透視美國陸軍航空及導彈研發工程中心

李昊+袁成

美國陸軍是世界最大的旋翼機使用方，裝備了超過4 000架各類旋翼機，約占世界旋翼機總量的1/10，軍用旋翼機裝備量的1/4。陸軍對旋翼機技術的需求直接影響了世界旋翼機技術的發展方向。而對于美國陸軍航空兵來說，“航空及導彈研發工程中心”（AMRDEC）占有重要地位，該中心的技術發展方向對美國陸軍旋翼機作戰能力有著重要影響。

AMRDEC的前身之一是陸軍“航空研究、開發及工程中心”（AVRDEC），其參與了陸軍歷史上多個重要旋翼機型號如UH-1“休伊”、AH-1“眼鏡蛇”、UH-60“黑鷹”、AH-64“阿帕奇”等，并在20世紀60年代開展了多個先進構型原型機的研制和飛行試驗，為之后的V-22“魚鷹”等新概念高速旋翼機的研制奠定了基礎。AVRDEC還承擔了“長弓”火控雷達、“阿帕奇”有人/無人編隊技術的前期技術發展工作等。

中心概況

AMRDEC成立于1997年，由“導彈研究、開發及工程中心”（MRDEC）和“航空研究、開發及工程中心”（AVRDEC）整合而成，以滿足陸軍新建立的“陸軍航空及導彈指揮部”（AMCOM）的科研需求。目前AMRDEC共有約3 000名正式員工，有超過2000人是工程師和科研工作者，而非服役軍人。此外，AMRDEC還有6 000名以上的合同員工。AMRDEC擁有超過17.7萬平方米的工作、試驗場地，年度預算約30億美元。

AMRDEC是美國陸軍主要的科研及管理機構之一，由陸軍“研發及工程司令部”（RDECOM）領導，使命是研發陸軍航空器和導彈的技術方案。2015財年美國陸軍航空科研預算中，AMRDEC占總經費1.76億美元的83%，約1.46億美元。AMRDEC在型號方面也承擔重任，如美軍最重要的旋翼機項目之一——“聯合多任務旋翼機”（JMR）即由其下屬的“航空應用技術委員會”（AATD）負責。此外，AMRDEC還承擔多個航空項目執行辦公室每年數億美元（2014財年為7.37億美元）的技術支持工作。

AMRDEC在旋翼機領域和美國國防部、NASA、DARPA、高校和工業界開展了密切合作，也與北約等機構有多個國際合作項目。AMRDEC目前擁有3個旋翼機中心，分設在佐治亞理工大學、馬里蘭大學和賓州州立大學。

AMRDEC的航空科研機構

“航空開發委員會”（ADD）承擔了AMRDEC主要的航空科研工作，該委員會是一個非實體機構，總部設在阿拉巴馬州的紅石兵工廠。其下屬主要機構有“航空應用技術委員會”（AATD）和“航空飛行動力學委員會”（AFDD）。

航空應用技術委員會AATD總部位于弗吉尼亞州尤斯蒂斯堡，主要任務是開發關鍵技術和產品、推動其技術成熟，為陸軍旋翼機裝備提供保障。主要領域包括：航電與網絡、自主性技術與編隊協同、生存性技術、作戰及效能評估、傳動系統、發動機、機載系統、型號支持。

AATD還建有一個由政府和承包商組成的機構，為AH-64、UH-60、AH-1、UH-1、OH-58等直升機和C-12飛機提供維護及訓練服務。AATD下屬的飛行項目辦公室則負責提供原型機武器系統飛行測試所需的儀器設備，包括機載傳感器、信號調節及編碼設備、狀態記錄儀、遙測發射機/接收機和解碼器等。

航空飛行動力學委員會AFDD總部位于加州莫菲特機場，是與NASA艾姆斯研究中心同地協作的一個機構，共用其空氣動力學相關設施和風洞等。AFDD涉及的主要領域包括：風洞測試、飛行研究、概念設計、旋翼系統、飛行力學計算及實驗、飛行器管理及控制、人機交互界面等。

除ADD外，AMRDEC還設有一個“航空及工程委員會”（AED），負責系統研制所需工程手段的開發，還能為美軍和對外軍售的直升機、發動機、組件提供現場維護，以及維修、改進、升級服務。

AMRDEC當前主要研究方向

目前，AMRDEC航空科研工作聚焦6大領域，即基礎科研、設計與評估、平臺技術、動力技術、機載系統和保障。

基礎科研主要關注與垂直起降有關的原理性研究，其中旋翼空氣動力學和飛行力學是難點最集中的領域。該領域的試驗研究包括：旋翼渦流和氣動干擾研究，以及先進流動控制及診斷方法驗證等；基于等離子和射流作動器的全新流動控制技術也是一個方向，該技術可降低機身阻力，提高飛行速度。

