨，提供前飞所需拉力。 ◎2016年4月18日，极光公司宣布“雷击”无人机缩比飞行器演示验证机完成首飞 这一概念与波音公司20世纪90年代研制的“直升翼”无人旋翼机的设计十分类似，区别仅是其将“垂尾”从一个改为两个，布置在两个旋翼的正下方。“直升翼”在1995年完成首飞，其设计飞行速度为180节（334千米/时），飞行高度能够达到20 000英尺（6 096米），但其原型机在一次试飞的减速/下降过程中由于发动机失效而坠毁。 与其它几个方案相比，该方案在结构上相对简单，相对容易满足DARPA对有效载荷的要求，其技术难点主要集中设计方面，尤其是旋翼系统及其控制机构和控制率。然而由于桨盘面积相对较小，悬停效率方面可能会有些问题，而机身从垂直状态与水平状态过渡过程，即起飞/着陆过程的操纵性和稳定性也是一个设计难点。 波音“幽灵雨燕”波音公司提交的方案是一个名为“幽灵雨燕”的无人机，由波音公司鬼怪工厂设计。鬼怪工厂在30天内就完成了一个缩比的原理样机设计和制造工作，并进行了简单飞行，其中设计工作仅用了3天，可见其方案的结构复杂度相对不高。“幽灵雨燕”采用了机体上2个大尺寸涵道风扇、翼尖2个可倾转的涵道风扇的布局。其中机体的风扇主要用于垂直起降和悬停，翼尖的2个涵道风扇则用于提供操纵力。 ◎