“复合式阿帕奇”轻型版，波音出征FARA
近日 ， 波音公司终于放出了其一直“犹抱琵琶半遮面”的“未来武装侦察直升机”（FARA）方案 ， 该方案命名方式也非常的简单粗暴——直接沿用美国陆军的项目代号冠名——所以该方案直接被波音叫做“BoeingFARA” 。
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▲波音公司的BoeingFARA概念设计方案
至此 ， 所有参与美国陆军FARA项目竞标的五家承包商都公布了各自的竞标方案 。 相比之下 ， 其它四家承包商的方案早在去年就都已经放出 ， 因此BoeingFARA可谓是姗姗来迟 。 而按照美国陆军最初公布的FARA项目时间表 ， 他们将会在本年度上半年五选二 ， 所以目前该项目的竞争已然进入白热化阶段 。 那FARA项目有什么要求？参加竞标的有哪些方案？各家方案优劣如何呢？FARA的缘起、要求“未来攻击侦察直升机”项目（FutureAttackReconnaissanceAircraft） ， 英文缩写FARA ， 是美国陆军在2018年启动的一项装备升级计划 ， 也是其“陆军装备现代化”大计划中的“未来垂直升力”项目（FutureVerticalLift ， FVL）的一部分 。 2014年 ， 美国陆军的OH-58“奇奥瓦”系列侦察直升机正式完全退役 ， 美国陆军迫切希望为该机寻求一位“接任者” 。 事实上 ， 从上世纪八十年代开始 ， 美国陆军就已经尝试过一系列侦察直升机换代计划 。 1982~2004年 ， “轻型直升机试验”计划（LightHelicopterExperimental ， LHE） ， 催生了大名鼎鼎的RAH-66“科曼奇”隐身直升机 。 2004~2006年 ， “武装侦察直升机”计划（ArmedReconnaissanceHelicopter ， ARH） ， 催生了贝尔公司的ARH-70 。 2012~2013年启动的“武装空中侦察直升机”计划（ArmedAerialScout ， AAS） ， 直接评估现成的商业直升机有无发展成武装侦察直升机的可能 。
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▲在FARA项目之前 ， 美国陆军的主力轻型侦察直升机就是OH-58系列
但是 ， 上述这三项计划都没能走到生产制造那一步 。 OH-58退役留下的缺口不能不补上 ， 为此 ， 美国陆军又试图用AH-64“阿帕奇”武装直升机和AAI公司的RQ-7“暗影”无人机搭配 ， 执行武装侦察任务 。 但对于侦察任务来说 ， “阿帕奇”实在是有些笨重 ， 这一方案只能用作“临时过渡” 。 于是 ， “未来武装侦察直升机”（FARA）项目应运而生了 。 目前 ， 美国陆军对FARA项目的细节指标公开得并不算多 。 从现有材料中只能大概能看出FARA的一些基本指标要求和雏形 ， 其中最为关键的几个指标如下 。 ①武器装备方面 ， 要能装备一门特制的专用20毫米机关炮 ， 一部专用的导弹发射器 。 ②动力系统方面 ， 拟采用改进的通用电气公司的GE-T901型涡轴发动机 。
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▲通用电气T901系列涡轴发动机在设计使用寿命、燃油消耗和输出功率方面都有显著提升
