近日，波音公司終于放出了其一直“猶抱琵琶半遮面”的“未來(lái)武裝偵察直升機(jī)”（FARA；Future Attack Reconnaissance Aircraft）方案，其命名方式非常的簡(jiǎn)單粗暴，就是直接用美國(guó)陸軍的項(xiàng)目代號(hào)冠名，所以直接叫做“Boeing FARA”。至此，所有參與美國(guó)陸軍FARA項(xiàng)目競(jìng)標(biāo)的五家承包商都放出了各自的方案概念，相比之下，其他四家承包商都早已經(jīng)放出了各自的構(gòu)型方案，波音公司的“Boeing FARA”可謂是姍姍來(lái)遲。而美國(guó)陸軍也在去年就已經(jīng)表示要在本年度上半年五選二，所以目前該項(xiàng)目的競(jìng)爭(zhēng)可謂是進(jìn)入了白熱化階段。
△波音公司的Boeing FARA概念設(shè)計(jì)方案
從構(gòu)型上來(lái)說(shuō)，波音公司的“Boeing FARA”也是采用了復(fù)合式構(gòu)型設(shè)計(jì)方案，但是與最常見(jiàn)的復(fù)合式直升機(jī)不同，該機(jī)只是一種單純的“推力復(fù)合式直升機(jī)”（Thrust Compound Helicopter），換句話來(lái)說(shuō)，該機(jī)僅僅只有加裝了輔助推力裝置，而沒(méi)有加裝輔助升力裝置等復(fù)合部件。所以，從總體構(gòu)型上來(lái)說(shuō)，Boeing FARA是一架“單旋翼帶尾槳+尾部推進(jìn)螺旋槳”的復(fù)合式直升機(jī)，從構(gòu)型上也不難看出波音公司的設(shè)計(jì)用意——在成熟的直升機(jī)構(gòu)型基礎(chǔ)上稍作改動(dòng)，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)在創(chuàng)新性、可靠性、經(jīng)濟(jì)型和風(fēng)險(xiǎn)程度之間取得某種平衡。
各競(jìng)所長(zhǎng)——FARA項(xiàng)目目前的競(jìng)爭(zhēng)格局“未來(lái)攻擊偵察直升機(jī)”FARA項(xiàng)目是一場(chǎng)充滿競(jìng)爭(zhēng)特色的“游戲”，所以在評(píng)價(jià)Boeing FARA方案好壞之前，先來(lái)看一看美國(guó)陸軍對(duì)于該項(xiàng)目成果的期望以及其他幾家承包商的方案很有必要。
△在FARA項(xiàng)目之前，美國(guó)陸軍的主力輕型偵察直升機(jī)就是OH-58D基奧瓦勇士
總的來(lái)說(shuō)，美國(guó)陸軍目前對(duì)FARA項(xiàng)目的細(xì)節(jié)指標(biāo)要求公開(kāi)的并不算太多，從現(xiàn)有的材料中大概能看出FARA飛行器的一些基本的門檻要求和雛形，其中最為關(guān)鍵的幾個(gè)要求如下所述：
①?gòu)奈淦餮b備方面來(lái)說(shuō)，F(xiàn)ARA飛行器要能夠裝備一門特制的專用20毫米機(jī)炮、一臺(tái)專用的導(dǎo)彈發(fā)射器（這些很有可能在飛行器方案初步敲定之后，再由武器系統(tǒng)承包商競(jìng)標(biāo)擇優(yōu)）；
②在動(dòng)力系統(tǒng)方面，F(xiàn)ARA飛行器擬采用改進(jìn)的通用電氣GE-T901型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，所以現(xiàn)階段各家承包商的設(shè)計(jì)方案都必須圍繞這一型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)展開(kāi)；
