美軍積極推進X-65驗證機研發

大多數有人機和無人機利用機翼上的副翼、尾翼上的升降舵、方向舵等翼面運動來控制飛行，完成俯仰、偏轉、橫滾等機動。而X-65驗證機利用射流控制系統控制飛行。在飛行過程中，壓縮空氣噴射在翼面上，翼面產生力和力矩。壓縮空氣噴射在前機翼、后機翼、左右側外機翼的每個上翼面后部，上翼面產生垂直升力。隨著射流量的增加，升力增高。當射流控制作動器關閉時，上翼面不產生垂直升力。壓縮空氣噴射在前機翼表面，X-65完成俯仰機動；壓縮空氣噴射在后機翼表面，X-65便向后低頭；壓縮空氣噴射在右側、左側外機翼表面，X-65完成橫滾機動；壓縮空氣噴射在尾翼表面，X-65完成偏轉機動，尾翼是傾斜的，因此存在一些耦合。

掃射流作動器、共流射流作動器、等離子體作動器、渦流發生器、合成射流作動器等射流控制技術已經成熟達幾十年，但航空器早期設計方案尚未把射流控制系統作為主要飛行控制系統。

技術應用

2019年，美國國家航空航天局（NASA）為一種由等離子體作動器、合成射流作動器組成的控制系統申請了專利，目的是制造沒有任何運動翼面的機翼。這些作動器安裝在機翼上，基本不需要維護。

F-16“戰隼”戰斗機和XV-15傾轉旋翼機驗證機除使用傳統飛行控制系統外，還使用了射流控制系統作為“替補與修復”手段。

洛克希德-馬丁公司臭鼬工廠已申請50多項與射流控制技術有關的專利，并將其中一些專利技術應用于SR-71“黑鳥”偵察機和F-104“星式戰斗機”戰斗機。

研制歷程

2019年，美國國防預研局（DAPAR）啟動“基于新型效應器的革命性航空器控制”（Control of Revolutionary Aircraft with Novel Effectors，CRANE）計劃，旨在設計、制造、試飛一種使用射流控制（Active flow control，AFC）技術的新型航空器。

2020年11月，波音公司旗下的極光飛行科學公司獲得美國國防預研局授出的一份合同，負責設計、制造1架采用射流控制技術的驗證機X-“飛機”（X-Plane）。按照“基于新型效應器的革命性航空器控制”計劃，極光飛行科學公司與波音公司、亞利桑那大學合作，共同承擔該計劃第0階段合同規定的工作，開發驗證機早期設計方案所使用的射流控制技術，并利用定制型X-“飛機”驗證機開展射流控制技術驗證試驗。為確定X-“飛機”驗證機方案，極光飛行科學公司在一年內開發了多個任務域的射流控制技術，設計了兩種驗證機方案。

2021年8月，極光飛行科學公司被美國國防預研局選中，繼續承擔“基于新型效應器的革命性航空器控制”計劃第1階段合同所規定的工作，完成了X-“飛機”的初步設計和1架25%縮比驗證機，并在加利福尼亞州圣迭戈市的一個風洞試驗室對驗證機進行為期4周的風洞試驗，收集了超過14000個數據，其中包括8860個射流控制技術數據。這些數據為射流控制系統飛行控制律設計奠定了基礎。這架縮比驗證機機翼安裝了11個傳統運動翼面和14組射流控制陣列。

2022年12月，極光飛行科學公司獲得“基于新型效應器的革命性航空器控制”計劃第2階段合同和第3階段合同，并收到第2階段合同中的經費。根據第2階段合同中的工作要求，極光飛行科學公司完成了詳細工程設計方案，并啟動1架X-“飛機”全尺寸驗證機制造。第3階段合同規定的工作是，極光飛行科學公司在位于弗吉尼亞州、西弗吉尼亞州和密西西比州的工廠完成X-“飛機”全尺寸驗證機制造，并開展射流控制技術驗證試驗。

2023年5月，極光飛行科學公司為美國國防預研局設計的驗證機被命名為X-65。此舉提升了“基于新型效應器的革命性航空器控制”計劃的地位。

2024年，在美國國防預研局“基于新型效應器的革命性航空器控制”計劃支持下，極光飛行科學公司獲得一份合同，將研制和試飛1架X-65驗證機，預計在2024年底之前完成驗證機制造，2025年6月之前開展首飛，2025年6—12月進行飛行試驗。

射流控制系統已經在風洞試驗中完成測試，但這并不能保證該系統能夠控制全尺寸驗證機飛行。因為風洞中的吹氣孔很小，微小的偏差會產生很大的差異。因此，極光飛行科學公司在第一階段飛行試驗中將參照傳統控制系統的性能指標，對射流控制系統進行校準，并采用一種能校準射流控制系統的方法控制X-65飛行。只有當射流控制系統完成校準后，X-65驗證機才會單獨利用該系統控制飛行。

