美国新一代战区运输机技术研究

美国新一代战区运输机技术研究  
  
  

为了配合美国空军对下一代运输机的关注，诺斯罗普·格鲁门公司正在开展飞翼/动力增升短距起降先进运输机的研制，洛克希德·马丁公司则正在制造  “先进复合材料货运机”ACCA飞行试验验证机。  
美国空中运输力量将要进行调整，大量C-130老龄飞机将退役，美国国防部和空军在即将出台一些增加现有运输机和改进计划的同时，也加快了远期的下一代运输机计划的研制进度，其中包括“联合重型旋翼运输机”(JHL)计划和能载运大型载荷并能在未铺面跑道上短距起降的“先进联合空中作战系统”（JACS）重型运输机计划。
   
从AMC-X到Ajac
美国空军机动司令部（AMC）在2006年就曾考虑启动能在2015～2025年期间替代C-130的“先进机动概念飞机”（AMC-X）项目，它是一种先进可短程起降型运输机。
AMC-X的主要技术指标是，航程2605千米，作战半径1474千米，马赫数0.8以上，飞机大小与C-130类似，运载量要比其大两倍，载重27～36吨，并具有比C-130更好的短距起降能力。
与此同时，美国空军特种作战司令部(AFSOC)还表示启动一项下一代隐身运输机（M-X）项目，飞机尺寸也与C-130相同，但载重量要小得多，约为18吨。
但是由于受到伊拉克战争拖累，大量装备发展资金被占用，这两个项目都未能启动，转而由美国空军研究实验室（AFRL）将它们合并后提出了一项“全球运输”（GT）技术验证机计划，集中于对下一代运输机所能使用的先进技术进行可行性和实用性验证。
接着AFRL将（GT）计划正式改名为“先进联合空中作战系统”(Ajacs)项目，并表示要在2013～2015年对该项目中提出的先进技术进行飞行试验验证。
     