③除此之外，美國(guó)陸軍還要求該型直升機(jī)的旋翼直徑最大不可超過(guò)40英尺（大約12米），以便于該飛行器能夠進(jìn)入高樓林立的城市街道執(zhí)行任務(wù)，并能夠隱藏在尺寸較小的障礙物之后進(jìn)行偵察，如果關(guān)注過(guò)黑鷹直升機(jī)誕生之路的讀者朋友肯定注意到——黑鷹直升機(jī)的很多設(shè)計(jì)考量和取舍其關(guān)鍵決定因素就是美國(guó)陸軍的尺寸要求——所以說(shuō)，這個(gè)尺寸要求雖然看起來(lái)不是什么重要指標(biāo)，但對(duì)于飛行器的總體設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)還是相當(dāng)關(guān)鍵的；
④最后，也許是最關(guān)鍵的就是美國(guó)陸軍隊(duì)FARA飛行器的速度也提出了指標(biāo)要求——該機(jī)的速度至少需要達(dá)到205節(jié)（大約時(shí)速380公里）。很顯然，這一指標(biāo)要求的提出，基本上就把所有常規(guī)構(gòu)型的直升機(jī)全部排除掉了，這也是目前五家參與競(jìng)標(biāo)的承包商無(wú)一例外都采用了復(fù)合式直升機(jī)構(gòu)型的本質(zhì)原因。
在了解了美國(guó)陸軍對(duì)于FARA項(xiàng)目的要求之后，讓我們?cè)賮?lái)看看除了波音公司之外的四家承包商各自的方案及其簡(jiǎn)單介紹：
①西科斯基公司方案：“Raider X”前行槳葉概念（ABC；Advanced Blade Concept）共軸剛性雙旋翼+尾部推進(jìn)螺旋槳復(fù)合式直升機(jī)。這個(gè)名字挺長(zhǎng)的，其中最為關(guān)鍵的就是號(hào)稱“前行槳葉概念旋翼”的技術(shù)，簡(jiǎn)稱“ABC旋翼”，這是西科斯基從上世紀(jì)六十年代末就開(kāi)始攻堅(jiān)的先進(jìn)旋翼技術(shù)，其本質(zhì)就是采用一種共軸剛性旋翼設(shè)計(jì)——也就是兩副剛性旋翼共軸反轉(zhuǎn)，然后上下旋翼的前行側(cè)恰好對(duì)稱分布，這樣一來(lái)，整套旋翼系統(tǒng)就不需要擔(dān)心常規(guī)或者共軸旋翼上所存在“前行側(cè)和后行側(cè)升力平衡問(wèn)題”。
△西科斯基公司的Raider X攻擊偵察直升機(jī)概念
我這里簡(jiǎn)單解釋下這個(gè)問(wèn)題，常規(guī)單旋翼直升機(jī)在高速前飛的時(shí)候，由于旋翼后行側(cè)反流區(qū)逐漸擴(kuò)大，會(huì)存在愈發(fā)顯著的失速問(wèn)題，這也就意味著，后行側(cè)槳葉能提供的升力會(huì)減小，很顯然，為了確保直升機(jī)的平衡，旋翼前行側(cè)的升力也必須要通過(guò)操縱減小，這就限制了直升機(jī)旋翼所能產(chǎn)生的總的拉力，從而限制了其前飛速度；ABC旋翼由于上下旋翼前行側(cè)分列兩側(cè)，所以能夠?qū)崿F(xiàn)相互平衡，因此就不需要再擔(dān)心前行側(cè)后行側(cè)不平衡的問(wèn)題，從而能夠達(dá)到更大的前飛速度。
△常規(guī)旋翼和ABC旋翼前行側(cè)、后行側(cè)升力分布簡(jiǎn)單示意圖
②貝爾公司方案：“Bell 360 Invictus”（簡(jiǎn)稱貝爾360，下同）單旋翼+輔助機(jī)翼+涵道尾槳復(fù)合式直升機(jī)。貝爾在去年十月份公布了這型號(hào)稱“360 不可戰(zhàn)勝的勇士”的新型直升機(jī)，該機(jī)機(jī)身曲線圓潤(rùn)光滑，據(jù)說(shuō)目前前飛速度可以達(dá)到180節(jié)（還沒(méi)達(dá)到美國(guó)陸軍的指標(biāo)要求），總的來(lái)看，有點(diǎn)像是一頭嘴巴里含著一挺20毫米旋轉(zhuǎn)機(jī)炮的牛頭鯊，或者說(shuō)某種科曼奇隱身直升機(jī)的衍生型號(hào)？
△貝爾的“360不可戰(zhàn)勝的勇士”輕型攻擊偵察直升機(jī)
