透视美国陆军航空及导弹研发工程中心

李昊+袁成

美国陆军是世界最大的旋翼机使用方，装备了超过4 000架各类旋翼机，约占世界旋翼机总量的1/10，军用旋翼机装备量的1/4。陆军对旋翼机技术的需求直接影响了世界旋翼机技术的发展方向。而对于美国陆军航空兵来说，“航空及导弹研发工程中心”（AMRDEC）占有重要地位，该中心的技术发展方向对美国陆军旋翼机作战能力有着重要影响。

AMRDEC的前身之一是陆军“航空研究、开发及工程中心”（AVRDEC），其参与了陆军历史上多个重要旋翼机型号如UH-1“休伊”、AH-1“眼镜蛇”、UH-60“黑鹰”、AH-64“阿帕奇”等，并在20世纪60年代开展了多个先进构型原型机的研制和飞行试验，为之后的V-22“鱼鹰”等新概念高速旋翼机的研制奠定了基础。AVRDEC还承担了“长弓”火控雷达、“阿帕奇”有人/无人编队技术的前期技术发展工作等。

中心概况

AMRDEC成立于1997年，由“导弹研究、开发及工程中心”（MRDEC）和“航空研究、开发及工程中心”（AVRDEC）整合而成，以满足陆军新建立的“陆军航空及导弹指挥部”（AMCOM）的科研需求。目前AMRDEC共有约3 000名正式员工，有超过2000人是工程师和科研工作者，而非服役军人。此外，AMRDEC还有6 000名以上的合同员工。AMRDEC拥有超过17.7万平方米的工作、试验场地，年度预算约30亿美元。

AMRDEC是美国陆军主要的科研及管理机构之一，由陆军“研发及工程司令部”（RDECOM）领导，使命是研发陆军航空器和导弹的技术方案。2015财年美国陆军航空科研预算中，AMRDEC占总经费1.76亿美元的83%，约1.46亿美元。AMRDEC在型号方面也承担重任，如美军最重要的旋翼机项目之一——“联合多任务旋翼机”（JMR）即由其下属的“航空应用技术委员会”（AATD）负责。此外，AMRDEC还承担多个航空项目执行办公室每年数亿美元（2014财年为7.37亿美元）的技术支持工作。

AMRDEC在旋翼机领域和美国国防部、NASA、DARPA、高校和工业界开展了密切合作，也与北约等机构有多个国际合作项目。AMRDEC目前拥有3个旋翼机中心，分设在佐治亚理工大学、马里兰大学和宾州州立大学。

AMRDEC的航空科研机构

“航空开发委员会”（ADD）承担了AMRDEC主要的航空科研工作，该委员会是一个非实体机构，总部设在阿拉巴马州的红石兵工厂。其下属主要机构有“航空应用技术委员会”（AATD）和“航空飞行动力学委员会”（AFDD）。

航空应用技术委员会AATD总部位于弗吉尼亚州尤斯蒂斯堡，主要任务是开发关键技术和产品、推动其技术成熟，为陆军旋翼机装备提供保障。主要领域包括：航电与网络、自主性技术与编队协同、生存性技术、作战及效能评估、传动系统、发动机、机载系统、型号支持。

AATD还建有一个由政府和承包商组成的机构，为AH-64、UH-60、AH-1、UH-1、OH-58等直升机和C-12飞机提供维护及训练服务。AATD下属的飞行项目办公室则负责提供原型机武器系统飞行测试所需的仪器设备，包括机载传感器、信号调节及编码设备、状态记录仪、遥测发射机/接收机和解码器等。

航空飞行动力学委员会AFDD总部位于加州莫菲特机场，是与NASA艾姆斯研究中心同地协作的一个机构，共用其空气动力学相关设施和风洞等。AFDD涉及的主要领域包括：风洞测试、飞行研究、概念设计、旋翼系统、飞行力学计算及实验、飞行器管理及控制、人机交互界面等。

除ADD外，AMRDEC还设有一个“航空及工程委员会”（AED），负责系统研制所需工程手段的开发，还能为美军和对外军售的直升机、发动机、组件提供现场维护，以及维修、改进、升级服务。

AMRDEC当前主要研究方向

目前，AMRDEC航空科研工作聚焦6大领域，即基础科研、设计与评估、平台技术、动力技术、机载系统和保障。

基础科研主要关注与垂直起降有关的原理性研究，其中旋翼空气动力学和飞行力学是难点最集中的领域。该领域的试验研究包括：旋翼涡流和气动干扰研究，以及先进流动控制及诊断方法验证等；基于等离子和射流作动器的全新流动控制技术也是一个方向，该技术可降低机身阻力，提高飞行速度。

