美國國防預(yù)研局（DARPA）于2022年12月授予極光飛行科學(xué)公司為期一年的“采用新型操縱裝置的革命性飛機控制”（CRANE）項目第2階段合同，開展詳細工程設(shè)計，為開發(fā)全尺寸平臺奠定基礎(chǔ)。

“CRANE”項目旨在設(shè)計一型試驗平臺，將主動流動控制技術(shù)集成至飛控系統(tǒng)中，提升TRL并計劃進行一系列試飛活動。本次授予的合同中還包括可選擇執(zhí)行的第3階段制造和試飛合同，價值約4220萬美元，預(yù)計2025年首飛。

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主動流動控制技術(shù)發(fā)展概況

“流動控制”是在傳統(tǒng)的飛機副翼、襟翼等操縱面位置釋放經(jīng)過調(diào)節(jié)的壓縮空氣,利用噴射氣流在機翼后部制造一個“空氣葉片”以改變流經(jīng)機翼表面的空氣流動方向,使其上下表面產(chǎn)生壓力差,從而產(chǎn)生相應(yīng)的控制力矩,起到與傳統(tǒng)副翼等操縱面相同的控制作用?！爸鲃恿鲃涌刂啤钡淖饔迷砗托Ч麆t與目前的機械結(jié)構(gòu)推力矢量噴管類似,但無需噴管整體或部分偏轉(zhuǎn)，也無需加裝可調(diào)節(jié)折流板,而是借助引入兩股以上噴射氣流去影響發(fā)動機噴管主氣流的狀態(tài),使其改變方向，進而產(chǎn)生推力分量來增強甚至替代傳統(tǒng)飛機操縱面的部分功能,對飛機的飛行進行實時控制。

DARPA于1998年啟動“微型自適應(yīng)流動控制”項目，探索主動流動控制技術(shù)發(fā)展與系統(tǒng)集成。2003年， NASA在貝爾公司XV-15傾轉(zhuǎn)旋翼機上首次使用該技術(shù)，通過52個執(zhí)行器噴射壓縮空氣，連通機翼上方的氣流消除旋翼氣流下洗產(chǎn)生的尾流效應(yīng)，以最大限度地降低懸停時傾轉(zhuǎn)旋翼機的負載。后續(xù)懸停試驗表明，使用主動流動控制技術(shù)減少了9%的負載，相當于68kg的載荷；同時使用主動和被動流動控制技術(shù)可減少14%的負載。但是該項技術(shù)并未在V-22等其他傾轉(zhuǎn)旋翼機上使用。此后，“微型自適應(yīng)流動控制”項目還探索使用主動流動控制技術(shù)控制飛行中旋轉(zhuǎn)的彈藥，以及使用自適應(yīng)流動控制技術(shù)減小內(nèi)埋彈艙的聲學(xué)負載和沖擊作用，實現(xiàn)超聲速環(huán)境下投放“杰達姆”炸彈。

XV-15傾轉(zhuǎn)旋翼機。

2013年，北約科學(xué)技術(shù)組織評估了主動流動控制技術(shù)在無人機中的運用情況，認為其控制飛翼構(gòu)型的無人作戰(zhàn)飛機是“可行且合理的”，還可提升其隱身性能；2019年，該組織分別使用洛馬和波音公司設(shè)計的縮比模型進行了飛行測試。

項目整體進展

“采用新型操縱裝置的革命性飛機控制”項目的第0階段，即概念設(shè)計階段，于2020年7月啟動。DARPA分別授予極光飛行科學(xué)公司（波音公司子公司）、洛馬公司以及佐治亞理工研究公司為期1年的合同，開發(fā)主動流動控制技術(shù)設(shè)計軟件和數(shù)據(jù)庫并予以完善，為后續(xù)研制演示驗證機奠定基礎(chǔ)。前兩家公司對多種飛機概念進行了分析，包括高速突防、高空情監(jiān)偵等平臺以及短距/垂直起降飛機等。BAE系統(tǒng)公司也獲得了第0階段合同，將其在“巖漿”（Magma）演示驗證機和其他項目中運用主動流動控制技術(shù)的經(jīng)驗應(yīng)用于一系列高速平臺中。

BAE公司“巖漿”無人機原型機。

2021年8月，極光飛行科學(xué)公司和洛馬公司進入該項目第1階段，繼續(xù)完善概念設(shè)計；佐治亞理工研究公司獲得第0階段延長合同，進一步優(yōu)化設(shè)計工具以應(yīng)用于后續(xù)實際生產(chǎn)。

X飛機構(gòu)型

極光飛行科學(xué)公司在第1階段聚焦共面聯(lián)合機翼概念設(shè)計，其后掠式前翼和前掠式后翼相連，并向外側(cè)繼續(xù)延伸，以便于測試多種類型的主動流動控制執(zhí)行器。

新型試驗平臺使用主動流動控制技術(shù)，其原理為使用機翼上的多組噴管噴射壓縮氣體，按需將動量添加至邊界層以延遲流體分離并產(chǎn)生力和力矩以替代傳統(tǒng)的機械控制表面，以減輕機身重量、提升飛控效率并增強隱身性能。

極光飛行科學(xué)公司使用主動流動控制技術(shù)的X飛機(風(fēng)洞實驗圖）。

X飛機翼展9m，總重3.2t，飛行速度達Ma0.7。該機在機翼及雙垂尾共計分布14組具有不用掠角的主動流動控制執(zhí)行器作為主要控制手段，出于安全考慮也保留了機械控制面作為備份。鼻錐中的輔助動力系統(tǒng)將提供壓縮空氣，經(jīng)過執(zhí)行器的拉伐爾噴管可達到超聲速的瞬時速度。該階段極光飛行科學(xué)公司和DARPA選擇了技術(shù)更加成熟的穩(wěn)定射流模式，計劃首先研究其對機翼空氣動力學(xué)影響的有效性和敏感性，并逐步拓展至機體其他位置?！安捎眯滦筒倏v裝置的革命性飛機控制”項目結(jié)束后，極光飛行科學(xué)公司將繼續(xù)研究不穩(wěn)定射流模式，該技術(shù)可在減小流量的同時提供更高效的控制。

極光飛行科學(xué)公司X飛機（概念圖）。

關(guān)鍵詞： 控制技術(shù)