原标题：【科技动向】美国防高级研究计划局取消XV-24A“雷击”验证机项目

  2018年4月26日，美国《航空周刊与空间技术》等网站报道称，虽然美国极光飞行科学公司（现波音公司子公司）在2016年3月赢得了XV-24A“雷击”项目的第二和第三阶段合同，但由于子承包商霍尼韦尔公司在研发高性能1兆瓦级发电机时遇到了技术瓶颈，使项目在第二阶段难以制造出全尺寸原型机。目前项目甲方——美国防部国防高级研究计划局（DARPA）决定取消项目第三阶段研发和相关飞行试验。

  “雷击”无人机验证机想象图。右侧机身上标注有三家主要承研企业的名称，即总承包商极光飞行科学公司（Aurora）、发动机供应商罗罗公司（Rolls-Royce）和发电机提供商霍尼韦尔国际公司（Honeywell）。有关产生该验证机的DARPA“垂直起降试验飞机”（VTOL X-Plane）项目等情况，可参见李昊先生2016年4月25日在本号发表的专栏文章：“美国防高级研究计划局‘垂直起降试验飞机’项目获胜方案：‘雷击’无人机分析”和2015年9月21日发表的“美国开展下一代高速旋翼机技术预研”（点击题名可直接访问）（美国防部国防高级研究计划局图片）

  XV-24A配装一台罗罗公司AE1107涡轴发动机。该发动机驱动一个装有3台高性能1兆瓦发电机的齿轮箱。该发电机的体积比现役1兆瓦电动机的体积小，效率达到98%（现役电动机只有92%），而且功率密度是现役电动机的5倍。其产生的电能可为24台可变桨距涵道风扇提供能量，其中的18台安装在机身后方的倾转机翼上，6台安装在机身前方的倾转鸭翼上。这种独特的同步发电机可以为电动机直接提供交流电，不需要转换成直流电，逐步降低了发电机的重量。

  霍尼韦尔公司承认在发电机热管理方面遇到了挑战，但也表示该发电机研发取得了“实质性进展”，并将按计划于2018年7月在佛罗里达州立大学进行全功率状态试验，以达到技术成熟度6。公司坚称，发电机热管理方面额外的研究工作不是让DARPA取消项目的原因，但也承认发电机问题导致了项目的进度拖延。

  霍尼韦尔公司最早在项目中只是子承包商罗罗公司的下级承包商，其原本计划首先在“铜鸟台”上测试电推进系统。但是当发电机问题持续没有办法解决时，极光公司直接接手了发电机和“铜鸟台”的管理权，并在波音公司的支持下通过外部专家研究该问题。

  霍尼韦尔公司在2015年对其1兆瓦级发电机的简介（上图），该发电机自身的重量只有126.5千克。中图为该发电机的外形和部分布局示意图。下图为该发电机与“雷击”所配装的罗罗公司AE1107涡轴发动机组合成的混合电推进系统示意图。除了该公司之外，美国通用电气公司也已初步突破机载兆瓦级发电机技术（美国霍尼韦尔国际公司图片）

  该项目的失败也和DARPA的独特性密不可分。首先，该局的战略优先事项经常发生改变，目前已经转移到高超声速等领域。因此取消XV-24项目可以把经费投入到优先等级更高的项目中。另外，为更好开展技术转化，DARPA一般会在飞行器项目实施飞行验证时引入军方的合作伙伴。但是XV-24项目太过于聚焦先进的技术，没有向外界描述该机未来可承担何种任务。这使项目目前并没找到军方合作伙伴，下马也算合情合理。

  “雷击”无人机形成装备后的作战想象图。图中显示实际装备涵道风扇数量与验证机一样，但机头下方有光电／红外传感器及转塔系统，机身中部下反的短翼下挂有火箭弹发射巢和空地导弹。后方是V-22倾转旋翼机。这些垂直起降航空装备组合可能体现了有人／无人协同垂直起降作战构想，实际也符合美海军陆战队的作战概念。但本篇报道显示，DARPA并未找到对“雷击”无人机感兴趣的军种或军方机构。考虑到美海军陆战队近几年提出的垂直起降远征无人机系统作战需求和曾考虑的方案，或可判断出该军种在分布式垂直起降作战或分布式航空作战概念中，想要优先选择技术风险相对更低的无人机系统解决方案（美国极光飞行科学公司图片）