Speed-Agile计划
Ajacs计划涵盖了许多AMC-X的最初要求，而且还包括了很宽范围的各军种的任务要求，瞄准的运输机和AMC-X类似，但尺寸可能要略大于C-130，可载运像斯特瑞克(Stryker)这种型号的中型装甲车，能够在600米跑道上起降，同时要求飞机能以比C-17更快的马赫数0.8以上的速度进行巡航飞行。为此，AFRL在Ajacs计划专门又制定了一个“速度-敏捷”（ Speed-Agile）概念验证机子项目。
“速度-敏捷”概念验证计划涵盖了开发各种短距起降技术，特别对已经放弃的波音公司的YC-14和原麦道公司的YC-15验证机上使用的动力增升技术进行重新研究。
YC-14和YC-15是1976年美国空军提出“先进过渡短距起降运输机”（AMSTOL）计划的产物。这两种飞机都能装载150名士兵或36.7吨的货物，且能在600米长度之内的跑道上起降，为此这二种飞机都使用了动力增升短距起降技术。
YC-14将发动机设置在机翼上表面，将发动机的尾喷流吹过整个机翼上翼面以增加升力的上翼面吹气技术，YC-15则将发动机设置在机翼下表面，将发动机的尾喷流直接吹过机翼后缘双缝襟翼而增加升力的外部吹气襟翼技术。YC-14装了两台通用电气CF6-50D涡扇发动机，而YC-15装用了4台普惠 JT8D-17 涡扇发动机。两种验证机都成功地进行了初步飞行试验，结果表明飞机的各项指标都满足和甚至超出了计划的要求。然而当时美国空军把装备发展优先权转向了B-1B轰炸机，于是AMSTOL计划于1979年被终止，YC-14和YC-15也都无果而终。
　　
飞翼喷气襟翼系统
2005年美国空军研究实验室曾拨给诺斯罗普·格鲁门公司140万美元，设定了一个“综合动力增升和控制” (IPLC)项目，集中开发动力增升系统，寻求发动机系统、空气动力系统和飞行控制系统的优化匹配，这实际上也是NASA曾经领导的“非常短距起降” (Estol)项目的延伸，而“速度-敏捷”概念验证计划就是把这项研究推向更高的水平。
诺斯罗普·格鲁门公司在IPLC研究中采用了一种独特的飞翼和动力增升技术组合的短距起降运输机布局，整个外形类似于公司为美国海军研制的X-47B无人作战飞机系统验证机。该公司认为，这种设计可适应多种任务，升阻比和飞行效率很高，加上动力增升技术可以实现很短的起降距离。
诺斯罗普·格鲁门公司认为，与NASA的 Estol项目中研究的外部吹气襟翼、机翼上表面吹气襟翼和机翼上表面吹气各种方案相比较，喷气襟翼是成本效益最好的一种解决途径，所以公司在IPLC阶段最后选择了“飞翼喷气襟翼系统”，在NASA兰利研究中心进行的风洞试验表明，喷气襟翼动力增升技术使升力增加了50%。
目前，在NASA兰利研究中心4.2米×6.7米低速风洞进行试验的IPLC的研究工作已经完成，美国空军研究实验室在2008年1月正式与诺斯罗普·格鲁门公司签订“速度-敏捷”概念验证合同。
诺斯罗普·格鲁门公司认为，在下一步的研究中，这个飞翼喷气襟翼系统必须要应对两重挑战。首先是，要保证飞行器在低速时有足够的可控性；其次是要在飞机获得最大效率的同时使系统的复杂性和重量降至最低。当然，还需要研究喷气缝的优化设计以及这种技术对高速飞行能提供多大的好处等。
历时34个月的“速度-敏捷”概念验证阶段最终将完成：验证低速短距起降的有效性，研制一种技术成熟性能达到5（+）水平的通用的综合布局，并在2011～2013年进行的全尺寸的综合升力和控制系统验证。
　　
环量控制动力增升技术
在“速度-敏捷”概念验证阶段中，诺斯罗普·格鲁门还将在完善飞翼和喷气襟翼动力增升基础上，进一步开发环量控制动力增升系统技术，为建立三维模型打下基础。
环量控制动力增升技术的基本原理是，通过在机翼圆形后缘沿着切线的方向喷出一层高能量空气流，增加机翼的环量来提高升力。诺斯罗普·格鲁门公司1979年在海军研究项目办公室的资助下，利用一架修改的A-6A对环量控制技术进行过成功的验证。
在那次验证中，研究人员是将空气从机翼后缘襟翼前缘的一条缝内吹出，并保持喷气层的速度大于当地的外流速度，根据柯达效应，喷气层贴附在整个弯曲表面会向下游移动，同时给边界层增加动量并产生一个低压区，从而产生足够的吸力，使气流在流近后缘时能够克服向机翼下表面弯曲所产生的离心力，这样，气流在后缘的滞点就会移向机翼的下表面，达到了增加了环量或升力的目的。
在今后的研究中，公司还将开发更多的环量控制的可用技术，其中包括曾在一架波音737-200飞机上进行过试验，也曾用于已经被放弃的美国超声速高速民用运输机计划中的双圆弧环量控制机翼，这种技术能够减少吹气气流和自由流的混合所产生的阻力，抑制吹气流在下表面的分离。
　　
先进复合材料飞机
先进的动力增升系统同时还计划在美国空军研究实验室“先进复合材料飞机” (ACCA)飞行验证项目的后期阶段进行试验，这个计划现在正和“速度-敏捷”概念验证项目平行展开，将为用于Ajacs项目的技术铺平道路。
目前，洛克希德·马丁公司正在制造预计在2008年开始试飞的ACCA飞行试验验证机。 该验证机是用一架多尼尔328喷气飞机改装的，用先进的低温复合材料机身更换了原飞机的中/后机身和尾段。这项技术已经用于公司的“臭鼬”无人飞机验证机上。
洛克希德·马丁公司采用了低温非高压炉固化工艺等，先进复合材料技术和常规制造方法相比，这种先进复合材料可以减少80%～90%的飞机部件的数量，并使飞机更轻、更便宜、使用时间更久，维修也更方便。采用这种材料制造的“臭鼬”无人机整个飞机的部件还不到200个。美国新一代战区运输机技术研究  
  
