FARA引領未來軍用直升機的發展

■ 劉博維 沙紹智 / 中國航發研究院

美國陸軍于2018年發起“未來攻擊偵察直升機”（FARA）計劃，目的是開發貝爾公司OH-58D“基奧瓦”偵察直升機的后繼機型，并作為美國陸軍“未來垂直起降”（FVL）計劃的一部分，也是美國陸軍未來多域戰(multidomain battle)能力提升的一部分。

FARA計劃背景——八仙過海

2017 年，美國陸軍退役了服役近50 年的最后一架OH-58 系列偵察直升機，但尚無可替代OH-58D 的專用武裝偵察直升機，且之前曾2次尋找后繼機型的嘗試均被取消。之后，美國陸軍對AH-64“阿帕奇”做了改型，但其武裝偵察能力并不理想，且使用成本較高。為此，在2018 年，美國陸軍提出FARA 計劃，開始了第3 次尋找OH-58D 后繼機型的嘗試。

2018年6月22日，美國陸軍發布“未來攻擊偵察直升機-競爭原型機”（FARA-CP）計劃公告。該計劃旨在設計、制造和測試適應作戰環境的技術成熟的直升機。新的攻擊偵察直升機將和無人機協同，成為綜合防空體系(IADS)的核心部分，在多域戰場中提供機動能力。美國陸軍希望FARA的巡航速度至少達到180kn，直升機旋翼直徑不大于12.2m。

2018年10月3日，美國陸軍正式啟動FARA原型機競標工作，并將原型機制造分為4個階段：第一階段，計劃在2019年6月授出4 ～6個團隊研發合同，并在2020年4月提供初步設計方案；第二階段，選擇兩個或更多的初步設計方案進入詳細設計階段，并在2020年11月進行最終設計和風險評估；第三階段，競標團隊制造原型機，并進行子系統測試，在2022年11月進行首次飛行，之后原型機交付給美國陸軍進行性能測試和機動性評估；第四階段，確定一個競標方案，開始進入工程制造與開發（EMD）階段。

該計劃發布后，共有8個歐美軍工企業團隊參與競標。在初選階段有3個因為設計方案不符合美國陸軍提出的強制性技術要求被淘汰，分別是麥道直升機公司提出的MD969方案、歐洲空客公司提出的X-3方案以及意大利萊奧納多公司提出的AW609方案。

貝爾360“不屈”

初步方案設計——五家爭鳴

2019年4月23日，美國陸軍宣布授出5個FARA-CP合同，分別給予克萊姆飛機公司、AVX飛機公司（與L3哈里斯技術公司合作）、西科斯基飛機公司、貝爾公司和波音公司。合同要求這5家公司進行為期10個月的設計工作，并在2020年3月選擇2家公司進行第二階段的研制工作，最終的獲勝者將在2028年進行FARA的生產。

貝爾360“不屈”——水平固定翼加主旋翼

貝爾公司基于貝爾525直升機的旋翼系統，開發一款新型旋翼機貝爾360“不屈”。貝爾360“不屈”直升機采用串列雙座布局，以1臺GE航空集團的T901渦軸發動機為主要動力裝置，普惠公司的PW207D1渦軸發動機作為輔助動力裝置。當直升機以180kn的速度飛行時，機身兩側的水平固定翼可以提供50%的升力，使得主旋翼可以提供更多的前飛動力，傾斜的涵道尾槳在平衡主旋翼產生的反作用扭矩的同時還能提供一定的升力。

貝爾公司通過使用成熟的低風險技術與先進制造工藝相結合來保證進度和控制成本。貝爾360“不屈”可提供先進的戰場態勢感知能力，關鍵性能/功能包括：水平固定翼可減少旋翼在前飛時的升力負擔，從而實現高速機動性；輔助動力裝置可在有高功率需求時提高性能；主旋翼具有高速旋轉能力可實現高速飛行；電傳飛控系統綜合技術可減少飛行員的工作負擔，并提供自主飛行能力；速度超過185 kn；飛行時間可超90min；作戰半徑達250km；可配備20mm口徑航炮、集成導彈/火箭/炸彈等彈藥的綜合發射器，以及為其他彈藥預留的掛點；采用模塊化開放式系統架構（MOSA）；其設計盡可能集成了全生命周期過程支持功能，可確保應對多域作戰中高強度作戰節奏時的可用性；采用設計制造一體化制造模型和數字主線工具，可提高飛機全生命周期的經濟可承受性和可靠性。