③美国陆军要求FARA的旋翼直径不能超过40英尺（大约12米） ， 以便该机能进入高楼林立的城市街道执行任务 ， 隐藏在尺寸较小的障碍物后进行侦察 。 根据美国陆军以往项目的经验 ， 这个尺寸要求虽然看起来不是什么重要指标 ， 但会对飞行器的总体设计带来巨大的影响 。 ④最后 ， 也许是最关键的 ， 是陆军对FARA飞行器的速度也提出了指标要求——该机的速度期望值为205节（约380千米/小时） 。 很显然 ， 这一指标要求基本上把常规构型的直升机全部排除掉了 ， 这也是目前五家参与竞标的承包商 ， 无一例外都采用了复合式直升机构型的最大原因 。 五家竞赛 ， 激烈角逐2018年6月22日 ， 美国陆军发布了征求FARA方案建议书的草案 ， 提出计划在2023年之前选出两种相互竞争的原型机方案 ， 然后由这两家争夺最后的生产合同 。 10月3日 ， 美国陆军发布了正式的建议征求书 ， 并大概拟定了FARA项目的时间表：①2019年6月 ， 授予4~6家承包商初步候选设计方案合同；②2020年3月 ， 从最初的候选设计方案中择优挑选两种 ， 打造原型机 ， 用于实际飞行测试；③2022年11月 ， 针对两种原型机展开飞行测试竞赛；④之后 ， 根据飞行测试竞赛的结果 ， 择优授予生产合同订单 。 FARA项目由此正式开始实施 。 2019年4月份 ， 美国陆军将初步候选设计方案合同授予了五家承包商 ， 分别是：AVX/L3技术公司联合团队、贝尔公司、波音公司、卡瑞姆公司、西科斯基公司 。 最初提交参与首轮方案竞标的概念方案 ， 其实还有麦道直升机公司的MD902“探索者” ， 空客直升机公司的“RACER”复合式直升机 ， 但没有被美国陆军选入初步候选设计方案中 。
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▲空客直升机公司的“RACER”复合式直升机方案源自于该公司攻坚多年的X3技术
五家承包商入选后 ， 动作快慢就有了区别 。 2019年4月 ， 刚刚入选 ， AVX/L3技术公司就在美国陆军航空协会举办的会议上 ， 公布了他们的复合式共轴直升机（CompoundCoaxialHelicopter ， CCH）方案 。 7月份 ， 卡瑞姆公司（Karem）宣布和诺斯罗普·格鲁曼、雷锡恩公司合作 ， 打造其FARA方案 。 10月16日 ， 卡瑞姆公布了方案 ， 名为AR-40 。 同样也在10月份 ， 贝尔公司公布了其方案 ， 贝尔360“不可战胜的勇士”（Bell360Invictus） ， 基于该公司成熟的525型商用直升机改造而成 。 西科斯基的“掠夺者”X方案（RaiderX） ， 也几乎是同一时间公布 。 从名字就可以看出来 ， 该方案和西科斯基公司现在的S-97“掠夺者”复合式直升机同出一源 。 相比而言 ， 波音公司入选初步候选设计方案阶段后 ， 一直保持低调和神秘 ， 直到今年3月份才公布了其“BoeingFARA”方案 。 按照美国陆军预期的FARA计划表来看 ， 可谓是赶了个末班车 。 五种构型 ， 各有千秋美国陆军对FARA的要求不算低 ， 特别是在飞行速度上 。 但五家承包商的实力也不容小觑 ， 五个方案都采用各自独特的新技术 。 先说西科斯基公司的“掠夺者”X ， 采用了前行桨叶概念（AdvancedBladeConcept ， ABC）的共轴刚性双旋翼＋尾部推进螺旋桨的复合式直升机 。 这个特征说起来字数有些多 ， 其中最为关键的是“前行桨叶概念旋翼”技术 ， 简称“ABC旋翼” 。 这是西科斯基从上世纪六十年代末就开始攻关的先进旋翼技术 ， 其基本特点是采用一种共轴刚性旋翼 ， 也就是两副刚性旋翼共轴反转 ， 然后上下旋翼的前行侧恰好对称分布 。 这样一来 ， 整套旋翼系统就不需要担心常规的单旋翼或者共轴旋翼上 ， 存在一个老大难的限制前飞速度的问题——前行侧和后行侧的桨叶升力不平衡 。
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▲西科斯基公司的“掠夺者”X（RaiderX）攻击侦察直升机概念
贝尔公司的贝尔360 ， 单旋翼＋辅助机翼＋涵道尾桨复合式直升机 。 该机机身曲线圆润光滑 ， 据称其前飞速度可以达到180节 。 总的来看 ， 它有点像是一头嘴巴里含着一挺20毫米旋转机炮的牛头鲨 。 该方案的最大特点就是构型成熟度高、低风险、低成本 。
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▲贝尔360“不可战胜的勇士”轻型攻击侦察直升机