設計與評估設計與評估領域的工作集中在中型、輕型和重型“未來垂直起降飛行器”方案研究上，該研究與FVL聯合需求小組共同進行。這一領域的研究還包括開發更好的計算機建模工具，用于FVL方案及現役機型的計算。

平臺技術主要任務之一是研究全新構型，以解決未來旋翼機的飛行速度顯著提升時阻力過大的問題，AMRDEC還將開展主動減阻技術的模擬測試，驗證其在風洞條件和實際飛行時的效果。

可靠性也是研究重點。AMRDEC將把已在固定翼飛機上檢驗過的提升可靠性的方法用于旋翼機上，如電傳飛控技術就是一種能提高旋翼機操縱性、降低結構載荷并延長壽命的有效途徑。

生存性方面，目前研究的方向之一是通過內部/外部氣囊和先進的乘員約束裝置提高旋翼機及其乘員的戰場生存性。陸軍還在研究通過數據收集和處理對墜機可能性進行預測，以便在墜機不可避免時能夠提前做好保護措施。

平臺技術領域目前的終極目標是“保證直升機只要不是被不可抗拒的外力摧毀，就始終具備飛行能力“。這些創新技術將用在“黑鷹”系列直升機的下一個主要升級型上。

動力系統動力領域目前主要目標是多用途、智能的渦軸發動機和傳動系統，以提升旋翼機的作戰半徑、航時，并提高維護性。

在渦軸發動機方面，AMRDEC啟動了“改進渦輪發動機項目”（ITEP）、“經濟可承受渦輪發動機”（FATE）和“替代概念發動機”（ACE）等技術項目，以滿足現役直升機換發，以及未來旋翼機要求更高的動力需求。

除上述技術發展項目外，該領域技術研究的重點是以下3個方向。

一是包含在“先進變速動力渦輪計劃”（AVSPOT）項目中的可變轉速發動機和傳動系統，這將允許旋翼機在更大范圍內改變旋翼轉速，從而提升其在高速飛行下的性能，以適應新構型的需求。

二是發動機智能過濾系統的評估，該系統能更有效地過濾揚沙和塵土，降低沙塵環境對發動機的影響。該系統能根據使用環境隨時打開和關閉，從而提高非沙塵環境下全機的使用性能。

三是發動機/傳動系統健康診斷和預測技術，該技術能夠在保證系統可靠運行的前提下，提高系統的維修間隔，從而降低維護費用。

這3個方向中，變轉速傳動/發動機主要用于滿足新構型旋翼機的研制需求，而另外兩項則更多地用于現役機型的改進。

機載系統任務系統的研究工作涉及以下5個方面：人機界面；系統和傳感器；生存性技術；航電系統和網絡；編隊、自主控制和信息管理。

該領域研究重點之一是加強飛行器在低可視度環境、揚沙環境或黑暗環境下的操縱能力。研究涉及先進飛控系統、用于低可視度環境的先進傳感器，以及先進的信號數據格式3個方面。先進的信號數據格式能夠快速、綜合地為駕駛員提供必要信息，或在靠儀表飛行時為設備提供數據。

信息管理技術領域的一個重點研究方向是可輔助飛行員決策并提出建議的軟件，該技術不僅涉及現役的有人直升機機隊，還包括了無人機系統。

在任務系統領域，針對現役機型的升級技術正在進行，如將無人機作為有人直升機僚機的研究。隨著陸軍當前的“航空重組計劃”（ARI）的推進，該技術的需求也變得日益迫切。陸軍目前已根據ARI計劃，逐漸退役OH-58“基奧瓦勇士”，但輕型攻擊/偵察能力需求仍存在，因此陸軍計劃用該技術，以AH-64/ MQ-1C“灰鷹”組隊來填補OH-58退役后留下的任務能力缺口。

維護保障目前該領域的主要項目是“旋翼機任務自助系統技術”（AS？ TRO）。根據設想，ASTRO能在失效前向飛機和駕駛員傳達關于飛行器的健康預測信息，并提出處理建議。其將分析各部件的健康數據，如溫度峰值、壓力變化、噪聲和振動等，并將其轉化為平臺的問題信息和處理方法輸出。該技術有助于FVL實現“零維護”的目標。

現階段重點項目

“聯合多任務旋翼機”JMRJMR項目是美軍當前唯一的新機研制項目，計劃研制一個高速旋翼機產品系列，替換UH-60、AH-64、OH-58等現役直升機。美國陸軍對JMR項目提出跨越性技術指標：35℃、1 828米海拔高度平飛速度達到426千米/時，比現役機型的280千米/時提高約50%；航程比現役機型提高約60%，作戰半徑達到約420千米。

