2020年2月25日，美國空軍簽署并發(fā)布“創(chuàng)新能力開放征詢書”，正式確立“敏捷至上”項(xiàng)目。參與并入選的eVTOL飛行器將在美國空軍的協(xié)調(diào)下，獲得美國政府和國會設(shè)立的“小型企業(yè)創(chuàng)新研究”基金（SBIR）和“小型企業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)化”基金（STTR）資助，以及來自工業(yè)界的協(xié)助。美國空軍下屬的AFWERX項(xiàng)目辦公室與空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）一同確保政府資助和工業(yè)界的協(xié)助落實(shí)到位。2021年，該項(xiàng)目已篩選出一批出色的eVTOL飛行器進(jìn)行“適航取證競賽”。

“敏捷至上”項(xiàng)目的運(yùn)營架構(gòu)圖

“敏捷至上”項(xiàng)目將參賽飛行器按應(yīng)用場景分為三大類。

01

第一類面向大型載人飛行器。

有效商用載荷3～8人，采用全電或混合電推進(jìn)，航程大于161km，飛行速度大于161km/h，航時(shí)超過60min。

02

第二類面向小型載人飛行器。

有效商用載荷1～2人或同等重量的貨物，采用全電或混合電推進(jìn)，航程大于16km，飛行速度大于72km/h，航時(shí)超過15min。

03

第三類面向貨運(yùn)飛行器。

有效商用載荷大于230kg，最大起飛重量大于600kg，采用全電推進(jìn)或混合電推進(jìn)，航程大于322km，飛行速度大于161km/h，航時(shí)超過100min。美國空軍希望通過“敏捷至上”項(xiàng)目促進(jìn)eVTOL飛行器商業(yè)市場的成熟，建立和完善相關(guān)產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈，最終推進(jìn)軍用飛行器的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)軍民市場的共同發(fā)展。根據(jù)計(jì)劃，該項(xiàng)目已在2021年篩選出一批eVTOL飛行器進(jìn)行“適航取證競賽”，當(dāng)前進(jìn)入到這一環(huán)節(jié)的飛行器產(chǎn)品約有20款。其中，喬比公司的S4、貝塔技術(shù)公司的“阿麗亞”、軍刀飛機(jī)公司的“雷戈”、穆格公司的SureFly S250、小鷹公司的“海維賽德”等有望脫穎而出，率先實(shí)際完成商業(yè)化。

喬比公司

              ——S4載人飛行器

喬比公司S4是5座有人駕駛電動飛行器，屬于“敏捷至上”項(xiàng)目第一類場景。S4于2014年確定了構(gòu)型，從2017年開始測試原型機(jī)。在“敏捷至上”項(xiàng)目起動時(shí)，S4被業(yè)界認(rèn)為是最契合項(xiàng)目要求的飛行器。其在兩側(cè)翼尖、中段和尾翼各設(shè)置有1臺電機(jī)，采用全電推進(jìn)系統(tǒng)驅(qū)動6個(gè)旋翼，巡航速度達(dá)到320km/h、航程達(dá)240km。

傾轉(zhuǎn)旋翼構(gòu)型能夠在確保良好垂直起降性能的前提下提高平飛效率，從而兼顧垂直起降能力與巡航經(jīng)濟(jì)性，相較于旋翼構(gòu)型，能夠大幅提升航程，但同時(shí)也顯著增加了平臺復(fù)雜性和重量，降低了可靠性。電推進(jìn)系統(tǒng)可在傾轉(zhuǎn)翼組件處通過線纜驅(qū)動電機(jī)，避免過于復(fù)雜的傳動組件，有效規(guī)避了上述風(fēng)險(xiǎn)。

喬比公司研制的S4 eVTOL飛行器

貝塔技術(shù)公司

              ——“阿麗亞”飛行器

“阿麗亞”（Alia）是貝塔技術(shù)公司研制的6座有人駕駛電動飛行器，屬于“敏捷至上”項(xiàng)目的第一類場景。2020年4月，“阿麗亞”飛行器與喬比S4飛行器一同進(jìn)入“敏捷至上”第三階段。