  

为了配合美国空军对下一代运输机的关注，诺斯罗普·格鲁门公司正在开展飞翼/动力增升短距起降先进运输机的研制，洛克希德·马丁公司则正在制造  “先进复合材料货运机”ACCA飞行试验验证机。  
美国空中运输力量将要进行调整，大量C-130老龄飞机将退役，美国国防部和空军在即将出台一些增加现有运输机和改进计划的同时，也加快了远期的下一代运输机计划的研制进度，其中包括“联合重型旋翼运输机”(JHL)计划和能载运大型载荷并能在未铺面跑道上短距起降的“先进联合空中作战系统”（JACS）重型运输机计划。
   
从AMC-X到Ajac
美国空军机动司令部（AMC）在2006年就曾考虑启动能在2015～2025年期间替代C-130的“先进机动概念飞机”（AMC-X）项目，它是一种先进可短程起降型运输机。
AMC-X的主要技术指标是，航程2605千米，作战半径1474千米，马赫数0.8以上，飞机大小与C-130类似，运载量要比其大两倍，载重27～36吨，并具有比C-130更好的短距起降能力。
与此同时，美国空军特种作战司令部(AFSOC)还表示启动一项下一代隐身运输机（M-X）项目，飞机尺寸也与C-130相同，但载重量要小得多，约为18吨。
但是由于受到伊拉克战争拖累，大量装备发展资金被占用，这两个项目都未能启动，转而由美国空军研究实验室（AFRL）将它们合并后提出了一项“全球运输”（GT）技术验证机计划，集中于对下一代运输机所能使用的先进技术进行可行性和实用性验证。
接着AFRL将（GT）计划正式改名为“先进联合空中作战系统”(Ajacs)项目，并表示要在2013～2015年对该项目中提出的先进技术进行飞行试验验证。
     
