美国军方:垂直起降实验机采用分布式混合系统

没得比

　极光飞行科学公司的DARPA(美国国防部高级研究计划局)的垂直起降实验机(VTOL  X-Plane)项目正式迈入第二阶段，他们将依据第一阶段得到的结果生产一架验证机。


　　DARPA明确表示，相比20世纪60年代喷气飞机刚问世时候，工程人员已经将固定翼飞机的速度提高了2~3倍。但是垂直起降的速度还没得到明显的提高。

　　在过去的50年中，喷气式飞机飞得越来越快，然而飞机垂直起降的速度进展缓慢，设计却越来越复杂。为了解决这一问题，DARPA于2013年启动了VTOL  X-Plane项目，意在让工程师们开拓创新，推动整个设计包线朝着以下四个方向发展：速度，悬停效率，巡航效率，以及有效负载能力。

　　DARPA的VTOL  X-飞机项目旨在克服过去研究中遇到的挫折，通过发展和整合新的系统来改进飞行器巡航和垂直起降的能力。现在，DARPA已经将这个项目的第二阶段研究工作交给了极光公司。

　　除了极光公司，另有三个公司之前从事着VTOL  X-Plane项目的第一阶段，包括波音，凯瑞穆飞机公司和西科斯基。在第一阶段，这4家公司一直尝试着研发并论证一项技术，使飞机能持续以300~400节的速度飞行，并将飞机悬停效率从60%提高到75%，将巡航过程中的升阻比从5~6提高到10，并加大飞机的有效载荷达总重的至少40%，即10000~12000磅。

　　极光公司宣称其设计成功了名为雷击的试验机使飞行速度提高了约50%，超过了VTOL计划的需求。

　　这项技术的验证机由极光，R-R和霍尼韦尔公司共同合作设计。R-R的一台AE  1107C涡轮轴发动机能同时为霍尼韦尔公司的三台发电机和安装在机翼和鸭翼上的24台涵道风扇提供动力。

　　飞机的分布式电推进系统(EDP)将分布的涵道风扇以及同步的电传动系统进行了高度的整合，给了飞机设计者们更大的空间去提升飞机的悬停效率和飞行速度。

　　R-R自由工厂是R-R内部研发航空先进技术和设计单元部件的部门，为这个项目贡献了论证部件和运用新技术的涡轮电力分布式推进系统。

　　霍尼韦尔公司目前的目标是对这项技术进行论证，证明它使得发电效率，功率密度，和尺寸得到了改善，这些改进为了迎合飞行器苛刻的要求，这项技术将使得发电效率大幅度提高并有望使飞机采用混合电推进系统成为可能。

　　将要在极光公司的验证机上工作的控制系统(FCS)，先前在半人马座火箭，猎户座飞船以及有或无人驾驶的飞行器上都有被使用。FCS系统采用冗余设计，能从多方位推测并修正飞行器遇到的问题。

　　极光公司在阶段二中对VTOL  X-Plane的设计基本上包括两大尾翼和两个位于机鼻的鸭翼。机身上装备一台用在V-22鱼鹰式倾斜旋翼机上的涡轴发动机可以提供3MW的功率，大概相当于民用风力涡轮机的平均水平。这台发动机能驱动24台涵道风扇，每个尾翼上分配9台，每个鸭翼上分配3台。所有的机翼都能按推力方向的需求进行旋转：喷口朝后用于向前飞行，朝下用于悬停，介于两者之间只需调整角度即可。

　　这项设计的成功将意味着飞机能飞得更快更远，还能再需要的时候进行悬停，并且能完成很多种的任务，也不需要大的起降空间。虽然验证机是无人驾驶的，但VTOL  X-Plane的表现也会和有人驾驶旗鼓相当。

　　极光公司的设计主要通过一些技术改进，比如飞行器和航空力学的设计与验证，适配和调整控制系统，以及高度一体化设计。这项设计绝不会采用现今垂直起降飞机的传统的机械传动系统。

　　第二阶段的设计需要处理很多长期存在的技术问题，DARPA认为最大的难题是追求好的悬停性能的飞机的整体特征一定与追求速度的飞机有很大的不同。这些难点攻关都将随后应用到验证机上。

　　• 发电和配电系统，使飞行器装有多个风扇和传动系统的设计成为可能，

　　• 模块化，单元化的气动机翼并整合了推进系统的设计使飞机在向前飞，悬停以及期间任何一个过渡时间点都能变现出很高的效率，

　　• 极其精准的飞机控制系统可以按要求改变每一个风扇的推力使可操作性和效率大大提高。

　　VTOL  X-Plane在未来几年不会大量生产，但是其在未来的作用是不可估量的。试想，电推进的飞机噪音更小，更省油，更可靠并且起降占用空间小。能免除之前的设计限制，能开创出更好的设计和任务需求，并研究出新的VTOL飞机系统和相应的子系统。

　　通过与DARPA的紧密合作，极光公司即将顺利完成主要程序的设计，并有望于2018年对验证机进行第一次飞行试验。