叫板貝爾，得巨頭撐腰，這家小公司的傾轉旋翼機憑啥獲美軍青睞？

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作者：丁尹

近日，卡萊姆飛機公司、諾斯洛普·格魯曼以及雷神公司（又譯作“雷聲公司”）簽署了合作協議，這三家公司將合作打造美國陸軍的未來攻擊偵察直升機競賽原型機（FARA-CP；Future Attack Reconnaissance Aircraft Competitive Prototype）[1]。格魯曼和雷神公司都是美國軍工行業的主要承包商，前者主攻航電系統等、後者主攻武器系統等，在業界都可謂是聲名赫赫，相比之下，卡萊姆飛機公司就有點“不起眼了”，那麼，這兩家軍工巨頭為什麼要為這家小公司撐腰呢？

▲2005年巴黎航展上，雷神公司展出的導彈系統

更有意思的是，卡萊姆飛機公司早在此前美軍的聯合多任務演示計劃（JMR-TD）[2]中就參與過相關的競標，其推出的原型方案是一種先進傾轉旋翼機。不過，在那次競賽中，卡萊姆的方案不敵貝爾更為成熟的V-280傾轉旋翼機方案，在最後階段黯然落選。儘管如此，美軍仍然向卡萊姆公司撥付了少量的經費，支持其繼續推進方案設計，直到美國陸軍FARA的競標開始之後，卡萊姆再一次獲得原型機競賽門票，可謂是備受美軍青睞。那麼，既然有貝爾成熟的傾轉旋翼技術珠玉在前，美軍又為何會對卡萊姆飛機公司的傾轉旋翼機方案另眼相看呢？

▲貝爾V-280傾轉旋翼機測試中

*注：

1.美國陸軍的未來攻擊偵察直升機計劃旨在謀求一型高速、機動性出色、隱蔽性好、生存能力強，能夠穿透敵方防空系統並勝任城市內部攻擊偵察任務的新型飛行器，關於該計劃的更多內容，可參閱：《軍武評｜敲定，美軍選這5公司打造未來偵察直升機概念，勝者投產》

2.在JMR-TD計劃的第一階段，西科斯基-波音聯合作品SB>1、貝爾V-280、AVX複合式直升機和Karem的先進傾轉旋翼機方案初步入選，不過到最後原型打造方案“四進二”，AVX和卡萊姆方案被淘汰，未能獲得製造原型機的機會，但是美軍仍然為其撥付了少量的經費，以支撐其方案的繼續推進。

非著名公司和著名創始人

誕生於2004年的卡萊姆飛機公司（Karem Aircraft Inc.）在美國巨頭林立的航空工業界實在只能算一架“初創企業”，作為一家航空公司，其在業界的名頭遠不及其創始人亞伯·卡萊姆（Abe Karem）先生在行業界的名聲來得大。

卡萊姆曾經是以色列空軍的首席設計師，其在“以色列時期”的代表作品就是於1973年“贖罪日戰爭”（又作：第四次中東戰爭）[3]期間被用上的第一架無人機，無人機的出現深刻改變了現代戰爭的方式。由此，卡萊姆被《經濟學人》稱為“無人機締造者”。上世紀70年代後期，卡萊姆移民到美國。在美國期間，他在LSI公司領導團隊研製了Amber和GNAT 750無人機，最後LSI公司被通用原子公司收購，在這些無人機原型的基礎上誕生了大名鼎鼎的MQ-1捕食者無人機。

▲美國空軍MQ-1，裝備有AGM-114地獄火導彈

此後卡萊姆創立了Frontier Aircraft公司，並在美國國防部先進計劃研究局的支持下啟動了A-160蜂鳥無人機的研製工作，這是一種變旋翼轉速直升機[4]。雖然該型直升機特有的“轉速優化技術”非常吸引軍方的目光，但是就實際技術現狀而言，要實現真正意義上的全包線變轉速還是相當有困難的，最後Frontier Aircraft公司被波音收購，A160無人機也變成了波音的型號，2012年底，由於A160振動問題等技術難題始終沒能徹底解決，考慮到經費預算限制，美軍最後決定取消該項目。

▲地面測試中的A160蜂鳥無人機

2004年，以卡萊姆名字命名的卡萊姆飛機公司正式成立；2008年，卡萊姆憑藉其在轉速優化旋翼方面的極高造詣，開始著手打造轉速優化傾轉旋翼機（OSTR；Optimum Speed Tilt-Rotor）設計方案，並憑藉該方案和美國國防巨頭洛克希德·馬丁組團參與了美國國防部的聯合重型升力項目（JHL；Joint Heavy Lift）；2013年，同樣是憑藉OSTR方案，卡萊姆再度通過了美國陸軍的聯合多任務演示計劃第一階段的競賽，得以與貝爾、西科斯基同臺競技，最後抱憾離場；2019年，卡萊姆公司捲土重來，帶著更新、更成熟的OSTR方案，再次加入到美國陸軍的FARA計劃中，同樣是獲得了入場券，並獲得了美國陸軍7.38億美元的合同用於打造競賽原型機，可惜的是，這一次貝爾公司並未打算用傾轉旋翼機的方案來競標FARA計劃[5]。

▲卡萊姆用於不同項目配置的OSTR方案模型示意圖

*注：

3.贖罪日戰爭（希伯來語：מלחמת יום הכיפורים‬；又稱第四次中東戰爭、齋月戰爭、十月戰爭）發生於1973年10月6日至10月26日，起源於埃及與敘利亞分別攻擊六年前被以色列佔領的西奈半島和戈蘭高地。戰爭的頭一至兩日埃敘聯盟佔了上風，但此後戰況逆轉。至第二週，敘軍退出戈蘭高地。在西奈，以軍在兩軍之間攻擊，越過原來的停火線蘇伊士運河。直到聯合國停火令生效為止，已經殲滅了一隊埃及軍隊。