  2017年4月，极光公司完成了XV-24五分之一缩比验证机的试飞，并达到了数个关键里程碑，例如验证了分布式电推进涵道风扇、同步发电机、倾转机翼／倾转鸭翼系统等。根据DARPA的说法，项目虽然取消但也取得了一些成果，例如在缩比验证机制作的完整过程中，在结构和气动面上使用了3D打印塑料。另外也在验证机上集成了分布式电推进系统。而且缩比验证机也增强了开发气动数据库的方法，在此基础上可以建模未来飞行器的控制管理系统，并为飞控系统模块设计提供经验教训。

  2016年4月18日，“雷击”验证机完成首飞。整个试飞工作持续到2017年4月结束（美国极光飞行科学公司图片）

  这不是电驱动X系列飞机遇到的首个挑战。2016年12月，美国航空航天局（NASA）配装锂离子电池的X-57“麦克斯韦”电动验证机在试验中遭遇毁灭性的失败。NASA不得不对电池进行重新设计，通过提升容量确保在一个电池单元短路时不会波及其他单元。2017年，重新设计的电池通过了安全性测试。这使X-57在2018年重返蓝天，也让NASA学习到了宝贵的经验教训。

  DARPA表示，在项目2013年启动时，商业领域就对其技术表现出浓厚的兴趣。目前，极光公司表示已经和DARPA就项目技术向商用方向转化达成了协议。该公司打算把这些技术通过和优步公司的合作应用到商用电动垂直起降出租飞机上。

  极光公司首席技术官汤姆·克兰西（Tom Clancy）表示，过去几年，极光公司在自主、电动力和垂直起降飞机设计方面投入了大量资金，而这三项技术是电动出租飞机的关键。另外电动飞机领域持续增长的私人投资也加快了点对点垂直起降通勤的应用进程。例如优步计划在2020年早期开展商用电动垂直起降飞机的试验，2023年取得认证。克兰西预计，如果经济、技术和政策壁垒被消除，那么商用电动飞机的市场将十分广阔。根据高盛公司的预期，到2035年，全球电动出租飞机的市场将达到每年700亿美元，每年需要制造5万架全新的飞机。

  在XV-24缩比验证机飞行试验中获得的经验可以让极光公司为优步公司快速试飞一架尺寸类似的但技术更简单的电动垂直起降验证机。虽然DARPA的项目被取消，但是极光公司将保留该缩比验证机，以期通过相关飞行试验支持未来的电动垂直起降验证机的研发。

  曾参加DARPA“X飞机”项目竞争、但输给极光飞行科学公司“雷击”方案的其他三个方案，从上往下依次是波音公司、卡雷姆飞机公司和西科斯基飞机公司（目前是洛马公司的子公司）的方案。相关厂商均觉得自身的方案能够完全满足DARPA提出的苛刻目标。现在DARPA选择的“雷击”方案暂时失败了，那么其他方案是否风险更小、相对易于实现DARPA提出的指标呢？（美国防部国防高级研究计划局图片）

  XV-24项目在发展兆瓦级混合电推进系统中得到的经验教训将为业界提供很多启示。目前由于电动飞机市场的供应链并不存在，因此很多初创企业都在研发各自的电动机和发电机。但是面向兆瓦或更高等级，研制工作将不会像想象中的那么简单。虽没人期待电动飞机的研制会一帆风顺，但是DARPA决定取消XV-24A“雷击”项目确实让工业界看清了严苛的现实，毕竟XV-24A早已成为人类心中开启航空新时代的旗舰机型。

  本条动向的提供者袁成先生此前已为《空天防务观察》提供7篇专栏文章，如下表：