【X-Plane】DARPA推进X-65主动流控制(AFC)技术验证机的研制工作

zhangdeze

现代X飞机：空中力量的未来

自20世纪40年代贝尔的火箭动力X-1突破音障以来，美国的X飞机（x-planes）为人们提供了对航空未来的重要一瞥。如今，X-Plane的遗产继续延续着这种现代级别的实验原型飞机概念。这条视频讨论了美国防高级研究计划局(DARPA）的X-65 CRANE、X-62 VISTA、X-61 Gremlin 和 X-59 Quest。

X飞机（X-planes）是一系列的美国试验飞机和直升机（及部分火箭），用于测试尖端新技术。部分X飞机被大力宣传及用作破纪录，但同时大部分X飞机在开发的过程中都保持高度的机密。首架X-飞机——贝尔X-1因首次突破音障而知名。后来的X飞机都取得重要的研究成果，其中火箭动力飞机北美X-15在1960年代成名。绝大多数的X飞机都不会进行全面生产，通常只作少数生产。例外的是X-35试验机，在击败竞争对手波音X-32后即以F-35的编号投入生产。大多数的X-飞机由美国国家航空咨询委员会（NACA，即NASA的前身）经营，部分联同美国空军经营。但并非所有美国试验机都被称为X-飞机。

DARPA网站发布的CRANE项目第三阶段验证机艺术假想图（图片信息来源：DARPA）

据DARPA网站2024年1月3号发布消息称，其已选定极光飞行科学公司建造一架全尺寸X飞机，以验证使用主动流控制 (AFC) 致动器进行主要飞行控制的可行性。这一进展属于DARPA“用新型效应器控制革命性飞机”(Control of Revolutionary Aircraft with Novel Effectors，CRANE)项目的第三阶段（项目详情可参见防务菌此前推送推送：【X-Plane】DARPA选择团队开发主动流控X-Plane；【New X-Plane Program】DARPA授出基于主动流控制的新X-Plane项目合同）。

极光飞行科学公司为DARPA建造全尺寸X-65验证机的动画展示（翻译 &字幕 by 防务菌）

1903年12月，莱特兄弟驾驶世界上第一架完全可控的飞机，利用机翼翘曲成功实现了飞行。从那以后，几乎每一架飞机都使用可移动的外部控制面系统进行飞行控制。

北约开发“创新效应器控制”技术（翻译 &字幕 by 防务菌）

传统的飞机都需要效应器（垂直和水平襟翼）来实现飞行和控制，北约的一个专家小组正在开发名为“创新控制效应器”（ICE）的新技术，使这些襟翼在某些飞行阶段是多余的，取而代之的是使用空气帮助操纵飞机的主动流控制系统，同时使得军用飞机不易被探测到。该工作组包括来自美国空军科学研究办公室、美国空军学院、伊利诺伊理工学院和洛克希德·马丁公司的专家。ICE验证机的第一个模型在2015年制造，翼展仅为 28厘米。此后，它在美国空军学院的风洞中进行了多轮测试。

DARPAX-65验证机则打破了这一沿用了百年的飞行控制设计模式，它利用来自加压源的喷射气流来塑造飞机表面的气流形状，并在多个表面上使用AFC效应器来控制飞机的滚转、俯仰和偏航。此外，消除外部活动部件有望减轻重量、降低复杂性并提高性能。

革命性飞机设计：主动流控制（翻译 &字幕 by 防务菌）

作为CRANE项目的一部分，BAE系统公司在2023年初测试了旨在提高军事能力的无襟翼飞行技术。一个3D打印的钛合金模型在BAE系统公司的风洞设施中进行了物理测试，其空气动力特性可以吹到3.8马赫的速度。高速风洞测试的完成标志着在了解流控制技术可能提供的潜在成本、重量和性能优势方面的一个重要里程碑。由BAE系统公司工程师开发的数字化设计的全尺寸主动流控制效应器模型，将设计推向了极限，有助于确定该技术如何补充甚至取代传统的可动表面，以提高飞机的性能。

据DARPA战术技术办公室（TTO）负责CRANE项目的项目经理理查德·韦勒津（Richard Wlezien）介绍：“X-65是一种技术验证机，其独特的钻石般的机翼形状旨在帮助我们最大限度地在全尺寸实际测试中了解AFC技术。X-65的传统表面就像训练轮，帮助我们了解如何使用AFC来替代传统的襟翼和方向舵。我们将安装传感器，监测AFC效应器的性能与传统控制机制的比较，这些数据将帮助我们更好地了解AFC如何在未来彻底改变军用和商用飞行器。我们正在将X-65作为一个模块化平台来制造——机翼部分和AFC效应器可以很容易地更换，使其在CRANE项目结束后的很长一段时间内仍能作为DARPA和其他机构的测试资产。”

据悉，X-65将配备两套控制致动器——传统的襟翼和方向舵以及嵌入所有升力面的AFC效应器。这样既能最大限度地降低风险，又能最大限度地提高项目对控制效果的洞察力。飞机在使用传统控制面时的性能将作为基线，随后的测试将使用AFC效应器选择性地锁定移动面。

重达7000多磅（3000多公斤）的X-65无人机翼展30英尺（9.144米），速度可达0.7马赫（875千米/小时）。它的重量、尺寸和速度（类似于军用教练机）使飞行测试结果与现实世界的飞机设计密切相关。

极光飞行科学公司已经开始制造X飞机。X-65计划于2025年初推出，并计划于同年夏季首飞。

对此，理查德·韦勒津表示：“能够说‘我们正在制造一架AFC X飞机’，真是令人激动。我于1999年来到DARPA，参与了一个名为‘微自适应流控制’（MAFC）的项目，该项目帮助我们开拓了对流体动力学的基础性理解，最终促成了CRANE项目的诞生。2003年，我在MAFC项目结束后离开DARPA，现在有机会回来帮助见证早期工作在全尺寸实体飞机上取得成果，这是一生难得的机会。航空航天工程师的生命就是为了见证他们的努力付诸实践。”

美国防高级研究计划局成立60周年研讨会：X飞机~

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参考信息来源：

https://www.darpa.mil/news-events/2024-01-03

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