美空军推动电动垂直起降航空器应用于军事任务

基于eVTOL 航空器的城市空运生态

XV-24 概念图

中国航空报讯：2020年2月，美空军发布“敏捷至上”（Agility Prime）计划招标书，通过演示验证等方式探索电动垂直起降（eVTOL）航空器在短距运输、搜索救援等军事任务中的应用。

电动垂直起降航空器可实现低成本、低噪声的短途运输，借助民用城市空运（UAM）市场的浪潮，相关技术迎来了空前发展，吸引了全球巨额资金投入。美空军希望将相关技术引入军事行动领域，从而在短途任务中替代传统直升机、倾转旋翼机等航空器，大幅降低任务成本、打造敏捷任务能力。

这一计划是继2020年年初美国航空航天学会科技大会上美空军研究实验室公开混合电推进固定翼飞机概念方案之后，美空军再一次关注电动飞机技术，相关研究已经覆盖了大型固定翼和小型垂直起降两种形式，体现了美空军正全方位推动电动飞机技术在军事行动中的应用。

美空军推动电动垂直起降

航空器发展的背景和需求

近年来，为了满足城市空运需求，电动垂直起降航空器技术得到了广泛关注和快速发展。电动垂直起降航空器的典型运行场景是航程100千米以内、垂直起降、巡航高度数十至数百米，一般采用全电推进，为了拓展航程也可采用混合电推进， 但会相应提高平台技术复杂度。目前，以优步为代表的交通运营商、以空客/波音/贝尔/罗罗等为代表的传统航空制造商、以Joby/Volocopter等为代表的初创企业， 以及以韩国现代等为代表的汽车企业均已布局电动垂直起降航空器市场，以期取代直升机，构建高效、低噪声、低排放的短途运输新范式。

2019年8月，白宫通过行政备忘录指出美国应当将电动垂直起降航空器作为优先发展的技术领域。对电动垂直起降航空器的支持是美国政府2021财年高级运输领域研发计划的新增内容。2019年10月， 美空军研究实验室首次表示，希望探索将民用电动垂直起降航空器技术应用于空军的军事行动中。

电动垂直起降航空器的典型军事应用场景包括相对短距离的货物运输、少量军事人员运送、搜索与救援等，在特种作战中尤为常见。例如，为小型作战单位提供补给的后勤任务，仅需投递数十千克武器、弹药、饮水等。目前为了完成上述任务， 需要使用传统直升机或者特种飞机，以美空军V-22“鱼鹰”倾转旋翼机为例，其每飞行小时运行成本高达9000美元，同时需要消耗大量维护成本和人员工时。电动垂直起降航空器完美契合此类任务需求，其运行和维护成本极低，所需的人员工时也很有限。

实际上，本次提出的“敏捷至上”计划并非美军首次关注电动垂直起降航空器。早在2013年，美国防部国防预先研究计划局（DARPA）就启动了“垂直起降实验飞机”（VTOL X）计划，由极光飞行科学公司（现属波音）、罗罗公司和霍尼韦尔公司合作开发，名为XV-24。采用分布式电推进布局、倾转翼结构，具有24个电机驱动的变距涵道风扇，可实现垂直起降并转换为平飞巡航模态。罗罗公司提供AE1107涡轴发动机，装于机身中央，驱动3台1兆瓦发电机， 为推进系统提供电能。2017年4月，完成了1/5缩比验证机试飞，验证了电推进系统、倾转翼等设计的可行性。但由于霍尼韦尔在1兆瓦发电机研发过程中遇到了热管理困难、同时DARPA没有找到合适的军方合作方，因而DARPA于2018年初取消了该项目。时隔7年，美空军重启电动垂直起降航空器的军事应用研究，是美国对军用电动飞机技术的新尝试。

“敏捷至上”计划内容

美空军“敏捷至上”计划的核心是基于“比武”的采购计划，美空军为研究方提供资金和政府资源支持，开展多种载荷与飞行时间条件下的航空器演示验证，基于参与者的表现为其提供军方安全认证机会乃至签署采办合同。该计划对航空器的要求主要包括以下5方面：

——机械结构较传统垂直起降航空器简化，从而降低维护成本和周期；

——应用自主飞行技术，提高安全性、降低人员操作需求；

——经济性，可批量生产应用；

——采用分布式电推进技术实现低噪声；

——灵活、敏捷，减少对基础设施的依赖。

区别于初创企业基于概念方案的早期融资，“敏捷至上”计划要求参与者提供的验证机具有足够的技术成熟度，能够在2020年实现可重复的任务飞行。具体而言， 参与者必须在2020年12月17日前完成全尺寸演示验证机的首飞，且需满足如下技术指标：

——有效载荷3～8人；

——可采用全电推进或混合电推进；

——航程大于161千米（100英里）；

——飞行速度大于161千米／时（100英里／时）；

——航时超过60分钟。