都有哪些？美国军方加速多个VTOL项目自主化

来源：米乐m6网页    发布时间：2024-09-28 14:04:44

  军用VTOL整机项目的自主化，能够说是从小到大，风险和需求千差万别，对于自主系统的架构和器件的选择要求更是不同。所以，实现一个小无人机的自主飞行和实现一个载人飞机的自主飞行，对于经验和产业链的积累要求都是完全不同的，对这样的一个问题理解的深度也直接决定了践行者所要付出的代价。

  新的军事补给演示旨在让地面作战人员通过智能无人驾驶飞机简化对空中货物的控制，飞机可以自动的观察、监测和避开。

  7月，美国海军和海军陆战队小型战术无人空中系统项目办公室（PMA-263）和海军无人测试和评估中队UX-24在亚利桑那州尤马试验场完成了为期三周的中型自动补给机远征后勤（MARV-EL）项目测试。根据马里兰州帕图森特河的海军航空系统司令部（NAVAIR）的说法，评估完成后，将公布卡曼KARGO四旋翼和Elroy Air Chaparral混合动力电动起降（eVTOL）飞机执行任务的细节和结果。一旦分析完成，PMA-263打算在2025财年第一季度使用其其他交易授权机构（OTA）对MARV-EL原型进行奖励。

  两个MARV-EL团队将创新的垂直起降飞行器与自主飞行控制相结合。KARGO的主承包商Kaman Aerospace与飞行控制创新者NEA合作，实施了NEA最新的Peregrine自主系统。NEA正在与海军陆战队就要求进行合作，并与卡曼合作提供完整的后勤系统。系统集成商Leidos和Chaparral制造商Elroy Air同样在他们的“零接触物流”方法上进行了合作。这两个团队都试图通过简化的用户界面向地面客户交付货物。

  有着陆区冲突的非飞行员操作员可能会命令MARV-EL整机进入等待轨道或将其送回后勤基地。后勤基地的一个更完整的地面站可以在飞行中重新分配整个任务。尤马的KARGO操作员使用地面控制台与他们的飞行器通信，并监控仪器演示机。卡曼的工程师们正在将简化的用户界面重新包装到平板电脑中，用于前方操作位置。

  美国军方有自主空中补给实验的历史，最著名的是在阿富汗长期部署可选择驾驶的卡曼K-MAX。海军陆战队于去年10月宣布了SURVICE TRV-150C战术补给无人系统（TRUAS）的初始作战能力（IOC）。配备NEA自主系统的TRUAS电池动力八轴飞行器可携带高达68公斤的货物。MARV-EL中的混合动力电动Chaparral将有效载荷提高到约136公斤，并使用一个固定翼和四个水平螺旋桨来卸载八个垂直起飞升降螺旋桨，以进行远程巡航飞行。

  卡曼的折叠式KARGO采用传统的涡轴发动机，其尺寸为在190公里内通过整体吊舱或外部吊索承载360公斤。640公斤的KARGO为能够独立飞行的更强大四轴飞行器打开了大门。KARGO使用了很多商用现成的航空电子设备。

  为了降低风险和成本，加快民用认证，KARGO还利用了卡曼为K-MAX和H-2 Seasprite直升机开发经过验证的变速箱和其他现成组件。KARGO在采用高TRL（技术准备水平）的组件，并将其应用于这种设计中，并利用了许多内部供应链项目，其中一些项目的飞行时间长达数百万小时。

  卡曼和商业机队运营商PHI于2023年3月宣布了50架KARGO四轴飞行器的订单。PHI是卡曼的重要合作伙伴，PHI有一个非常庞大的客户群，和他们能够讨论真正想看到的东西。目前正在谈论的是向石油和天然气平台执行热启动任务，这些任务非常昂贵，在某些情况下可能是高风险的。现在，将有一些机会在夜间执行这些热启动任务。例如，在墨西哥湾，他们现在不工作。

  在美国太平洋司令部的场景中，同样的无人驾驶整机可以在930公里以上自行部署，军方可以负担得起。

  KARGO一个生产系统的美元价格为数百万美元。基本的飞行器是根据美国国防部的中型无人物流系统-空中（ULS-a）概念设计的，并使用经过验证的221千瓦罗罗RR300涡轮轴在折叠式吊杆上驱动四个旋翼。