AR40高速直升機

克萊姆AR40——三槳葉主旋翼加旋轉尾槳

克萊姆飛機公司與諾斯羅普-格魯門（諾格）公司和雷神公司合作，推出帶有主動控制主旋翼的高速復合直升機AR40。克萊姆公司主導該機型的設計和原型制造過程并提供“最優轉速傾轉旋翼”(OSTR)技術，諾格公司提供有人和無人軍用飛機研發、系統集成、生產和保障方面的專業技術，雷神公司則提供系統架構、任務設備和武器能力方面的技術支持。

AR40采用三槳葉主旋翼和旋轉尾槳設計。旋轉尾槳可以在低速時提供反扭矩控制，同時可以向后旋轉以提供更高的前飛速度。AR40的主旋翼直徑為12.2m，比一般直升機的11m主旋翼直徑更大。水平固定翼可提供飛機所需的大部分升力，并在直升機下降或上升期間向上傾斜，以使其在垂直飛行時具有更好的氣動性能。AR40的傾轉尾槳在向前飛行時向后旋轉用作推進螺旋槳。AR40的垂直穩定器可抵消來自主旋翼葉片的扭矩。AR40以單臺T901發動機為動力，飛行速度可達到215kn。

西科斯基“襲擊者”X——復合共軸直升機

西科斯基公司在S-97“襲擊者”和X2復合技術驗證直升機基礎上發展了“襲擊者”X直升機。該機設計理念為研制一種敏捷、致命性和生存力強的復合共軸直升機，以1臺GE航空集團的T901渦軸發動機為動力，可快速開發和交付可改變作戰策略的技術和作戰功能，可提供未來作戰勝利所需的可達性、保護能力和殺傷力。該機融合了X2的技術開發、測試和改進中的經驗，提供了一種作戰人員占主導地位的、生存力強的智能系統。

“襲擊者”X的主要特點包括：借鑒了X2的旋翼設計，包括高響應性的機動性、增強的低速懸停、離軸懸停以及水平加速和制動性能；借鑒洛馬公司在CH-53K、CH-148等使用的先進數字設計和制造技術，可在降低采購成本的同時實現快速和經濟可承受的升級改進，以應對不斷發展的威脅；基于MOSA的航電設備和任務系統，可為計算機、傳感器和武器提供“即插即用”選項，使殺傷力和生存力、作戰任務制定和競爭性提高；通過利用新技術從定期維修和檢查轉變為自我監控和基于狀態的維修來降低飛機的運營成本，提升飛機的可用性；面對未來和不斷發展的威脅，借鑒X2復合共軸技術以提高飛行速度、作戰半徑和有效載荷，提高作戰的靈活性。

“襲擊者”X

波音FARA

CCH

波音FARA——復合推力單主旋翼直升機

波音FARA為推力復合式單主旋翼直升機，采用六槳葉無鉸鏈高強度主旋翼，提供敏捷性和可操縱性；帶角度的傳統四槳葉平衡尾槳，可提供低速機動性；四槳葉尾部螺旋槳推進器提供高速能力。垂直尾翼在尾梁下方，可為推進器提供方向穩定性和防碰撞保護。其他配置還包括兩側掛載武器的水平短翼、前視紅外傳感器和機頭安裝機槍等。

波音FARA的航空電子系統方案按照美國陸軍MOSA要求進行設計，具有通用的電氣、信號和機械接口，能適用于所有飛行平臺進行系統集成。波音FARA以1臺GE航空集團的T901渦軸發動機為動力，串列式雙座椅和模塊化的數字式駕駛艙，具有可重新配置的大屏顯示器和自主功能，集成了電傳控制系統。波音FARA直升機采用內部攜帶武器，折疊艙門也可用作發射器。