▲第四次中東戰爭時進攻戈蘭高地的敘利亞軍T-62

4.變旋翼轉速直升機，專業名稱“轉速優化旋翼飛行器”，這類直升機與常規直升機最大的差異就是其旋翼轉速不是恆定不變的，而是會隨著前飛速度、飛行狀態、燃油消耗導致的全機重量變化而變化，來實現在全飛行包線內，直升機都處於最優旋翼轉速下，以此提升續航時間和擴大航程。

5.令人大跌眼鏡的是，貝爾決定基於成熟的商用直升機改裝來競標FARA計劃，儘管這一思路聽起來有些“離奇”，但是貝爾手裡確實也捏著幾張不錯的牌，可參閱：《軍武評｜拿常規直升機與西科斯基爭美軍新項目，貝爾底氣在哪裡？》

轉速優化傾轉旋翼機好在哪裡？

儘管至今都沒有造出過任何一架原型機，但是自從JMR-TD項目之後，卡萊姆公司的傾轉旋翼機給美國陸軍留下了深刻的印象，他們曾多次表示他們對這種轉速優化傾轉旋翼技術非常感興趣，並認為這種新的傾轉旋翼方案在未來大有可為——言下之意除了讚許之外，也可以看出美軍對這種不夠成熟的技術還是有些“忌憚”的[6]。

無論如何，從2017年開始，美軍還是對轉速優化傾轉旋翼投入了足夠的關注和經費，他們曾公開表示卡萊姆公司應當考慮建造一座用於測試新型傾轉旋翼技術的測試臺，並打造對應的旋翼系統（包括槳葉、槳轂和電子系統），以便為最終的全尺寸旋翼/機翼系統地面測試做好準備。卡拉姆早前也表示他們已經準備好艦載一副11米直徑的旋翼和相關的所有部件，不過自始至終都沒有透露過相關計劃的具體時間表，只是說“隨時能夠跟進美國陸軍的計劃表”。

▲OSTR的旋翼測試臺概念圖

# 變轉速技術：一切為了飛行效能

對於傾轉旋翼而言，旋翼轉速的設計一向都是核心要點和難點。這是因為傾轉旋翼在垂直起降和懸停的時候充當的是直升機旋翼的功能更，而在高速前飛的時候，則是充當固定翼飛機空氣螺旋槳的功能。後者的轉速一般都會低於前者，這樣燃油消耗得以減少，飛行器續航性能得以提升。就拿貝爾的V-22魚鷹傾轉旋翼機為例，其在前飛的時候——也就是固定翼飛機模式——旋翼轉速將會降低到直升機模式的82%[7]。

▲貝爾的V-22魚鷹傾轉旋翼機

而卡萊姆的轉速優化旋翼，將採用更輕質但剛度更高的複合材料（比以往所有的傾轉旋翼機旋翼剛度都要更高），因此該機能夠在前飛的時候把轉速降低到更低的水平：低於直升機模式的一半。除此之外，卡萊姆傾轉旋翼機還有一項關鍵特性：一套獨特的“雙速傳動系統”，通過這種傳動系統，卡萊姆傾轉旋翼機能夠保證旋翼無論在哪種轉速狀態下，發動機都保持在最優的出軸轉速範圍內，從而大幅提高了燃油效率。

▲參與JMR競標的卡萊姆ATR-36就以上述轉速優化傾轉旋翼技術聞名

# 不僅僅只是變轉速

卡萊姆傾轉旋翼機之所以零美國陸軍印象深刻當然不只是因為它出色的變旋翼轉速系統。他還有獨特的槳葉外形設計、一體化的集成槳轂佈局以及直升機旋翼尖端控制技術：獨立槳葉控制。對於常規旋翼而言，包括貝爾的傾轉旋翼機，其旋翼控制系統都是通過自動傾斜器來控制的，該套系統能夠實現總距操縱和週期變距操縱，對於直升機而言是“標配”，但是這種控制方式也有明顯的缺點：所有的旋翼都要同時進行某種槳距改變。而獨立槳葉控制技術則通過一套全新的槳葉控制系統，能夠“單獨控制某一片槳葉”，這樣一來，每一片槳葉都能工作在最恰當的槳距角下面，而不需要再受限於其他槳葉的工作狀態。

▲獨立槳葉控制技術是一種直升機旋翼控制的尖端技術，圖為NASA在風洞中測試其旋翼獨立槳葉控制技術

通過這些技術革新，卡萊姆傾轉旋翼機的旋翼和槳轂系統之間結構的以簡化，零部件數量也大幅減少，對於減輕部件重量和提升可維護性大有裨益。

除此之外，大量高新複合材料的使用不僅減輕了卡萊姆傾轉旋翼機的重量，還使得該機的氣動外形能夠更符合空氣動力學原理，在增升、減阻方面都有不俗的表現。

▲卡萊姆的專利技術——轉速優化傾轉旋翼採用了特殊的槳葉外形

在傳統系統設計方面，卡萊姆傾轉旋翼機和貝爾的V-22和V-280一樣，同樣採用了兩側短艙發動機之間相互耦合連接的方式，這樣能夠確保單發失效之後，一臺發動機能夠驅動兩副旋翼系統。與貝爾不同的是，卡萊姆在傳動系統中巧妙加入了一個離合裝置，使得在必要的時候，雙發動機能夠“獨立分裂”出來，各自驅動各自的旋翼，來提高飛行效率。