

1月17日,DARPA 宣布 了其一项计划的下一步,该计划旨在创造一种完全依靠缺乏飞机通常用来机动的活动部件的控制面来飞行的飞机。DARPA,即美国国防部高级研究计划局,专注于“天马行空”的愿景,投资于研究以创造技术的新可能性。在该项目中,它致力于改变飞机在空中改变方向的方式。
该项目名为“革命性飞行器新型效应器控制”,简称 CRANE。DARPA 于 2019 年首次启动该项目,发布了征求建议书,要求“设计、制造并进行飞行测试一种将主动流动控制 (AFC) 技术作为主要设计考量的新型飞行器。”
AFC 是一种控制范式,取代了飞机上的副翼和方向舵等活动部件。飞机通过副翼、升降舵和方向舵改变姿态。这些控制装置使飞机能够左右滚转、向上俯仰起飞、向下俯冲降落,以及向左或向右偏航。机翼上的可伸展襟翼和缝翼也可以使飞机在低速时产生更大的升力,并在降落时减缓飞机速度。(关于机翼如何产生升力,更多信息)。
通过“主动流动控制”,飞机可以使用等离子体致动器或合成射流致动器来移动空气,而不是依赖物理表面。通过等离子体致动器,这是通过改变流过安装在机翼上的致动器的空气的电荷来实现的,从而改变空气的流动。同时,合成射流可以将空气注入机翼上方的气流中,从而改变升力。2019 年,NASA 获得专利了一项结合了等离子体和合成射流致动器的机翼控制系统,目标是创造没有活动部件且“几乎免维护”的致动器。
在 DARPA 2019 年的征求建议书中,它强调这项技术可以“消除用于稳定性和控制的活动控制面”,提高“起降性能、高升力飞行、厚翼型效率和增强高空性能”。
通过改进的起降性能,这种控制系统可以实现“极端短距起降”(ESTOL),即飞机或无人机可以在比目前用于短距起降的跑道更小的跑道上运行。美国国防部和北约 定义短距起降为能够在 1,500 英尺长的跑道上着陆,两端各有一个 50 英尺的障碍物。
由于这些新型流动控制可以增加起飞时的升力角度并改善下降时的制动性能,因此具有该功能的飞机可能可以在更小的区域内着陆。这扩展了此类飞机的操作方式和地点,尤其是在未来的战争和海上行动中,届时军队必须将自己的跑道带到船上或小岛上。
这些控制还可以帮助 降低飞机被侦测的难度,因为它减少了飞机上反射雷达信号的表面数量。这些控制还可以更安静,最大限度地减少来自音频传感器的探测,并可以提高飞机在高空的稳定性和升力。这些控制还可以允许使用更厚的机翼,从而携带更多燃料。
12 月,Aurora Flight Sciences(波音公司的一部分)获得了 CRANE 项目超过 8900 万美元的合同,大约相当于一架 F-35A 隐形战斗机的价格。在第一阶段,该阶段已完成,Aurora 创建了一种能够在风洞测试中使用主动流动控制演示控制的飞行器。本月宣布的第二阶段将侧重于设计和开发一款 X-plane 演示器的软件和控制系统,该演示器“可以在没有机翼和尾翼外部传统活动飞行控制的情况下飞行”。
如果 DARPA 决定继续合同,则可以选择第三阶段,在该阶段,DARPA 将飞行一架重达 7,000 磅的 X-plane,该飞机集成了主动流动控制并依靠其进行受控飞行。
通过从一种新型控制范式开始设计,DARPA 希望激发人们对飞机如何飞行和机动的新的思考。DARPA 的 X-plane 设计有着悠久的历史,包括从长航时无人机到隐形飞机再到高超音速设计,所有这些都促成了军事设计和规划的变革。飞机利用主动流动控制从更小的跑道上运行的能力,不仅扩大了军队的作战区域,甚至还扩大了能够发射长航时无人机的船只的尺寸。
DARPA 作为创新的前沿研究部门,将该项目重点放在确保技术首先能够在演示中发挥作用。如果证明成功,将由军队的其他部门来决定如何最好地运用它。
2023 年 1 月 31 日更正:本文已更新,将“1,5000 英尺长”改为“1,500 英尺长”,将“主动跟随控制”改为“主动流动控制”。