貝爾公司其實(shí)很早就說(shuō)過(guò)，他們?cè)贔ARA項(xiàng)目競(jìng)標(biāo)中將會(huì)給出的方案會(huì)是一種經(jīng)濟(jì)型、可靠性和可用性等多個(gè)方面優(yōu)于對(duì)手的機(jī)型，貝爾360顯然就是朝著這個(gè)目標(biāo)去做的，該機(jī)的底子就是貝爾成熟的商用直升機(jī)貝爾525型直升機(jī)，換句話說(shuō)，貝爾360的旋翼系統(tǒng)、機(jī)身結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)和飛控系統(tǒng)都繼承和改進(jìn)自525。不過(guò)貝爾也采用了一些創(chuàng)新，比如說(shuō)通過(guò)涵道尾槳來(lái)降低該機(jī)的噪音，革新的排氣系統(tǒng)來(lái)降低紅外可探測(cè)性，復(fù)合加裝輔助機(jī)翼來(lái)提升飛行速度等等，更多相關(guān)內(nèi)容可以從我之前的文章中查閱到，此處不再贅述。
△貝爾的525型商用直升機(jī)，360直升機(jī)的很多特征都源自于此
③AVX/L3技術(shù)公司合作方案：“CCH”（Coaxial Compound Helicopter；共軸復(fù)合式直升機(jī)）共軸常規(guī)雙旋翼+輔助機(jī)翼+涵道推進(jìn)螺旋槳復(fù)合式直升機(jī)。同樣是共軸雙旋翼的方案，比起西科斯基的ABC旋翼，AVX公司則采用了常規(guī)的共軸旋翼設(shè)計(jì)，一方面當(dāng)然是該公司沒(méi)有西科斯基公司那么多年的技術(shù)積累，但從另一方面來(lái)說(shuō)，這種設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)也確實(shí)小得多。除了旋翼系統(tǒng)之外，該機(jī)最顯著的特征就是尾部的兩副涵道推進(jìn)螺旋槳。AVX公司在涵道螺旋槳方面投入了較多的研究，并且取得了較好的成果，兩副螺旋槳除了承擔(dān)推進(jìn)功能之外，還能對(duì)該機(jī)的操縱性和穩(wěn)定性起到顯著的作用，更多內(nèi)容同樣可以翻閱我之前的文章。
△AVX公司和L3技術(shù)公司合作的CCH直升機(jī)方案概念
④Karem公司方案：“Karem AR-40”單旋翼+輔助長(zhǎng)機(jī)翼+可傾轉(zhuǎn)尾槳的復(fù)合式直升機(jī)?？ㄈ鹉饭镜腇ARA概念方案最?yuàn)Z人眼球的要算是該機(jī)的較長(zhǎng)的輔助機(jī)翼了——其翼展和旋翼直徑相當(dāng)，這在復(fù)合式直升機(jī)中還是很少見(jiàn)的，復(fù)合式直升機(jī)一般配備的都是短機(jī)翼，畢竟長(zhǎng)機(jī)翼對(duì)于直升機(jī)的懸停效率來(lái)說(shuō)是有較大影響的，并且也會(huì)增大全機(jī)的空重比，不過(guò)卡瑞姆公司自信通過(guò)其改進(jìn)的復(fù)合材料設(shè)計(jì)，可以將全機(jī)的空重比控制在一個(gè)較低的水平。
△卡瑞姆公司的AR-40攻擊偵察直升機(jī)方案概念
除了長(zhǎng)機(jī)翼之外，該機(jī)的主要特點(diǎn)還有可傾轉(zhuǎn)尾槳設(shè)計(jì)和采用先進(jìn)的獨(dú)立槳葉控制技術(shù)的可變轉(zhuǎn)速剛性旋翼系統(tǒng)。這個(gè)可傾轉(zhuǎn)尾槳系統(tǒng)不是卡瑞姆公司的獨(dú)創(chuàng)，至少在上世紀(jì)六十年代，西科斯基公司就已經(jīng)測(cè)試過(guò)這種尾槳設(shè)計(jì)。不過(guò)他們的旋翼系統(tǒng)設(shè)計(jì)倒確實(shí)值得談一談，獨(dú)立槳葉控制技術(shù)現(xiàn)在是西科斯基公司等行業(yè)巨頭和NASA等大型機(jī)構(gòu)的研究重點(diǎn)之一，也是未來(lái)旋翼飛行器發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)；可變轉(zhuǎn)速旋翼也是高速型復(fù)合式直升機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，西科斯基等公司都申請(qǐng)過(guò)相應(yīng)的專利，不過(guò)相比之下，卡瑞姆公司對(duì)可變轉(zhuǎn)速的熱情似乎更高，因?yàn)樗抑鞔虻牧硪粋€(gè)概念就是“轉(zhuǎn)速優(yōu)化傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)”，相比其他公司的“換擋變速”，卡瑞姆公司的目標(biāo)是做到旋翼系統(tǒng)的“無(wú)極變速”，還是頗具挑戰(zhàn)性的。
