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軍事論壇

下一代軍用垂直起降飛機研發與運用

◎寧博

 美軍直升機歷經伊拉克與阿富汗戰事之後,已磨損老舊亟需更換,因而美國國防部長在2009年提出「未來直升機種Future Vertical Lift, FVL」構想,藉以取代現有各型軍用直升機,FVL計畫預估總經費高達上千億,預計在2030年後可用以取代大約4千多架的各型直升機。未來將應用全新的科技、材料及設計,藉以開發五大類旋翼機,具備飛得更快、更遠,載得更多、更可靠,容易維修與運作,而為降低系統營運成本,要求具有共通的硬體設備,包括感測器、航電、發動機與反制等系統,以縮短後勤補

 FVL先導計畫

 為能展現科技應用效益,FVL的先導計畫為聯合多用途技術展示計畫,主要在訂定下一代軍用直升機種需求實現構想,規劃在2017年挑選出技術展示機種。這項計畫已由最初4家競爭廠商,精選出兩家並開發出概念驗證機展示,首先是由S-97衍生的SB-1,這是塞考斯基直升機公司的產品,第二家則是貝爾公司的V-280傾旋翼機。透過先導計畫,美國陸軍將在2019年設計生產與部署未來直升機種,最後再選出可以採購的新型直升機家族,並在2030年初可以開始部署,不過實際可能提早數年,約在2020年代後期開始。預期美國海軍也將加入,藉以取代老化中的MH-60 海鷹式,而陸戰隊也會以此機種取代現有的UH-1Y多用途型與AH-1Z攻擊型等各型直升機。

 美國陸軍選擇的貝爾團隊,是由貝爾直升機公司與洛馬公司所組成,在2016年英國法茵堡航展中展出實體概念機,真正的機體則正在貝爾公司德州生產基地建造與組合中,預定在2017年初可以進入首次飛行與飛行測試階段。編號V-280的英勇式是類似現役的V-22魚鷹式,延續貝爾V-22傾旋翼機概念,主翼兩側具有可旋轉的動力莢艙,由於美軍需求是人員可以從機身兩側進出,而非如V-22方式僅能從後方坡道門進出,此一特別需求也導致V-280的動力莢艙安排不同於V-22。兩款機型的動力莢艙都是可以轉至向上與向前,向上使得飛機從地面垂直起飛,再逐漸改為向前傾,最終成為向前的飛行,V-280動力莢艙的安排是避免如V-22將整套包含發動機、齒輪箱與螺旋翼組件的動力莢艙一起旋轉90度,V-280是透過螺旋起重機構將旋翼與齒輪箱之組件傾旋轉動90度,而發動機餘的部分則是固定於機翼兩側。

 V-22主翼兩側端之翼中齒輪箱不僅負責驅動旋翼,也負責一旦單側發動機失效,會將另一側發動機動力均勻分配傳動兩側的螺旋翼。由於螺旋翼相當特殊,因而有專屬名詞proprotor,亦即為螺槳與旋翼相結合之詞。V-22由於主翼型態兩側皆略微向前掠與向上,因而傳動軸是透過分段方式連結,造成主翼內線束、液壓系統與旁通空氣道都必須穿過連結處,使得後續的保養維修相當耗工費時。相對於V-22,V-280使用直翼布局,以及機尾有採取V字形的兩片尾翼,傳動軸與管路都採取直管方式,形成具有輕量化與擁有較低成本的特色。

 V-280重點設計降低成本與減重

 比起V-22,V-280是以降低成本與重量為重點設計,主要在滿足陸軍對於速度的要求,相較於UH-60黑鷹式直升機的巡航速度在150節(時速278公里),V-280的速度在280節(時速519公里)。不空中加油V-280空運航程在2100浬3889公里),而UH-60僅有1200浬(2222公里),正如貝爾所言無論在速度與航程上,V-280幾乎都是黑鷹的兩倍。不過如同黑鷹,V-280也在高度1萬呎(3048公尺空中巡航,因此機艙是無加壓的,機組員也是兩名飛行員與兩位機組員。

 由於觸控面板技術成熟,因此駕駛艙航電系統安排也如同F-35儀表板一般,使用全觸控螢幕,連結飛行員頭盔,而機首下方預留兩個孔洞,近V字形尾翼處兩個孔洞,以及在機身上下方都有一個孔洞,總計6個孔洞都可安裝攝影機,這套系統稱為分散式孔徑系統,也是非常類似F-35的設計方式,蒐集進來的影像透過程式處理後,可以提供在飛行員頭盔顯示全方位360度的視野,無論在任何上下左右角度都可觀察。目前這套操控系統已經在模擬器中使用,提供未來飛行員熟悉V-280系統運作。而武器與防衛性反制系統都將與UH-60相同。V-280預計在2017年4月進行地面的繫繩垂直起降飛行測試,9月進行首次飛行。

 另一入選團隊是塞考斯基與波音所組團隊,推出塞考斯基的雙層同軸相互反轉旋翼直升機,基本上是以該公司S-97奇襲者為基礎衍生而出的挑戰式SB-1,S-97是屬於輕型直升機,最大重量僅有11000磅,而真正參與競標的機型SB-1將會重達30000磅。S-97是SB-1的創新技術展示機,兩者體型類似,構造相同,都是具有上下兩層同軸相互反轉各具6片旋翼,再由機尾的六槳葉的動力組推進加速,一般直升機起降飛行均仰賴旋翼提供的升力,但是旋翼的複雜氣動力往往限制住直升機巡航速度,無法超過時速322公里的極限,SB-1構型因而突破此一界線。

 基於塞考斯基公司過去研製同軸相互反轉旋翼機的經驗,特別是由自有資金建造的技術展示機X-2,從2008年11月起總共飛行了23次獲取相當有用的經驗。X-2飛行時速超過250節(每小時463公里),今年中S-97試飛測試已經達到預定所有預定測試項目,完成超過上百小時飛行,包括搭載任務載重飛至200公尺高空,攜帶外掛武器達到每小時408公里的時速,高速迴旋達3G的運動力等。S-97可以搭載2名飛行員外加6名全副武裝士兵,以及附載全外掛的武器系統。

 各家直升機公司未來生存關鍵

 塞考斯基公司希望利用S-97作為生產示範原型機,其有效運作可使美國陸軍重新考慮已經束之高閣的武裝偵蒐直升機計畫,也將S-97作為30000磅級SB-1的降低風險展示機,成為未來直升機種計畫的獲選機種。目前SB-1機體已經組裝完成,預期SB-1時速度可以比UH-60快185公里,增大60%作戰半徑,並使其在高熱氣候狀況下盤旋性能多出50%。由於SB-1進展緩慢,因此在2017年後期才會進行首次飛行,目前該團隊已先設立全功能的系統整合實驗室與駕駛艙模型,進行各種飛行操控軟硬體整合測試,用於推進系統測試的原型機也幾近完成。目前該公司已經完成兩架 S-97,第一架專用於飛行包絡線測試,同時用以展示S-97的關鍵性能,第二架則是用於參與航展與顧客飛行展示。

 透過技術展示原型機製造與測試,兩家團隊都希望可以贏得計畫案,雖然貝爾團隊的產品進度快過塞考斯基團隊,但時候未到鹿死誰手仍未知,況且新型直升機的軍方訂單之後還有龐大的商業訂單在等著。無論如何,洛馬公司都有希望押對寶,因為除了以航電系統參與貝爾團隊外,它還在2015年11月購入塞考斯基公司,可以說這項未來直升機種計畫將關係著各家直升機公司的未來生存關鍵。(作者為僑光大學助理教授)

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