2021年，貝塔技術(shù)公司發(fā)布了最新型的“阿麗亞”250，最大起飛重量3.175t，航程463km（即250海里，即型號名稱中的數(shù)字由來）?！鞍Ⅺ悂啞?50的起飛重量明顯超過2020年6月公布的2.7t，翼展、設(shè)計(jì)航程也略有提高。

“阿麗亞”250采用固定翼與旋翼混合的構(gòu)型，在兩側(cè)機(jī)翼中部的前后方各設(shè)置一個(gè)定距螺旋槳，提供垂直起降所需的升力；機(jī)身尾部設(shè)置一個(gè)推進(jìn)螺旋槳，提供平飛巡航階段的推力。平飛巡航階段，機(jī)翼位置的4個(gè)螺旋槳將停轉(zhuǎn)并固定在最小阻力位置（類似NASA的 X-57分布式電推進(jìn)驗(yàn)證機(jī)的設(shè)計(jì)）?；旌蠘?gòu)型兼顧了多旋翼飛行器的垂直起降性能與固定翼飛行器的平飛高效特性，結(jié)構(gòu)簡單、無傾轉(zhuǎn)部件，但缺點(diǎn)是固定翼與旋翼結(jié)構(gòu)會互相影響，在確保結(jié)構(gòu)質(zhì)量的同時(shí)會降低氣動效率。因此，“阿麗亞”250在平飛階段時(shí)，升力螺旋槳停轉(zhuǎn)并固定，以此盡量緩解氣動效率的下降。

貝塔技術(shù)公司研制的“阿麗亞”250飛行器

穆格公司

              ——SureFly S250

穆格公司在2019年11月從Workhorse公司收購了雙座eVTOL飛行器Surefly，并對飛控系統(tǒng)進(jìn)行了改造，將其改裝為貨運(yùn)有人/無人駕駛電動飛行器Surefly S250。2021年9月，穆格公司加入“敏捷至上”項(xiàng)目，Surefly S250是該項(xiàng)目第二類場景的參賽飛行器。

Surefly S250目前保留了Surefly的基本布局和動力形式，采用一臺內(nèi)燃機(jī)作為發(fā)電機(jī)，為8個(gè)獨(dú)立電機(jī)供電，兩個(gè)電機(jī)為一組，分部于機(jī)身上方。

當(dāng)前，穆格公司主要對Surefly S250的空氣動力學(xué)特性、有人駕駛時(shí)的人機(jī)交互界面和安全性進(jìn)行測試，并正在爭取無人駕駛模式下飛機(jī)的適航認(rèn)證。按計(jì)劃，Surefly S250應(yīng)已于2021年年底在美國空軍斯普林菲爾德基地進(jìn)行“敏捷至上”項(xiàng)目的試飛。

穆格公司推出的eVTOL飛行器SureFly-250

升力飛機(jī)公司

              ——HEXA飛行器

HEXA是升力飛機(jī)公司研制的單座有人/無人駕駛電動飛行器，是“敏捷至上”項(xiàng)目第二類場景參賽飛行器。

2021年3月，美國空軍嘗試使用C-130J運(yùn)輸機(jī)運(yùn)載HEXA，可在45min內(nèi)將4架HEXA裝進(jìn)貨艙，而且裝載時(shí)間有望縮減至15min。目前，HEXA正在進(jìn)行氣動聲學(xué)和飛行故障等相關(guān)試驗(yàn)，以支持HEXA獲得載人飛行適航認(rèn)證。

HEXA的全身骨架由碳纖維復(fù)合材料打造，全機(jī)僅重196kg，可載體重113kg以下的單個(gè)乘客飛行15min，同時(shí)保留25%的電量用于應(yīng)急。機(jī)身下方四周的四個(gè)浮筒可作為地面著陸時(shí)的起落架，也可配合機(jī)身底部中心的浮筒，為水面降落和漂浮提供浮力。頂部的16個(gè)獨(dú)立電機(jī)各驅(qū)動一個(gè)螺旋槳，以外圈12個(gè)、內(nèi)圈6個(gè)的布局繞機(jī)身上方一周分布，每個(gè)電機(jī)下方都懸掛一塊電池，可快速拆卸替換。HEXA可在至多6個(gè)電機(jī)失效的情況下仍保持正常飛行，此外還配有自動觸發(fā)的緊急彈射裝置。