设计与评估设计与评估领域的工作集中在中型、轻型和重型“未来垂直起降飞行器”方案研究上，该研究与FVL联合需求小组共同进行。这一领域的研究还包括开发更好的计算机建模工具，用于FVL方案及现役机型的计算。

平台技术主要任务之一是研究全新构型，以解决未来旋翼机的飞行速度显著提升时阻力过大的问题，AMRDEC还将开展主动减阻技术的模拟测试，验证其在风洞条件和实际飞行时的效果。

可靠性也是研究重点。AMRDEC将把已在固定翼飞机上检验过的提升可靠性的方法用于旋翼机上，如电传飞控技术就是一种能提高旋翼机操纵性、降低结构载荷并延长寿命的有效途径。

生存性方面，目前研究的方向之一是通过内部/外部气囊和先进的乘员约束装置提高旋翼机及其乘员的战场生存性。陆军还在研究通过数据收集和处理对坠机可能性进行预测，以便在坠机不可避免时能够提前做好保护措施。

平台技术领域目前的终极目标是“保证直升机只要不是被不可抗拒的外力摧毁，就始终具备飞行能力“。这些创新技术将用在“黑鹰”系列直升机的下一个主要升级型上。

动力系统动力领域目前主要目标是多用途、智能的涡轴发动机和传动系统，以提升旋翼机的作战半径、航时，并提高维护性。

在涡轴发动机方面，AMRDEC启动了“改进涡轮发动机项目”（ITEP）、“经济可承受涡轮发动机”（FATE）和“替代概念发动机”（ACE）等技术项目，以满足现役直升机换发，以及未来旋翼机要求更高的动力需求。

除上述技术发展项目外，该领域技术研究的重点是以下3个方向。

一是包含在“先进变速动力涡轮计划”（AVSPOT）项目中的可变转速发动机和传动系统，这将允许旋翼机在更大范围内改变旋翼转速，从而提升其在高速飞行下的性能，以适应新构型的需求。

二是发动机智能过滤系统的评估，该系统能更有效地过滤扬沙和尘土，降低沙尘环境对发动机的影响。该系统能根据使用环境随时打开和关闭，从而提高非沙尘环境下全机的使用性能。

三是发动机/传动系统健康诊断和预测技术，该技术能够在保证系统可靠运行的前提下，提高系统的维修间隔，从而降低维护费用。

这3个方向中，变转速传动/发动机主要用于满足新构型旋翼机的研制需求，而另外两项则更多地用于现役机型的改进。

机载系统任务系统的研究工作涉及以下5个方面：人机界面；系统和传感器；生存性技术；航电系统和网络；编队、自主控制和信息管理。

该领域研究重点之一是加强飞行器在低可视度环境、扬沙环境或黑暗环境下的操纵能力。研究涉及先进飞控系统、用于低可视度环境的先进传感器，以及先进的信号数据格式3个方面。先进的信号数据格式能够快速、综合地为驾驶员提供必要信息，或在靠仪表飞行时为设备提供数据。

信息管理技术领域的一个重点研究方向是可辅助飞行员决策并提出建议的软件，该技术不仅涉及现役的有人直升机机队，还包括了无人机系统。

在任务系统领域，针对现役机型的升级技术正在进行，如将无人机作为有人直升机僚机的研究。随着陆军当前的“航空重组计划”（ARI）的推进，该技术的需求也变得日益迫切。陆军目前已根据ARI计划，逐渐退役OH-58“基奥瓦勇士”，但轻型攻击/侦察能力需求仍存在，因此陆军计划用该技术，以AH-64/ MQ-1C“灰鹰”组队来填补OH-58退役后留下的任务能力缺口。

维护保障目前该领域的主要项目是“旋翼机任务自助系统技术”（AS？ TRO）。根据设想，ASTRO能在失效前向飞机和驾驶员传达关于飞行器的健康预测信息，并提出处理建议。其将分析各部件的健康数据，如温度峰值、压力变化、噪声和振动等，并将其转化为平台的问题信息和处理方法输出。该技术有助于FVL实现“零维护”的目标。

现阶段重点项目

“联合多任务旋翼机”JMRJMR项目是美军当前唯一的新机研制项目，计划研制一个高速旋翼机产品系列，替换UH-60、AH-64、OH-58等现役直升机。美国陆军对JMR项目提出跨越性技术指标：35℃、1 828米海拔高度平飞速度达到426千米/时，比现役机型的280千米/时提高约50%；航程比现役机型提高约60%，作战半径达到约420千米。