極光飛行科學公司將利用飛行包線中央區域的飛行參數開展第一階段飛行試驗，根據時間和經費預算，在第二階段飛行試驗擴大飛行包線，但是不會使用被擴大的飛行包線某些區域的飛行參數。X-65在某些迎角下存在問題，但永遠不會在這些迎角下飛行。

當所有試驗結束后，美國國防預研局希望將X-65驗證機移交給合作伙伴使用。為此，該局正在尋找一家潛在合作伙伴。另一個選擇是，美國國防預研局將繼續使用X-65開展更先進的射流控制技術驗證試驗。

技術數據

X-65驗證機翼展9.1m，空機重量超過3178kg，尺寸與軍用教練機相似。美國國防預研局一直期待超聲速飛行，希望射流控制系統能提高X-65在起飛時的升力，以及X-65能實現更高的飛行速度。該機設計飛行速度為Ma0.58，但極光飛行科學公司設計了一種淺俯沖機動方案，飛行速度進而達到Ma0.7，而且X-65驗證機能以Ma0.7的速度飛行足夠長的時間來獲取一些試驗數據。

設計特點

X-65只是一架控制技術驗證機，并不是實戰裝備，也不會提升射流控制技術水平。它采用非常規聯翼氣動布局構型方案，機翼平面形狀為獨特的菱形，旨在讓試飛團隊收集全尺寸驗證機的大量射流控制技術信息。機體結構由金屬鋁制成，機身蒙皮采用復合材料制成。射流控制系統使用的空氣壓縮設備、空氣冷卻裝置和管路密集地布設在機身內部。

動力系統

X-65驗證機以威廉姆斯國際公司研制的發動機為動力，S形發動機進氣道位于機頭下部。

射流控制系統

X-65驗證機控制系統由傳統機械控制系統和射流控制系統組成。

射流控制系統擁有14組射流控制作動器，1個獨立單元控制1組作動器工作。每個前翼分別安裝2組作動器，1對前翼共有4組作動器；每個后翼分別安裝2組，一對后翼共有4組；左右側外機翼分別安裝2組，2副外機翼共有4組；每個尾翼分別安裝1組，一對尾翼共有2組。射流控制系統通過管路向每組作動器的每個噴氣口輸送等量高壓空氣，因此技術人員對管路設計產生了興趣。由于X-65使用非剛性機翼，所以不能安裝剛性管路。

傳統襟翼、方向舵使用電動作動器，而射流控制系統使用電動流量控制閥來控制實時流量。極光飛行科學公司三余度數字飛行控制系統經過升級后，能與射流控制系統協同工作，控制電動作動器和電動流量控制閥工作。

輔助動力裝置

加拿大普惠公司研制的APS3200輔助動力裝置（APU）為射流控制系統提供質量流率為68kg/s的壓縮空氣，該質量流率是一個非常恒定的數值。空氣從機頭上方的進氣道進入輔助動力裝置，位于機身兩側的2個排氣口排出空氣。壓縮機加熱了空氣，因此熱交換器冷卻空氣。當射流控制作動器噴氣口不噴射高壓空氣時，另一個排氣口排出多余的高壓空氣。針對輔助動力裝置排氣技術、輔助動力裝置排出的高壓空氣撞擊尾翼后產生的影響，美國國防預研局和極光飛行科學公司做了大量研究和分析工作。

模塊化設計

射流控制系統、左右側外機翼均采用模塊化技術，可以更換新組件。

技術優勢

2019年，美國國防預研局在征集射流控制系統方案時強調，該系統應替代副翼、襟翼等運動翼面，實現穩定的飛行控制，并減小空機重量，降低復雜性，提高性能。由于不必考慮飛行員的生理限制，該技術更適用于無人機。射流控制技術具有如下幾方面優勢。

一是減輕重量，增加續航時間。航空器使用射流控制系統后，重量減輕，可安裝更厚的機翼，攜帶更多的燃料，續航時間增加。

二是增大航空器起飛時的迎角，提高起降能力，實現超短距離起降（ESTOL）。采用射流技術的飛機和無人機可擴展作戰方式，起降地點選用更加靈活。

三是實現隱身性。射流控制技術能減小反射雷達信號的機翼的面積，航空器更難被雷達探測，獲得良好的隱身性能。射流控制系統更加靜音，能最大程度降低航空器被音頻傳感器探測的概率。

四是提高機動性。射流控制系統替代傳統運動翼面，航空器具有高效空氣動力學特性，更易采用流線型機身，具有更高的機動性。

五是降低機械復雜性，提高可靠性。使用射流控制系統的航空器沒有傳統副翼、方向舵使用的各種作動器和其他組件，可能損壞的零部件數量相應減少，可靠性提高，同時維修成本降低。