△卡瑞姆公司的轉(zhuǎn)速優(yōu)化傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)設(shè)計(jì)概念圖
優(yōu)點(diǎn)很明顯，但不算特別亮眼——Boeing FARA優(yōu)缺點(diǎn)分析談?wù)摬ㄒ艄镜腂oeing FARA方案的優(yōu)缺點(diǎn)，同樣也要從兩個(gè)方面來(lái)說(shuō)，一個(gè)方面就是從這種構(gòu)型設(shè)計(jì)的本身來(lái)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，另一方面就是和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手進(jìn)行進(jìn)行對(duì)比分析。
先說(shuō)說(shuō)Boeing FARA方案自身的優(yōu)點(diǎn)：
①該機(jī)采用了六槳葉無(wú)鉸式主旋翼設(shè)計(jì)，從槳葉數(shù)量上來(lái)說(shuō)，應(yīng)該是有降低振動(dòng)水平的考慮；從細(xì)節(jié)圖來(lái)看，該機(jī)的槳尖有尖削、下反和后掠等設(shè)計(jì)，想必針對(duì)飛行性能、噪聲水平和前飛速度之間進(jìn)行過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)考量。
△Boeing FARA直升機(jī)的概念渲染圖中也沒(méi)有放過(guò)槳尖的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)
②該機(jī)采用了傾斜尾槳設(shè)計(jì)，和UH-60黑鷹直升機(jī)的傾斜尾槳設(shè)計(jì)有異曲同工之妙，一方面，尾槳傾斜之后其拉力就會(huì)有一個(gè)垂直分量，這個(gè)垂直分量對(duì)于提高該機(jī)的重心變化范圍、增強(qiáng)操縱性和穩(wěn)定性都是有利的；除此之外，西科斯基公司在黑鷹直升機(jī)設(shè)計(jì)文檔中也提到過(guò)，這種傾斜尾槳設(shè)計(jì)有降噪的考慮，這應(yīng)當(dāng)是通過(guò)降低氣動(dòng)干擾水平來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
△Boeing FARA概念視頻中能清楚看到其尾部雙旋翼設(shè)計(jì)
③該機(jī)還配備了額外的尾部推進(jìn)螺旋槳，由此，在高速前飛過(guò)程中，主旋翼就不再需要提供前進(jìn)拉力，從而主旋翼拉力可以一定程度實(shí)現(xiàn)卸載，從而提升由于主旋翼氣動(dòng)問(wèn)題而導(dǎo)致的前飛速度的限制。
再說(shuō)說(shuō)Boeing FARA方案自身的缺點(diǎn)：
①該機(jī)尾部設(shè)計(jì)了兩套小型旋翼系統(tǒng)，這就導(dǎo)致其傳動(dòng)系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)更為復(fù)雜，動(dòng)力分配和操縱策略的設(shè)計(jì)也更為復(fù)雜，對(duì)該機(jī)的電傳操縱飛控系統(tǒng)提出了更高的要求，而且尾部旋翼系統(tǒng)之間存在的氣動(dòng)干擾問(wèn)題是否會(huì)導(dǎo)致更多的噪音問(wèn)題還有待評(píng)估，畢竟對(duì)于輕型偵察直升機(jī)來(lái)說(shuō)，噪音問(wèn)題很可能成為項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵點(diǎn)這一。
△Boeing FARA的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單示意圖