该项目启动于2004年。2011年，陆军开始JMR技术验证工作，将中型通用型作为JMR系列的研究起点。构型研究于2013年年初结束，陆军在当年10月发布了验证机研制第一阶段合同，西科斯基/波音、贝尔、AVX和卡雷姆公司获得该合同，AVX提交了一个共轴双旋翼加尾部双涵道推进桨的方案，卡雷姆公司提出的是一个倾转旋翼构型方案。这一阶段于2015年8月完成，西科斯基/波音联合团队的SB-1和贝尔公司V-280方案胜出。

目前，获胜的两个团队正在改进设计方案并建造原型机。陆军计划，2017年实现原型机首飞，2020年前完成全部验证和评审，并选择一个方案开展工程机研制。生产型机预计在2028年前后交付部队。此外，陆军在2016年上半年还决定为落选的AVX公司和卡雷姆公司各提供一笔约1 000万美元的经费，供其完成设计方案的关键试验，以验证其性能水平。

“旋翼机低可视度环境增强”（DVE-M）DVE-M项目于2013年启动，预计2019年完成，目的是寻求一种能在低可视度环境（DVE）下帮助直升机驾驶员安全驾驶并完成任务的方案，DVE环境包括沙尘、积雪、浓烟、云雾、夜晚和对比度过低的环境等。

该系统使用近/远红外传感器、雷达和激光雷达数据，在显示器上进行数据融合，同时将飞行矢量作为飞行控制系统输入，使其能控制安全的飞行航迹，而不会给飞行员带来过度的工作量。该系统能对各种传感器技术“即插即用”。

该项目又被命名为“褐盲（近地飞行时地面沙尘被扬起而导致的视线受阻）环境旋翼机增强系统”（BORES），将安装在陆军约300架货运、通用和医疗救护直升机上，包括UH-60M/V和CH-47F等。陆军于2015年发布了项目的信息征询书，共有19家公司响应。最新进展是在2015年下半年，陆军向赛拉内华达公司授出一份“视觉退化环境领航系统”（DVEPS）开发合同，为其直升机开发传感器系统，系统测试于2016年进行。

◎组装完成的贝尔公司V-280“勇气”倾转旋翼机

“改进涡轮发动机项目”（ITEP）项目旨在为“黑鹰”和“阿帕奇”研制2 205千瓦（3 000轴马力）级别的先进涡轴发动机，同时为中型JMR旋翼机的动力系统搭建技术桥梁。目标是在保持T700涡轴发动机重量的基础上，把油耗降低25%、功率提高50%、成本降低35%。先进涡轮发动机公司（ATEC，霍尼韦尔和普惠的合资公司）的HPW3000和GE公司的GE3000参与项目竞争。2013年7月，ATEC公司成功完成首台HPW3000发动机的耐久性试验，并于9月开始在第二台发动机上进行性能和吸沙试验，进一步验证发动机的硬件系统。GE公司的首台GE3000也已完成试验工作。

AMRDEC主要航空科研设施

AMRDEC拥有多个旋翼机研发设施，主要用于基础技术、前沿技术研发及实验，并为平台设计制造/飞行试验/专项试验提供支持等。其主要设施如下。

2.1×3.0米风洞该风洞位于莫菲特机场，主要用于旋翼机前沿技术、专用技术研究，如先进旋翼机概念设计或现役旋翼机气动问题研究，试验段最高风速可达到185.2千米/时（51.4米/秒）。

4.3×6.7米亚音速风洞该风洞与NASA兰利研究中心共用，位于弗吉尼亚州汉普顿，是一个闭环风洞，用于测试动力驱动和高升力构型，最高风速可到370.4千米/时（102.9米/秒）。试验段壁板和顶板可拆卸，允许配置成多种构型，如全封闭、开缝、部分开放或全开放式。风洞可用于旋翼机性能、载荷、声学特性、流体物理学等相关测试。该风洞拥有非侵入式流场测量系统，可提高数据采集的效率。

航空飞行支持设施该设施位于尤斯蒂斯堡的菲尔克陆军机场，拥有1个 22.9×61.0米的机库及2个旋翼机停机坪。前文提及的政府及承包商组成的现役机型保障训练机构即位于此。其飞行项目办公室可提供测试计划及试飞员。

弹击试验设施该设施位于尤斯蒂斯堡，包括2个露天的和1个室内的弹击试验场地，并安装了数据采集和分析设备，可承担全尺寸样机的各种弹击测试，从机枪子弹到30毫米穿甲弹、高爆燃烧弹等弹药的测试均可进行。