該項目啟動于2004年。2011年，陸軍開始JMR技術驗證工作，將中型通用型作為JMR系列的研究起點。構型研究于2013年年初結束，陸軍在當年10月發布了驗證機研制第一階段合同，西科斯基/波音、貝爾、AVX和卡雷姆公司獲得該合同，AVX提交了一個共軸雙旋翼加尾部雙涵道推進槳的方案，卡雷姆公司提出的是一個傾轉旋翼構型方案。這一階段于2015年8月完成，西科斯基/波音聯合團隊的SB-1和貝爾公司V-280方案勝出。

目前，獲勝的兩個團隊正在改進設計方案并建造原型機。陸軍計劃，2017年實現原型機首飛，2020年前完成全部驗證和評審，并選擇一個方案開展工程機研制。生產型機預計在2028年前后交付部隊。此外，陸軍在2016年上半年還決定為落選的AVX公司和卡雷姆公司各提供一筆約1 000萬美元的經費，供其完成設計方案的關鍵試驗，以驗證其性能水平。

“旋翼機低可視度環境增強”（DVE-M）DVE-M項目于2013年啟動，預計2019年完成，目的是尋求一種能在低可視度環境（DVE）下幫助直升機駕駛員安全駕駛并完成任務的方案，DVE環境包括沙塵、積雪、濃煙、云霧、夜晚和對比度過低的環境等。

該系統使用近/遠紅外傳感器、雷達和激光雷達數據，在顯示器上進行數據融合，同時將飛行矢量作為飛行控制系統輸入，使其能控制安全的飛行航跡，而不會給飛行員帶來過度的工作量。該系統能對各種傳感器技術“即插即用”。

該項目又被命名為“褐盲（近地飛行時地面沙塵被揚起而導致的視線受阻）環境旋翼機增強系統”（BORES），將安裝在陸軍約300架貨運、通用和醫療救護直升機上，包括UH-60M/V和CH-47F等。陸軍于2015年發布了項目的信息征詢書，共有19家公司響應。最新進展是在2015年下半年，陸軍向賽拉內華達公司授出一份“視覺退化環境領航系統”（DVEPS）開發合同，為其直升機開發傳感器系統，系統測試于2016年進行。

“改進渦輪發動機項目”（ITEP）項目旨在為“黑鷹”和“阿帕奇”研制2 205千瓦（3 000軸馬力）級別的先進渦軸發動機，同時為中型JMR旋翼機的動力系統搭建技術橋梁。目標是在保持T700渦軸發動機重量的基礎上，把油耗降低25%、功率提高50%、成本降低35%。先進渦輪發動機公司（ATEC，霍尼韋爾和普惠的合資公司）的HPW3000和GE公司的GE3000參與項目競爭。2013年7月，ATEC公司成功完成首臺HPW3000發動機的耐久性試驗，并于9月開始在第二臺發動機上進行性能和吸沙試驗，進一步驗證發動機的硬件系統。GE公司的首臺GE3000也已完成試驗工作。

AMRDEC主要航空科研設施

AMRDEC擁有多個旋翼機研發設施，主要用于基礎技術、前沿技術研發及實驗，并為平臺設計制造/飛行試驗/專項試驗提供支持等。其主要設施如下。

2.1×3.0米風洞該風洞位于莫菲特機場，主要用于旋翼機前沿技術、專用技術研究，如先進旋翼機概念設計或現役旋翼機氣動問題研究，試驗段最高風速可達到185.2千米/時（51.4米/秒）。

4.3×6.7米亞音速風洞該風洞與NASA蘭利研究中心共用，位于弗吉尼亞州漢普頓，是一個閉環風洞，用于測試動力驅動和高升力構型，最高風速可到370.4千米/時（102.9米/秒）。試驗段壁板和頂板可拆卸，允許配置成多種構型，如全封閉、開縫、部分開放或全開放式。風洞可用于旋翼機性能、載荷、聲學特性、流體物理學等相關測試。該風洞擁有非侵入式流場測量系統，可提高數據采集的效率。

航空飛行支持設施該設施位于尤斯蒂斯堡的菲爾克陸軍機場，擁有1個 22.9×61.0米的機庫及2個旋翼機停機坪。前文提及的政府及承包商組成的現役機型保障訓練機構即位于此。其飛行項目辦公室可提供測試計劃及試飛員。

彈擊試驗設施該設施位于尤斯蒂斯堡，包括2個露天的和1個室內的彈擊試驗場地，并安裝了數據采集和分析設備，可承擔全尺寸樣機的各種彈擊測試，從機槍子彈到30毫米穿甲彈、高爆燃燒彈等彈藥的測試均可進行。