Speed-Agile计划
Ajacs计划涵盖了许多AMC-X的最初要求，而且还包括了很宽范围的各军种的任务要求，瞄准的运输机和AMC-X类似，但尺寸可能要略大于C-130，可载运像斯特瑞克(Stryker)这种型号的中型装甲车，能够在600米跑道上起降，同时要求飞机能以比C-17更快的马赫数0.8以上的速度进行巡航飞行。为此，AFRL在Ajacs计划专门又制定了一个“速度-敏捷”（ Speed-Agile）概念验证机子项目。
“速度-敏捷”概念验证计划涵盖了开发各种短距起降技术，特别对已经放弃的波音公司的YC-14和原麦道公司的YC-15验证机上使用的动力增升技术进行重新研究。
YC-14和YC-15是1976年美国空军提出“先进过渡短距起降运输机”（AMSTOL）计划的产物。这两种飞机都能装载150名士兵或36.7吨的货物，且能在600米长度之内的跑道上起降，为此这二种飞机都使用了动力增升短距起降技术。
YC-14将发动机设置在机翼上表面，将发动机的尾喷流吹过整个机翼上翼面以增加升力的上翼面吹气技术，YC-15则将发动机设置在机翼下表面，将发动机的尾喷流直接吹过机翼后缘双缝襟翼而增加升力的外部吹气襟翼技术。YC-14装了两台通用电气CF6-50D涡扇发动机，而YC-15装用了4台普惠 JT8D-17 涡扇发动机。两种验证机都成功地进行了初步飞行试验，结果表明飞机的各项指标都满足和甚至超出了计划的要求。然而当时美国空军把装备发展优先权转向了B-1B轰炸机，于是AMSTOL计划于1979年被终止，YC-14和YC-15也都无果而终。
　　
飞翼喷气襟翼系统
2005年美国空军研究实验室曾拨给诺斯罗普·格鲁门公司140万美元，设定了一个“综合动力增升和控制” (IPLC)项目，集中开发动力增升系统，寻求发动机系统、空气动力系统和飞行控制系统的优化匹配，这实际上也是NASA曾经领导的“非常短距起降” (Estol)项目的延伸，而“速度-敏捷”概念验证计划就是把这项研究推向更高的水平。
诺斯罗普·格鲁门公司在IPLC研究中采用了一种独特的飞翼和动力增升技术组合的短距起降运输机布局，整个外形类似于公司为美国海军研制的X-47B无人作战飞机系统验证机。该公司认为，这种设计可适应多种任务，升阻比和飞行效率很高，加上动力增升技术可以实现很短的起降距离。
诺斯罗普·格鲁门公司认为，与NASA的 Estol项目中研究的外部吹气襟翼、机翼上表面吹气襟翼和机翼上表面吹气各种方案相比较，喷气襟翼是成本效益最好的一种解决途径，所以公司在IPLC阶段最后选择了“飞翼喷气襟翼系统”，在NASA兰利研究中心进行的风洞试验表明，喷气襟翼动力增升技术使升力增加了50%。
目前，在NASA兰利研究中心4.2米×6.7米低速风洞进行试验的IPLC的研究工作已经完成，美国空军研究实验室在2008年1月正式与诺斯罗普·格鲁门公司签订“速度-敏捷”概念验证合同。
诺斯罗普·格鲁门公司认为，在下一步的研究中，这个飞翼喷气襟翼系统必须要应对两重挑战。首先是，要保证飞行器在低速时有足够的可控性；其次是要在飞机获得最大效率的同时使系统的复杂性和重量降至最低。当然，还需要研究喷气缝的优化设计以及这种技术对高速飞行能提供多大的好处等。
历时34个月的“速度-敏捷”概念验证阶段最终将完成：验证低速短距起降的有效性，研制一种技术成熟性能达到5（+）水平的通用的综合布局，并在2011～2013年进行的全尺寸的综合升力和控制系统验证。
　　
环量控制动力增升技术
在“速度-敏捷”概念验证阶段中，诺斯罗普·格鲁门还将在完善飞翼和喷气襟翼动力增升基础上，进一步开发环量控制动力增升系统技术，为建立三维模型打下基础。
环量控制动力增升技术的基本原理是，通过在机翼圆形后缘沿着切线的方向喷出一层高能量空气流，增加机翼的环量来提高升力。诺斯罗普·格鲁门公司1979年在海军研究项目办公室的资助下，利用一架修改的A-6A对环量控制技术进行过成功的验证。
在那次验证中，研究人员是将空气从机翼后缘襟翼前缘的一条缝内吹出，并保持喷气层的速度大于当地的外流速度，根据柯达效应，喷气层贴附在整个弯曲表面会向下游移动，同时给边界层增加动量并产生一个低压区，从而产生足够的吸力，使气流在流近后缘时能够克服向机翼下表面弯曲所产生的离心力，这样，气流在后缘的滞点就会移向机翼的下表面，达到了增加了环量或升力的目的。
在今后的研究中，公司还将开发更多的环量控制的可用技术，其中包括曾在一架波音737-200飞机上进行过试验，也曾用于已经被放弃的美国超声速高速民用运输机计划中的双圆弧环量控制机翼，这种技术能够减少吹气气流和自由流的混合所产生的阻力，抑制吹气流在下表面的分离。
　　
先进复合材料飞机
先进的动力增升系统同时还计划在美国空军研究实验室“先进复合材料飞机” (ACCA)飞行验证项目的后期阶段进行试验，这个计划现在正和“速度-敏捷”概念验证项目平行展开，将为用于Ajacs项目的技术铺平道路。
目前，洛克希德·马丁公司正在制造预计在2008年开始试飞的ACCA飞行试验验证机。 该验证机是用一架多尼尔328喷气飞机改装的，用先进的低温复合材料机身更换了原飞机的中/后机身和尾段。这项技术已经用于公司的“臭鼬”无人飞机验证机上。
洛克希德·马丁公司采用了低温非高压炉固化工艺等，先进复合材料技术和常规制造方法相比，这种先进复合材料可以减少80%～90%的飞机部件的数量，并使飞机更轻、更便宜、使用时间更久，维修也更方便。采用这种材料制造的“臭鼬”无人机整个飞机的部件还不到200个。