对抗手段试验设施该设施位于尤斯蒂斯堡，可在模拟的飞行器环境下进行涡轴发动机声学、红外辐射等目标特征的测量，测量设备可同时收集96个压力信号通道和105个温度信号通道的数据，其使用的“可移动飞行器红外测量系统”（AIMS）同时也能用于在外场进行全谱系红外信号特征的测量。

设计及分析设施该设施位于尤斯蒂斯堡，用于飞行器部件、子系统及其它装置的工程设计，拥有各种专用软件及NISAⅡ等工程分析工具。

研发制造设施该设施位于尤斯蒂斯堡，提供专用设备/结构的航空制造能力支持，同时也承担了陆军航空科研所需的原型机制造工作。该设施能够制造几乎所有的机械零件，其制造精度可达到千分之一英寸（25.4微米）。

飞行控制技术实验室该实验室位于红石兵工厂，用于直升机飞行控制技术开发，以提升陆军现役飞行器的作战能力。实验室承担了电传飞控系统等的飞行控制率开发和评估工作。

飞行研究支持设施该设施位于尤斯蒂斯堡，拥有机库及飞机改装、测量和支持保障设备，可提供有人或无人的固定翼/旋翼机的飞行试验支持能力。

仪表设备设施该设施位于尤斯蒂斯堡，用于提供原型武器系统飞行试验所需的各种机载传感器、转换器、信号调节/解码设备等。

大型旋翼试验台该试验台位于莫菲特机场，一般在国家全尺寸空气动力学综合体（见下文）风洞中使用。该试验台拥有完整的操纵和传动系统，可进行全飞行包线、全尺寸的旋翼部件的试验。

NASA垂直运动模拟器该设施位于莫菲特场，属于NASA兰利研究中心，由AFDD与NASA共同使用。其拥有4个可互换的模拟座舱，通过计算机图像生成器生成视觉图像。该模拟器是世界上运动幅度最大的6自由度模拟器。

国家全尺寸空气动力学综合体该设施属于NASA，AFDD是其主要使用者。主要用于旋翼机的全尺寸气动测试，是世界上最大的风洞。其拥有2个独立的试验段，试验段尺寸分别为12.2×24.4米和24.4×36.6米，最大风速可达463千米/时（128.6米/秒）。

◎美国国家全尺寸空气动力学综合体风洞中的大型旋翼试验台正在进行SMART旋翼风洞试验

“红石航空推进测试及研究”（RAPTR）设施RAPTR位于红石兵工厂，是一套先进的地面级涡轴发动机测试设施，能够对各种功率的涡轴发动机及部件进行测试和评估。

旋翼机先进系统概念机载试验室（RASCAL）该设施位于莫菲特，是一台全权限、电传飞控、全显示驾驶舱的飞行模拟器，基于UH-60A构建，该机的军方代号为JUH-60A。该机由NASA和AMRDEC共同使用，可用于飞行控制、先进导航显示等试验任务。

小型无人机（UAV）设施位于尤斯蒂斯堡，主要用于无人机的装配和保障，也可提供航电和地面支持设备。

结构测试设施位于尤斯蒂斯堡，试验设施包括：旋翼桨叶中段疲劳试验台、旋翼桨叶根部测试试验台、扭转疲劳试验机、拉伸强度试验机等以及一个可承载UH-60系列或类似直升机的托架。

“飞行器天线测量设施”（VAMF）位于尤斯蒂斯堡，该设施具备自动天线增益辐射图测绘能力，并拥有一个可调节的飞行器旋转系统，该系统能够承载最大18.6吨、轮间距11.0米的飞行器，并能够在水平方向360°旋转飞行器，以绘制天线和传感器的无线电频率辐射图。

除ADD和AED的科研设施外，AMRDEC其它各部门如“系统仿真及开发委员会”（SSDD）、“工程委员会”（ED）、“推进及结构委员会”（P&S）、“软件工程委员会”（SED）等也拥有多个与航空相关的实验室等设施，如复合材料结构制造设施、飞控作动系统测试设施、无人系统的联合技术中心/系统集成实验室、OH-58“驾驶舱操纵规程训练器”软件、UH-60系统集成实验室等。

总之，AMRDEC是美国陆军航空科研体系中重要的一环。其主导了美国陆军目前最重要的旋翼机项目JMR/FVL，该项目的最终成果很可能成为美军未来最主要的高速旋翼机装备，同时对世界高速旋翼机发展方向产生深远影响。此外，AMRDEC也将在先进机载系统、高性能涡轴发动机等领域继续引领旋翼机发展潮流。