美國國防預研局（DARPA）于2022年12月授予極光飛行科學公司為期一年的“采用新型操縱裝置的革命性飛機控制”（CRANE）項目第2階段合同，開展詳細工程設計，為開發全尺寸平臺奠定基礎。

“CRANE”項目旨在設計一型試驗平臺，將主動流動控制技術集成至飛控系統中，提升TRL并計劃進行一系列試飛活動。本次授予的合同中還包括可選擇執行的第3階段制造和試飛合同，價值約4220萬美元，預計2025年首飛。

(資料圖片僅供參考)

主動流動控制技術發展概況

“流動控制”是在傳統的飛機副翼、襟翼等操縱面位置釋放經過調節的壓縮空氣,利用噴射氣流在機翼后部制造一個“空氣葉片”以改變流經機翼表面的空氣流動方向,使其上下表面產生壓力差,從而產生相應的控制力矩,起到與傳統副翼等操縱面相同的控制作用?！爸鲃恿鲃涌刂啤钡淖饔迷砗托Ч麆t與目前的機械結構推力矢量噴管類似,但無需噴管整體或部分偏轉，也無需加裝可調節折流板,而是借助引入兩股以上噴射氣流去影響發動機噴管主氣流的狀態,使其改變方向，進而產生推力分量來增強甚至替代傳統飛機操縱面的部分功能,對飛機的飛行進行實時控制。

DARPA于1998年啟動“微型自適應流動控制”項目，探索主動流動控制技術發展與系統集成。2003年， NASA在貝爾公司XV-15傾轉旋翼機上首次使用該技術，通過52個執行器噴射壓縮空氣，連通機翼上方的氣流消除旋翼氣流下洗產生的尾流效應，以最大限度地降低懸停時傾轉旋翼機的負載。后續懸停試驗表明，使用主動流動控制技術減少了9%的負載，相當于68kg的載荷；同時使用主動和被動流動控制技術可減少14%的負載。但是該項技術并未在V-22等其他傾轉旋翼機上使用。此后，“微型自適應流動控制”項目還探索使用主動流動控制技術控制飛行中旋轉的彈藥，以及使用自適應流動控制技術減小內埋彈艙的聲學負載和沖擊作用，實現超聲速環境下投放“杰達姆”炸彈。

XV-15傾轉旋翼機。

2013年，北約科學技術組織評估了主動流動控制技術在無人機中的運用情況，認為其控制飛翼構型的無人作戰飛機是“可行且合理的”，還可提升其隱身性能；2019年，該組織分別使用洛馬和波音公司設計的縮比模型進行了飛行測試。

項目整體進展

“采用新型操縱裝置的革命性飛機控制”項目的第0階段，即概念設計階段，于2020年7月啟動。DARPA分別授予極光飛行科學公司（波音公司子公司）、洛馬公司以及佐治亞理工研究公司為期1年的合同，開發主動流動控制技術設計軟件和數據庫并予以完善，為后續研制演示驗證機奠定基礎。前兩家公司對多種飛機概念進行了分析，包括高速突防、高空情監偵等平臺以及短距/垂直起降飛機等。BAE系統公司也獲得了第0階段合同，將其在“巖漿”（Magma）演示驗證機和其他項目中運用主動流動控制技術的經驗應用于一系列高速平臺中。

BAE公司“巖漿”無人機原型機。

2021年8月，極光飛行科學公司和洛馬公司進入該項目第1階段，繼續完善概念設計；佐治亞理工研究公司獲得第0階段延長合同，進一步優化設計工具以應用于后續實際生產。

X飛機構型

極光飛行科學公司在第1階段聚焦共面聯合機翼概念設計，其后掠式前翼和前掠式后翼相連，并向外側繼續延伸，以便于測試多種類型的主動流動控制執行器。

新型試驗平臺使用主動流動控制技術，其原理為使用機翼上的多組噴管噴射壓縮氣體，按需將動量添加至邊界層以延遲流體分離并產生力和力矩以替代傳統的機械控制表面，以減輕機身重量、提升飛控效率并增強隱身性能。

極光飛行科學公司使用主動流動控制技術的X飛機(風洞實驗圖）。

X飛機翼展9m，總重3.2t，飛行速度達Ma0.7。該機在機翼及雙垂尾共計分布14組具有不用掠角的主動流動控制執行器作為主要控制手段，出于安全考慮也保留了機械控制面作為備份。鼻錐中的輔助動力系統將提供壓縮空氣，經過執行器的拉伐爾噴管可達到超聲速的瞬時速度。該階段極光飛行科學公司和DARPA選擇了技術更加成熟的穩定射流模式，計劃首先研究其對機翼空氣動力學影響的有效性和敏感性，并逐步拓展至機體其他位置。“采用新型操縱裝置的革命性飛機控制”項目結束后，極光飛行科學公司將繼續研究不穩定射流模式，該技術可在減小流量的同時提供更高效的控制。

極光飛行科學公司X飛機（概念圖）。

關鍵詞： 控制技術