②該機(jī)僅僅只是單旋翼復(fù)合輔助推進(jìn)裝置的設(shè)計(jì)，并沒(méi)有設(shè)計(jì)輔助升力裝置，波音或者是從重量性能、低速性能、尺寸、可靠性等方面來(lái)考慮的，但是這確實(shí)會(huì)導(dǎo)致該機(jī)在飛行速度上相比西科斯基公司、AVX公司和Karem公司的方案并不占優(yōu)。而從成熟度和經(jīng)濟(jì)性方面來(lái)說(shuō)，又未必比貝爾360更強(qiáng)，大概算是個(gè)折中方案？
復(fù)合式阿帕奇的縮小版——波音這方案的底氣何在？從我上面的優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)述來(lái)看，雖然說(shuō)Boeing FARA還是有不少出色的地方，但是其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)也并不明顯，那么波音作為五家承包商中最后一家拿出這樣一份方案的廠商，其底氣到底在哪里呢？
其實(shí)這個(gè)方案剛出來(lái)的時(shí)候，不少人都在說(shuō)是什么AH-56A夏延復(fù)合式直升機(jī)和RAH-66科曼奇隱身直升機(jī)的混血兒，而我認(rèn)為并不需要想這么遠(yuǎn)，只要看看波音這幾年對(duì)下一代阿帕奇武裝直升機(jī)的探索，就知道他們的底氣到底在哪兒了——沒(méi)錯(cuò)，正是我曾詳細(xì)介紹過(guò)的“復(fù)合式阿帕奇”概念。
△AH-56A夏延直升機(jī)的尾部?jī)筛毙碓O(shè)計(jì)
“波音會(huì)不會(huì)創(chuàng)造一型比如今AH-64E守衛(wèi)者阿帕奇更強(qiáng)勁好用的武裝直升機(jī)？”
“當(dāng)然有，那就是下一代阿帕奇?！?/p>
△復(fù)合式阿帕奇直升機(jī)縮比模型的風(fēng)洞試驗(yàn)
關(guān)注我文章的讀者朋友們肯定是注意過(guò)波音公司在這方面的探索的，他們?cè)诂F(xiàn)有的阿帕奇機(jī)身模型的基礎(chǔ)上，給該機(jī)設(shè)計(jì)了較大的兩側(cè)輔助機(jī)翼、加裝了尾部推進(jìn)螺旋槳并設(shè)計(jì)了全新的剛性旋翼系統(tǒng)，最關(guān)鍵的是，波音公司至少?gòu)?016年就開(kāi)始針對(duì)這種構(gòu)型的復(fù)合式阿帕奇進(jìn)行縮比模型風(fēng)洞試驗(yàn)，積累了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析研究報(bào)告，而這些顯然都會(huì)被應(yīng)用到Boeing FARA的設(shè)計(jì)和研制上，所以說(shuō)，別提什么夏延、科曼奇了，Boeing FARA本質(zhì)上就是個(gè)輕型版本的復(fù)合式阿帕奇。這大概就是波音在這個(gè)時(shí)候提出這種設(shè)計(jì)的底氣吧。
?△波音公司展出的復(fù)合式阿帕奇小尺寸模型
總的來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在的競(jìng)爭(zhēng)局勢(shì)還不算很明朗，從進(jìn)度來(lái)看，西科斯基公司的Raider X背靠著已經(jīng)進(jìn)行過(guò)多輪飛行測(cè)試的S-97，顯然是最快的，此外，該機(jī)各方面指標(biāo)也都很硬，能夠完美滿足美國(guó)陸軍的要求，但是畢竟ABC旋翼技術(shù)至今都只出現(xiàn)在試驗(yàn)性質(zhì)的飛行器上，還是存在一定風(fēng)險(xiǎn)的；貝爾公司的方案看起來(lái)成熟可靠而且又便宜，但是畢竟飛行速度限制在那里，可以說(shuō)好壞參半吧；AVX公司和Karem公司的方案仍然都還停留在概念的層次，但是也都有各自的優(yōu)勢(shì)；Boeing FARA算是取了個(gè)中間值，指標(biāo)不算太高，但也不是最差，成本和風(fēng)險(xiǎn)都控制在一個(gè)適中的范圍。接下來(lái)，就看美國(guó)陸軍怎么取舍了，咱們拭目以待。
