摘要：蘇聯(lián)“花尾鴿”地效飛行器Aerocon Dash 1.6地效飛行器概念圖具有兩棲能力的MC-130J的藝術(shù)想象圖 DARPA視頻顯示，作為海灘襲擊的一部分，“自由起降機”將裝甲車放下船 與“自由起降機”項目相關(guān)的概念圖 美國防部國防預(yù)先研究...

蘇聯(lián)“花尾鴿”地效飛行器

Aerocon Dash 1.6地效飛行器概念圖

具有兩棲能力的MC-130J的藝術(shù)想象圖

DARPA視頻顯示，作為海灘襲擊的一部分，“自由起降機”將裝甲車放下船

與“自由起降機”項目相關(guān)的概念圖

美國防部國防預(yù)先研究計劃局（DARPA）在2021年發(fā)出新型地效飛行器的研發(fā)構(gòu)想征求書后，經(jīng)過一段時間的設(shè)計評估，2022年5月19日公布了新型飛機概念影片。該型概念機被命名為“自由起降機”（Liberty Lifter），名稱應(yīng)是參考美軍在二戰(zhàn)期間，為了快速補充遭德軍潛艦擊沉的商船，所推出的“自由輪”（Liberty Ship）?！白杂奢啞痹?941~1945年期間，以標準化規(guī)格降低成本，總共生產(chǎn)了2751艘，快速提高了美軍戰(zhàn)略運輸能力，并租借給英國等歐洲盟軍，成為美國在二戰(zhàn)期間工業(yè)制造能力的象征之一。

“自由起降機”項目背景當飛行器的飛行高度不超過其翼展長度時，就會產(chǎn)生地面效應(yīng)，也稱翼地效應(yīng)（WIG）。在這個高度下，誘導阻力減小，在一定速度下機翼產(chǎn)生的升力增加。機翼下方的氣壓相對較大，從而形成一種“氣墊”。飛機產(chǎn)生的氣動升力顯著增加，油耗降低，能夠裝載大量貨物。根據(jù)地面效應(yīng)設(shè)計的飛行器可以在海洋、河流、湖泊等相對平坦的區(qū)域航行，其載貨量接近于貨船，而速度接近于飛機。

冷戰(zhàn)時期，美蘇雙方都進行了地效飛行器相關(guān)試驗。蘇聯(lián)在20世紀60年代由阿列克謝耶夫設(shè)計局（Alekseyev Central Hydrofoil Design Bureau）設(shè)計出“花尾鴿”地效飛行器試驗機。該地效飛行器翼展為44米，由8臺渦輪噴氣發(fā)動機提供動力。它以每小時550千米的速度在水面上飛行，可以運送近100噸的貨物航程2000千米，被稱為“里海怪物”。

美國于20世紀40年代測試了休斯H-4“大力神”（Hughs H-4 Hercules）水上飛機。20世紀90年代初期，DARPA研究了可搭載2000名乘客或1400噸貨物的Aerocon Dash 1.6地效飛行器概念，該概念以“里海怪物”為模型，重4500噸，長175米，翼展100米，由20臺噴氣發(fā)動機提供動力，速度超過700千米/時，航程近20000千米。本世紀初期，波音公司還表示曾與DARPA共同研究“鵜鶘”地效飛行器，翼展為152米，有效載荷為1200噸?！谤Y鶘”地效飛行器利用地面效應(yīng)來提高水上運輸時的效率，但除此之外，它還可以像普通飛機一樣使用跑道，能夠達到7500米的飛行高度。作為傳統(tǒng)飛機運行時，鵜鶘的航程約為12000千米。然而，在利用地面效應(yīng)時，航程將增加到18500千米?！谤Y鶘”地效飛行器設(shè)計概念于2005年被取消。

任何軍事組織的主要工作都是盡可能快速有效地將大量東西從一個地方轉(zhuǎn)移到另一個地方。其中一些東西是武器裝備，但絕大多數(shù)是支持這種武器裝備的東西——燃料、備件、人員，等等。目前，美國軍方運輸大量有效載荷有兩種選擇：海運和空運。

正如DARPA所指出的那樣，雖然目前的海運在運輸大量裝備方面非常有效，但它容易受到威脅，需要功能性港口，并導致運輸時間長。傳統(tǒng)的空運速度要快得多，但支持海上行動的能力有限。此外，飛機受到有效載荷限制并且需要跑道。

為了解決這個問題，DARPA希望將傳統(tǒng)的海運和空運相結(jié)合，旨在“設(shè)計，建造和測試一種負擔得起的，創(chuàng)新的和顛覆性的水上飛機”“以遠遠超過現(xiàn)有海運平臺的速度實現(xiàn)大型有效載荷的高效戰(zhàn)區(qū)范圍運輸”。

所有這些想法顯然都是基于未來在亞太地區(qū)發(fā)生沖突的可能性?？赡艿耐话l(fā)事件將受到海洋環(huán)境的影響，將涉及貨物和人員的遠距離運輸，并且常規(guī)機場從一開始就將受到強大的遠程打擊的威脅。2017年蘭德公司的一份報告指出，沖突一旦爆發(fā)，對手的導彈可以讓美國空軍基地40多天不能使用，即使對這些基地進行持續(xù)搶修也不能改變局面。目前，美國最大的擔憂是戰(zhàn)略海運問題。2019年美國戰(zhàn)略與預(yù)算評估中心一份研究報告警示：“雖然后勤保障在傳統(tǒng)上是美國的優(yōu)勢，但它現(xiàn)在可能成為一個主要弱點，可能導致美國輸?shù)魧χ袊蚨砹_斯的戰(zhàn)爭?！?/p>