對抗手段試驗設施該設施位于尤斯蒂斯堡，可在模擬的飛行器環境下進行渦軸發動機聲學、紅外輻射等目標特征的測量，測量設備可同時收集96個壓力信號通道和105個溫度信號通道的數據，其使用的“可移動飛行器紅外測量系統”（AIMS）同時也能用于在外場進行全譜系紅外信號特征的測量。

設計及分析設施該設施位于尤斯蒂斯堡，用于飛行器部件、子系統及其它裝置的工程設計，擁有各種專用軟件及NISAⅡ等工程分析工具。

研發制造設施該設施位于尤斯蒂斯堡，提供專用設備/結構的航空制造能力支持，同時也承擔了陸軍航空科研所需的原型機制造工作。該設施能夠制造幾乎所有的機械零件，其制造精度可達到千分之一英寸（25.4微米）。

飛行控制技術實驗室該實驗室位于紅石兵工廠，用于直升機飛行控制技術開發，以提升陸軍現役飛行器的作戰能力。實驗室承擔了電傳飛控系統等的飛行控制率開發和評估工作。

飛行研究支持設施該設施位于尤斯蒂斯堡，擁有機庫及飛機改裝、測量和支持保障設備，可提供有人或無人的固定翼/旋翼機的飛行試驗支持能力。

儀表設備設施該設施位于尤斯蒂斯堡，用于提供原型武器系統飛行試驗所需的各種機載傳感器、轉換器、信號調節/解碼設備等。

大型旋翼試驗臺該試驗臺位于莫菲特機場，一般在國家全尺寸空氣動力學綜合體（見下文）風洞中使用。該試驗臺擁有完整的操縱和傳動系統，可進行全飛行包線、全尺寸的旋翼部件的試驗。

NASA垂直運動模擬器該設施位于莫菲特場，屬于NASA蘭利研究中心，由AFDD與NASA共同使用。其擁有4個可互換的模擬座艙，通過計算機圖像生成器生成視覺圖像。該模擬器是世界上運動幅度最大的6自由度模擬器。

國家全尺寸空氣動力學綜合體該設施屬于NASA，AFDD是其主要使用者。主要用于旋翼機的全尺寸氣動測試，是世界上最大的風洞。其擁有2個獨立的試驗段，試驗段尺寸分別為12.2×24.4米和24.4×36.6米，最大風速可達463千米/時（128.6米/秒）。

“紅石航空推進測試及研究”（RAPTR）設施RAPTR位于紅石兵工廠，是一套先進的地面級渦軸發動機測試設施，能夠對各種功率的渦軸發動機及部件進行測試和評估。

旋翼機先進系統概念機載試驗室（RASCAL）該設施位于莫菲特，是一臺全權限、電傳飛控、全顯示駕駛艙的飛行模擬器，基于UH-60A構建，該機的軍方代號為JUH-60A。該機由NASA和AMRDEC共同使用，可用于飛行控制、先進導航顯示等試驗任務。

小型無人機（UAV）設施位于尤斯蒂斯堡，主要用于無人機的裝配和保障，也可提供航電和地面支持設備。

結構測試設施位于尤斯蒂斯堡，試驗設施包括：旋翼槳葉中段疲勞試驗臺、旋翼槳葉根部測試試驗臺、扭轉疲勞試驗機、拉伸強度試驗機等以及一個可承載UH-60系列或類似直升機的托架。

“飛行器天線測量設施”（VAMF）位于尤斯蒂斯堡，該設施具備自動天線增益輻射圖測繪能力，并擁有一個可調節的飛行器旋轉系統，該系統能夠承載最大18.6噸、輪間距11.0米的飛行器，并能夠在水平方向360°旋轉飛行器，以繪制天線和傳感器的無線電頻率輻射圖。

除ADD和AED的科研設施外，AMRDEC其它各部門如“系統仿真及開發委員會”（SSDD）、“工程委員會”（ED）、“推進及結構委員會”（P&S）、“軟件工程委員會”（SED）等也擁有多個與航空相關的實驗室等設施，如復合材料結構制造設施、飛控作動系統測試設施、無人系統的聯合技術中心/系統集成實驗室、OH-58“駕駛艙操縱規程訓練器”軟件、UH-60系統集成實驗室等。

總之，AMRDEC是美國陸軍航空科研體系中重要的一環。其主導了美國陸軍目前最重要的旋翼機項目JMR/FVL，該項目的最終成果很可能成為美軍未來最主要的高速旋翼機裝備，同時對世界高速旋翼機發展方向產生深遠影響。此外，AMRDEC也將在先進機載系統、高性能渦軸發動機等領域繼續引領旋翼機發展潮流。