AVX的CCH——復合共軸直升機

CCH直升機由AVX飛機公司和L3哈里斯技術聯合研發，是一款帶有共軸雙旋翼和兩個推進涵道風扇的復合直升機。采用這種布局可充分利用發動機功率，提高直升機速度；減小了機體長度和體積；氣動特性對稱，提高機動性；無尾槳結構，增強直升機生存概率。復合共軸直升機可提升飛行速度和安全系數，比傳統單旋翼直升機的安全性提高；可在低空發動機熄火的情況下，使共軸直升機平穩著陸，提高了發動機熄火后迫降的生存概率。

該方案的主要特點包括：并排雙座駕駛艙，針對飛行效率優化了電傳操縱系統；兩個推進涵道風扇，可為高速運行和機動性提供前向和轉向推力；基于MOSA的航空電子設備系統；通過折疊螺旋槳葉片和機翼，滿足C-17運輸機和海軍驅逐艦級別船舶的尺寸限制；模塊化設計，提高部件和系統的通用性。

表1 FARA第二階段兩型直升機與OH-58D直升機部分參數對比

FARA-CP第一階段——花開兩枝

按照美國陸軍要求，FARA在研制和使用方面應具備成熟的技術、可靠的設計、經濟可承受性、研制周期短和維修性好等特征；在作戰應用方面應具備協同作戰和無人系統的指揮與控制、高機動性、低噪聲等特點與功能。根據各公司公布的設計方案，經濟可承受性、高可靠性、高機動性和高生存率等成為FARA的選擇標準。

2020年3月，美國陸軍選中貝爾公司和西科斯基公司的競標方案進入FARA第二階段，將分別完成原型機的設計、制造和測試。預計兩家公司的原型機將在2023年之前開始對比飛行測試，最終獲勝的機型將在2028年前投入使用。美國陸軍計劃購買300 ～400架FARA直升機，補充其偵察直升機機隊，總價值在150億～200億美元。

入選的西科斯基公司和貝爾公司采取了截然不同技術途徑（具體參數見表1）。西科斯基公司推出了其標志性的復合推力構型，該構型基于西科斯基公司此前打破直升機飛行速度世界紀錄的X2技術驗證機發展而來。該方案采用了剛性共軸雙旋翼和推進式螺旋槳的組合，克服了傳統直升機構型對飛行速度固有限制。西科斯基公司已經制造并試飛了兩架S-97原型機，并且與波音公司合作研制、采用相同技術但噸位更大的SB-1“無畏”直升機也實現了首飛。這次競標FARA的方案“襲擊者”X的尺寸則介于S-97和SB-1之間。

貝爾公司構建并測試了一個多功能、攻擊性強和可持久作戰的武裝偵察機原型，旨在為陸軍航空作戰提供更強的殺傷力、生存能力和更大的延伸范圍。貝爾360“不屈”通過優化設計滿足了士兵在多域作戰中對性能、連接性、可持續性和可靠性的要求。該型飛機通過使用貝爾公司成熟的技術，如電傳飛行控制、鉸接式旋翼設計和創新的槳葉設計等，達到或超過陸軍的要求。此外，貝爾公司與柯林斯宇航公司合作，通過集成新一代航空電子硬件和軟件，來滿足FARA競標的目標及其有關合規性的要求。

西科斯基公司認為其復合推力構型效率更高，并指出貝爾公司的設計需要更大功率的發動機才能滿足陸軍提出的速度指標。但貝爾公司則認為采用的傳統構型經過了長時間的考驗，技術風險和單機價格更低，維修性也更好。

結束語

FARA計劃對于美國陸軍的重要性不亞于美國空軍正在研發的先進戰術戰斗機（ATF）項目。FARA計劃使攻擊偵察直升機在速度、航程和續航能力等方面相對于傳統直升機有了重大改進，這無疑也將會引領軍用直升機未來的發展。