“鬼怪眼”高空長航時無人機首飛

文/溫杰

“鬼怪眼”驗證機首次實現(xiàn)自主飛行。

6月1日早晨6點22分，波音公司研制的“鬼怪眼”（Phantom Eye）無人駕駛驗證機在內(nèi)華達州愛德華茲空軍基地首次升空，完成了自主飛行。在歷時28分鐘的首飛過程中，“鬼怪眼”依靠液氫燃料活塞發(fā)動機爬升到1244米高度，初步測試了基本飛行性能，盡管在著陸時遇到了一點麻煩，但還是基本達到了預期目的，標志著美國國防部在發(fā)展高空長航時（HALE）無人駕駛飛行器的道路上又邁出了重要一步。

21世紀初，美國國防部針對日益增加的情報、監(jiān)視與偵察（ISR）任務需要，逐步加大了超長續(xù)航能力無人機的投資力度。特別是曠日持久的阿富汗戰(zhàn)爭促使軍方尋求一種能夠在19800米高空持續(xù)飛行5天以上的無人駕駛飛行器，將其作為一種準衛(wèi)星，為分散在阿富汗山區(qū)內(nèi)的作戰(zhàn)部隊轉(zhuǎn)發(fā)通訊信號。

正是在這樣一種作戰(zhàn)需求的牽引下，波音公司憑借著早年研制“禿鷹”（Condor）無人機的經(jīng)驗，決定發(fā)展一種全新的HALE平臺。2006年9月25日，波音公司在美國空軍協(xié)會主辦的航空航天討論與技術博覽會上，首次對外透露了正在研制一種HALE無人機。當時報道稱，波音公司與極光飛行科學公司、福特汽車公司等多家公司合作，著手研制一種采用液氫燃料、能在高空連續(xù)飛行4～10天的無人機。

經(jīng)過兩年時間，波音公司完全掌握了HALE無人機的關鍵技術，在2008年夏天正式啟動了“鬼怪眼”項目，由鬼怪工廠全面負責研制和試驗工作。從整個過程來看，前期的設計和制造工作比較順利，但是首次試飛卻一再延期，表明了快速成型技術還存在一定的局限性。

與大多數(shù)長航時無人機相似，“鬼怪眼”也采用了超大展弦比的上單翼，翼展達到45.72米。與眾不同的是，“鬼怪眼”的奇特外形令人過目難忘。它的機身仿佛一枚碩大的雞蛋，后部采用尾撐結(jié)構(gòu)，機長為16.15米。全復合材料制造的橢圓形結(jié)構(gòu)提供了足夠的空間，可以容納兩個直徑2.44米的球形燃料箱。燃料箱采用鋁和泡沫隔熱材料制成，總共可以攜帶840千克液氫燃料。

與常規(guī)燃料相比，同等質(zhì)量的液氫可以產(chǎn)生3倍的能量，意味著發(fā)動機只需消耗較少的液氫就可以獲得更大的功率。因此，對于重點強調(diào)續(xù)航能力的“鬼怪眼”來說，液氫燃料應該是一個非常理想的選擇。此外，液氫的燃燒產(chǎn)物只有水，不會對大氣層造成污染。

“鬼怪眼”推進系統(tǒng)由兩臺4缸活塞式發(fā)動機、渦輪增壓器和發(fā)動機控制系統(tǒng)組成。經(jīng)過大幅度改裝的發(fā)動機，以液氫為燃料，利用改裝的三級渦輪增壓器，可以在非常高的高空和較低大氣壓力下穩(wěn)定工作。每臺發(fā)動機的功率為149馬力，通過大傳動比的單級減速器，驅(qū)動直徑4.8米的4葉螺旋槳。

“鬼怪眼”驗證機的推進系統(tǒng)具有超乎尋常的燃油經(jīng)濟性和強大的續(xù)航力，可以較好地滿足不同用戶對于超長航時ISR任務的潛在需求。按照鬼怪工廠總經(jīng)理達里爾·戴維斯的說法，“鬼怪眼”項目的目標是在沒有全球基地或全球后勤保障鏈的情況下，在預定空域?qū)崿F(xiàn)持續(xù)存在，如果該機能夠達到設計續(xù)航能力，3～4架無人機就可以提供365天、每天24小時的無縫覆蓋。

鬼怪工廠在這個驗證項目中遇到的最大挑戰(zhàn)是推進系統(tǒng)能否安全可靠地工作，為此采用了多余度的飛行器管理系統(tǒng)來控制較為復雜的燃料輸送子系統(tǒng)。例如，在起飛階段，液氫需要借助發(fā)動機和渦輪增壓器排出的熱燃氣預先實現(xiàn)汽化，然后再噴射到發(fā)動機的氣缸內(nèi)。

研制過程中，鬼怪工廠還解決了活塞式發(fā)動機使用液氫燃料時可能遇到的高空電弧放電等一系列問題，避免了液氫發(fā)生預爆燃和回火等現(xiàn)象，從而確保了推進系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地工作。

“鬼怪眼”的起降方式也獨具特色。它承襲了“禿鷹”無人機的滑車起飛方式，借助一個起落架車從普通跑道上滑行，達到起飛速度后離地升空，將起落架車留在跑道上。降落時，“鬼怪眼”借助一個輕型前起落架和一對滑橇著陸。

遺憾的是，在首次飛行的著陸過程中，該機的前機輪陷入湖床，導致機身結(jié)構(gòu)出現(xiàn)輕微損壞。面對突如其來的意外，研制人員正在對損毀情況進行評估，并正在采取有效措施，盡快實施下一階段更高難度的試飛。

目前，鬼怪工廠已經(jīng)著手研制更大尺寸的HALE無人機，翼展將達到76.13米，液氫燃料箱的直徑增大到3.04米，可以在攜帶907千克任務載荷，在高空持續(xù)飛行10天以上。波音公司表示，如果根據(jù)任務需要相應減少任務載荷，該機的續(xù)航時間可以達到20天。