AVX/L3技术公司的CCH复合式共轴直升机 ， 为共轴常规双旋翼＋辅助机翼＋涵道推进螺旋桨复合式直升机 。 虽然和西科斯基的方案都有“共轴双旋翼” ， 但AVX公司采用的是常规的共轴双旋翼 。 一方面是在共轴刚性旋翼方面 ， 该公司没有西科斯基公司那样的多年技术积累；另一方面 ， 常规设计的风险也确实小得多 。 除了旋翼系统 ， 该机最显著的特征就是尾部的两副涵道推进螺旋桨 。 AVX公司在涵道螺旋桨方面曾投入较多研究 ， 并且取得了较好的成果 。 两副螺旋桨除了承担推进功能 ， 还能对该机的操纵性和稳定性有显著效果 。
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▲AVX公司和L3技术公司合作的CCH直升机方案
卡瑞姆公司的AR-40 ， 是单旋翼＋辅助长机翼＋可倾转尾桨的复合式直升机 。 它最夺人眼球的是一对长长的辅助机翼 ， 翼展都和旋翼直径相当了 。 这在复合式直升机中还是很少见的 。 复合式直升机一般配备的都是短机翼 ， 因为长机翼毕竟对悬停效率有较大影响 ， 还会增大全机的空重比 。 不过卡瑞姆公司认为通过其改进的复合材料设计 ， 可以将全机的空重比控制在一个较低水平 。 除了长机翼 ， 该机的主要特点还有可倾转尾桨 ， 采用先进的独立桨叶控制技术的可变转速刚性旋翼系统 ， 其中后者可以说代表了下一代直升机旋翼技术的重点发展方向 。
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▲卡瑞姆公司的AR-40攻击侦察直升机方案概念
最晚面世的“BoeingFARA” ， 是一种“推力复合式直升机”（ThrustCompoundHelicopter） 。 换句话说 ， 该机仅仅加装了辅助推力装置 ， 而没有加装辅助升力装置 。 在总体设计角度上 ， 不难看出波音公司的设计用意——在成熟的直升机构型基础上 ， 稍作改动 ， 从而在创新性、可靠性、经济性和风险程度之间 ， 寻求某种平衡 。
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▲BoeingFARA直升机的概念图中 ， 连桨尖的设计细节都没有放过
该机采用了六桨叶无铰式主旋翼设计 ， 从桨叶数量上来说 ， 应该是有降低振动水平的考虑 。 从概念图的细节看 ， 该机的桨尖有尖削、下反和后掠等设计 ， 想必针对飞行性能、噪声水平和前飞速度之间 ， 进行过优化平衡 。 此外 ， 该机采用了倾斜尾桨设计 ， 这有利于降低尾桨噪音 ， 提高全机重心变化范围 。 该机还配备了额外的尾部推进螺旋桨 ， 为该机实现高速前飞提供推进力 。 当然 ， 尾部双旋翼设计也会导致其传动系统和操纵系统更为复杂 ， 对该机的电传操纵飞控系统提出了更高的要求 。 而且尾部旋翼系统之间存在的气动干扰问题 ， 是否会导致更多的噪音 ， 还有待评估 。 毕竟对于轻型侦察直升机来说 ， 噪音问题很可能成为项目竞争的关键点之一 。
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▲BoeingFARA的主要部件简单示意图
其实波音方案刚亮相的时候 ， 不少人都在说这是AH-56A“夏延”和RAH-66“科曼奇”的混血儿 。 但笔者认为并不需要往前想这么远 ， 只要看看波音这几年对下一代“阿帕奇”武装直升机的探索 ， 就知道他们的灵感到底来自哪儿了——没错 ， 正是“复合式阿帕奇”概念 。 近几年 ， 波音公司在现有的“阿帕奇”机身模型的基础上 ， 给该机设计了较大的两侧辅助机翼 ， 加装了尾部推进螺旋桨 ， 并设计了全新的刚性旋翼系统 ， 打造出一种称为“复合式阿帕奇”（CompoundApache）的武装直升机概念 。 最关键的是 ， 波音公司至少从2016年开始 ， 就针对这种新构型直升机进行了缩比模型风洞试验 ， 积累了大量的试验数据和研究报告 。 这些显然都会被应用到“BoeingFARA”的设计和研制上 。 所以说 ， 无须再提“夏延”、“科曼奇”等直升机了 ， “BoeingFARA”本质上就是个轻型版本的“复合式阿帕奇” 。 这大概也是波音在这个时间点提出这种设计的底气吧 。