  RR300的变体承诺高达231 kW，为四旋翼机提供更多有效载荷。KARGO于12月20日首次飞行，到MARV-EL结束时，已经飞行了大约40个小时，外加数百个地面测试小时。在它的两架飞机上，地面运行进展到系留悬停和无系留飞行。根据COA（FAA的授权证书）在宾夕法尼亚州进行了大部分测试，现在被授权在Bloomfield（康涅狄格州）的工厂进行飞行测试。

  大多数KARGO飞行都是由企业具有的测试飞行器1（TAV-1）完成的。尤马使用的Marine Air Vehide 1（MAV-1）基本相同，最大的不同之处在于飞行器上的数据仪器，在飞行测试中做的很多遥测技术不可能会出现在建造的所有原型上。例如，TAV-1上覆盖着加速计和应力计。

  卡曼拥有的KARGO测试飞行器1（TAV-1）——在12月的首次飞行中看到——被安装了降低风险的仪器。将由另一家企业具有的资产加入飞行测试。图源：verticalmag

  另一家公司资助的飞行器TAV-2在卡曼工厂即将完工。卡曼通过个人承担风险希望降低这些项目的风险，这有助于更快地推进政府项目。

  为了控制KARGO集成成本，卡曼工程师围绕宾夕法尼亚州匹兹堡NEA的Peregrine自主飞行控制栈设计了电传四轴飞行器。卡曼在K-MAX上使用了一个早期版本，这是一个更轻、更好的系统。这在很大程度上与更小、更轻、更可靠的组件有关，但它仍然使用激光雷达基地来制造一个点对点系统。激光雷达——光探测和测距——点云绘制了障碍物的坐标，用于探测和规避、着陆区评估以及安全和精确着陆，包括概念性的船甲板着陆。卡曼团队在飞行测试中要做的是打开开关，让全自动系统运行，识别障碍物，起飞、降落和升空。

  模块化的Peregrine自主系统针对中型无人驾驶飞机进行了优化，支持机外任务规划、飞行中避障、防撞、导航、精确着陆以及在调查着陆区后的安全着陆。KARGO中的自主堆栈提供了与可选择驾驶K-MAX相同的功能，但根据K-MAX的经验，KARGO有了非常特殊的着陆和起飞模式。K-MAX在起飞、巡航和着陆过程中遵循方波轨迹。现在KARGO已经为更通用的飞行剖面做好了准备。

  为了提高可靠性要拥有多个系统并不是特别容易。在某些组件中，你可以——有三个IMU（惯性测量单元），只看两个，看看是否有一个坏了。当不能拥有三个的时候，它会变得更复杂，需要以一种更高可靠性的组件来达成目标的基本部分。NEA正在重新设计KARGO架构，这样KARGO就可以对系统来进行故障检验测试或监控，以确保所有组件都能正常工作，能够得到相同的功能和更高的可靠性。

  NEA继续在替代平台上开发Peregrine，并且是德克萨斯州奥斯汀陆军应用实验室即将赞助的HVTOL演示机的主承包商。陆军HVTOL使用与海军MARV-EL相同的KARGO整机，但这是两个完全不同的项目。MARV-EL项目完全专注于重量和续航能力，因此其可以在供应链中用这种整机。

  今年夏末，陆军HVTOL将概念扩展到情报、监视和侦察（ISR）、电子战、通信中继和搜救（SAR）任务。HVTOL可能集成激光雷达、GPS、光学相机，并在一个版本中集成雷达。陆军强调的是多功能性，而不是货物。

  NEA还与莱昂纳多合作，在海军航空系统司令部的空中后勤连接（ALC）项目上，驾驶一架7000公斤AW139直升机的无人版本，该直升机具有简化的地面接口和自动货物装卸系统。当拥有这种规模的整机时，风险是一种不同的计算方式。Peregrine的扩展、增强可靠性版本将与现有的霍尼韦尔无人驾驶仪连接，实现15米悬停时的自动起飞和着陆。莱昂纳多AW139和空客UH-72之间的ALC竞赛会于2026年开始飞行测试。