這些擔憂導致整個美國軍方未來可能參與戰(zhàn)爭的方式發(fā)生了重大變化，空中運輸，特別是在亞太地區(qū)的海洋領(lǐng)域，一直是這一新思維的一部分。

美國特種作戰(zhàn)司令部（SOCOM）公布了MC-130J兩棲能力藝術(shù)想象圖，本質(zhì)上是一種兩棲C-130“大力神”變體，可在沿海地區(qū)作戰(zhàn)以支持特種作戰(zhàn)部隊。這種運輸方式解決一些問題，但DARPA顯然已經(jīng)在考慮更激進的方法來滿足更廣泛的要求。美國需要一種新的方式跨越海洋，運送軍隊和物資。新型地效飛行器不需要固定機場和跑道，與傳統(tǒng)飛機相比燃油消耗更少，裝載貨物更多，而飛行速度幾乎相同，能夠顯著提高太平洋遠征軍的戰(zhàn)區(qū)內(nèi)機動能力，并提高美國和盟國的補給能力，同時給對手的目標定位造成極大困難。

因此，DARPA推出“自由起降機”地效飛行器概念，將具備快速靈活的起降能力，更大的負載能力，以及在水中起飛/降落的能力。它將可以在湍流水面附近飛行，還可在空中持續(xù)飛行。此外，該飛行器將以低成本理念設(shè)計和制造。

“自由起降機”概念設(shè)計DARPA推出的“自由起降機”構(gòu)型，屬于雙體機身的地效飛行器構(gòu)型。雙體機身在海上航行時，可有較強的抗風浪能力，運輸量也較大，而地效飛行器與一般飛行器不同的地方，在于貼近地面或水面飛行，氣流通過機翼向后下方流動，撞擊地面或水面時，會比在高空中產(chǎn)生更大的升力，使機身阻力減少，獲得比高空飛行更高的升阻比。

設(shè)計使用平直翼，以結(jié)合兩個機身，每個機身都有一個駕駛艙，并且具有小型鴨翼前翼。動力裝置為沿機翼安裝的十個螺旋槳單元，有概念圖顯示這些螺旋槳采用推進配置。每個機身都帶有一個略微后掠的尾翼，頂部安裝有一個水平穩(wěn)定器。

在公布的概念影片中給出了“自由起降機”貨物卸載過程，該過程通過向上打開的門實現(xiàn)，允許車輛從水面直接駛上海灘。

“自由起降機”不僅能夠掠過水面飛行，而且能夠在高達3000米的“中海拔”上飛行，這表明，該飛行器實際上將地效飛行器的關(guān)鍵優(yōu)勢與傳統(tǒng)固定翼飛機的卓越性能屬性和靈活性相結(jié)合。

“自由起降機”概念不需要固定機場和跑道，可在水面自由起降，并在需要時在水面上低空移動，但隨后可以到更高高度飛行。通過掠過水面，“自由起降機”可以快速有效地移動負載。然而，其低空飛行剖面和有限的機動性使其面臨碰撞受損的風險。同時由于操作受到高浪的阻礙，目前起飛僅限于平靜的水域，這是傳統(tǒng)水上飛機共有的缺點。

目前，該項目處于初始階段，涉及定義“獨特的水上飛機的航程、有效載荷和其他參數(shù)”。在公布機體設(shè)計概念后，DARPA接下來將要規(guī)劃“自由起降機”的各項性能指標?！盀榱颂岣呙儡妼碓诖笱笞鲬?zhàn)的范圍和機動性，我們將繼續(xù)研究新機型的航程、籌載量和飛行性能等細節(jié)?！盌ARPA戰(zhàn)術(shù)科技研究室計劃經(jīng)理表示，“自由起降機”最小承載量應(yīng)為100噸，并能裝下多種兩棲載具。

“自由起降機”未來關(guān)注重點

為了解決現(xiàn)有地效飛行器的缺點，“自由起降機”項目未來將重點關(guān)注三個主要領(lǐng)域：

一是海上操作的擴展。重點將放在湍流海況下作業(yè)，在低速下創(chuàng)造高升力能力，以減少起飛／著陸期間的波浪沖擊負荷，以及吸收波浪力的創(chuàng)新設(shè)計解決方案。此外，該項目還將解決在擁擠環(huán)境中，高速運行期間碰撞風險問題。目標是使飛行器一次在海上運行數(shù)周，無需進行陸基維護活動。

二是合理的生產(chǎn)成本。項目將優(yōu)先考慮低成本、易于制造的設(shè)計，而不是精致、輕量化的概念。材料應(yīng)該比傳統(tǒng)飛機制造中的材料更實惠，并且可以大量購買。

三是復雜的飛行控制。項目將開發(fā)先進的傳感器和控制方案，以減小海浪影響，并在起飛／著陸期間處理動態(tài)空氣和水的相互作用。