值得一提的是，HEXA并不要求乘客具有飛行員資質(zhì)，但需要在升力飛機(jī)公司開發(fā)的模擬器中進(jìn)行1小時(shí)的培訓(xùn)。

升力公司研制的HEXA飛行器

小鷹公司

              ——“海維賽德”飛行器

“海維賽德”（Heaviside）是小鷹公司研制的單座有人/遙控駕駛電動飛行器，是“敏捷至上”項(xiàng)目第二類場景參賽飛行器。

“海維賽德”的研制工作在2017年起動，小鷹公司于2021年7月通過“敏捷至上”項(xiàng)目獲得了美國空軍頒發(fā)的適航認(rèn)證，成為繼貝塔科技、喬比、升力公司之后第4個(gè)獲得該認(rèn)證的公司。

“海維賽德”的翼展約7m，航程160.9km，具有一對前掠翼主翼、一對鴨翼、以及8個(gè)由電機(jī)驅(qū)動的可傾轉(zhuǎn)螺旋槳，其中6個(gè)位于主翼、2個(gè)位于鴨翼。該飛行器其最突出的特點(diǎn)是飛行速度快、噪聲低以及能源利用效率高，巡航速度為289.7km/h，在304.8m高度飛行時(shí)下方地面的噪聲水平僅為38dB，比常規(guī)直升機(jī)低約100倍，每千米耗電量約為常規(guī)電動汽車（如特斯拉Model S電動車）的一半。

小鷹公司研制的海維賽德飛行器

軍刀飛機(jī)公司

              ——“雷戈”RG-1飛行器

“雷戈”（Rhaegal）系列飛行器是軍刀飛機(jī)公司研制的重型貨運(yùn)混合動力無人機(jī)，是“敏捷至上”項(xiàng)目第三類場景參賽飛行器。

“雷戈”系列飛行器的型號按照研發(fā)先后順序，分為A型、B型和RG-1型。據(jù)悉，軍刀公司已和沙特ADMC公司簽署了一份總金額達(dá)8億美元的協(xié)議，預(yù)計(jì)在2022年交付102架“雷戈”RG-1并投入運(yùn)營。

在動力系統(tǒng)方面，“雷戈”RG-1采用兩個(gè)渦軸發(fā)動機(jī)發(fā)電、4個(gè)獨(dú)立電機(jī)分別驅(qū)動4個(gè)涵道風(fēng)扇螺旋槳產(chǎn)生推力，在垂直起降和滑跑起降兩種起降模式下分別具有2.45t和6.26t有效載荷。地面停機(jī)狀態(tài)下機(jī)翼根部可折疊，可快速裝卸LD-1至LD-3型標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，具有對起降場地和裝卸工具依賴小、可全天候運(yùn)行等特點(diǎn)。

“雷戈”RG-1不含任何蓄電池，由兩臺賽峰阿蒂丹3渦軸發(fā)動機(jī)燃燒Jet-A、JP-8或DF-2型燃料直接產(chǎn)生2.8MW功率機(jī)械能，驅(qū)動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生最大1.408MW功率的電能，最終輸送到位于機(jī)身前后兩側(cè)的4個(gè)可傾轉(zhuǎn)涵道升力風(fēng)扇。電機(jī)最大功率僅可維持5min，用于滿載狀態(tài)下的垂直起降，而巡航時(shí)電機(jī)功率最高保持在1.237MW，用以支撐370 km/h的巡航速度。

“雷戈”RG-1的概念圖（上）和已完成樣機(jī)制造的RG-B（下）

結(jié)束語

整合政府資源和業(yè)界力量，驅(qū)動eVTOL飛行器技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展，是美國空軍發(fā)起“敏捷至上”項(xiàng)目的初衷。從2020年2月項(xiàng)目啟動到2021年底，已有一批優(yōu)秀企業(yè)通過該項(xiàng)目獲得資助和支持，并有望在2022—2024年實(shí)現(xiàn)商用化。

在這些飛行器完成商業(yè)化并積累足夠多實(shí)際場景使用經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)后，美國空軍將進(jìn)一步推動eVTOL飛行器在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用，最終通過軍民市場結(jié)合激發(fā)創(chuàng)新能力，提升美軍戰(zhàn)斗力。

來源：國際航空