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求稳VS求新——FARA会花落谁家？
总的来说 ， 现在的竞争局势还不算很明朗 。 不过根据美国陆军“未来垂直升力”计划一路走来的发展历程 ， 可以看出在“陆航装备现代化”计划中 ， 美国陆军对于航空器装备的选择 ， 宏观上都是首先从几个关键点出发——指标性能、使用成本和技术风险 。 因此 ， 要对上述几种方案进行评估的话 ， 可以先从这几个宏观指标进行一番定性的讨论 。
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▲西科斯基公司的S-97“掠夺者”复合式直升机已经完成多轮飞行测试
首先从指标性能上来看 ， 西科斯基公司的“掠夺者”X背靠着已经完成多轮飞行测试的S-97 ， 其各方面指标都表现得相当不错 ， 可算最优 。 其次是卡瑞姆公司的AR-40方案 ， 从理论设计角度来看 ， 至少在速度一项要比剩余三家更优 。 然后就是AVX公司的方案 ， 再是波音公司的方案 ， 最后是贝尔公司方案 。 毕竟从构型设计上来说 ， 贝尔360的前飞速度理论上限最低 。 而从使用成本来说 ， 贝尔360恐怕就要排名第一了 。 这种基于常规直升机简单改进的设计 ， 最大好处就是成本低 ， 无论是从生产制造的角度 ， 还是使用维护的角度 。 波音的方案可以说是紧随其后 ， 其他三家的具体情况不好说 。 AVX和卡瑞姆公司的新构型方案都还停留在概念阶段 ， 没有可以参照的具体实例 。 西科斯基的方案虽然有已经飞行测试的样本 ， 但也还没应用到实际生产型号上 ， 仅从其结构复杂度和新技术的应用来看 ， 其生产制造成本必然要比贝尔和波音的方案高 。
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▲贝尔公司的方案基于成熟的525型商用直升机 ， 成本和风险可控性都更好
【“复合式阿帕奇”轻型版，波音出征FARA】从技术风险的角度来说 ， 贝尔公司无疑又是最大赢家 。 还是那句话 ， 贝尔公司的方案大部分都是基于现有的成熟方案来做的 ， 所以不虞碰上过大的技术挑战 。 波音公司的设计 ， 也有之前关于“复合式阿帕奇”的研究测试工作 ， 加上其整体构型设计和技术方面没有过多的创新 ， 所以风险也较为可控 。 相比之下 ， 西科斯基公司的方案虽然有X2和S-97等先行者的飞行测试 ， 但毕竟“前行桨叶概念旋翼”技术至今仍然是一项新颖的、未经过实际生产型号验证的技术 ， 成熟度是否已经达到了美国陆军期望的程度 ， 还有待观望 。 AVX公司的方案中 ， 最大的技术挑战可能是：常规共轴双旋翼在高速前飞过程中 ， 面临的阻力问题 ， 以及快速机动动作中潜在的打桨问题 。 卡瑞姆公司的方案 ， 则面临着转速优化、独立桨叶控制刚性旋翼这种新技术实际落地的问题 ， 可能是技术风险最大的一个方案 。 所以 ， 现在最重要还是得看美国陆军到底给哪个关键点安排更大的权重 。 如果是求稳且希望“勤俭持家”的话 ， 那贝尔的方案无疑是最好的选择；如果激进一点 ， 希望站在“未来直升机”的角度挑选FARA的获胜者 ， 那西科斯基方案最佳 ， 其次是卡瑞姆的方案；而如果折中一点 ， 想选个不太激进 ， 但又有点下一代直升机意思的飞行器 ， 那么 ， 波音的方案可算是个不错的考虑 ， 其次是AVX公司的方案 。 美国陆军到底如何抉择 ， 相信很快就会有结果了 ， 咱们拭目以待 。
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