DARPA 希望研发出能够以完全不同的方式进行操控的飞机

1 月 17 日，美国国防高级研究计划局 (DARPA) 宣布了一项计划的下一步，该计划旨在制造一种完全依靠控制面飞行的飞机，这种控制面没有飞机通常用来操纵的移动部件。美国国防高级研究计划局 (DARPA) 专注于蓝天愿景，投资研究以创造新的技术可能性。在这个项目中，它试图改变飞机在空中改变方向的方式。

该项目名为“革命性飞机控制与新型效应器”，简称 CRANE。DARPA 于 2019 年首次启动该项目，并征求提案，“设计、建造和飞行测试一种新型飞机，将主动流控制 (AFC) 技术作为主要设计考虑因素。”

AFC 是一种控制模式，可取代飞机的副翼和方向舵等运动部件。飞机通过安装在机翼上的副翼、尾部的升降舵和方向舵改变气流方向，从而改变位置。这些控制装置使飞机可以左右滚动、起飞时向上俯仰、降落时向下俯仰，以及左右偏航。机翼上的可伸缩缝翼和襟翼还可以使飞机在低速时产生更多升力，并在飞机向下倾斜着陆时减慢速度。（有关机翼如何产生升力的更多信息，请参见此处。）

借助“主动流动控制”，飞机可以使用等离子执行器或合成喷气执行器来移动空气，而不必依赖物理表面。使用等离子执行器，这是通过改变流经安装在机翼上的执行器的空气的电荷来实现的，进而改变空气的流动。同时，合成喷气机可以将空气注入机翼上的气流中，从而改变升力。2019 年，NASA 为一种结合了等离子和合成喷气执行器的机翼控制系统申请了专利，目的是制造没有任何活动部件的执行器，并且“基本上无需维护”。

DARPA 在 2019 年的提案征集书中强调，这项技术可以“消除为实现稳定性和控制而移动的控制面”，改善“起飞和着陆性能、高升力飞行、厚翼型效率和增强高空性能”。

随着起飞和降落的改进，这种控制系统可以实现“超短距起飞和降落”（ESTOL），即飞机或无人机在比目前用于短距起飞和降落的跑道还要小的跑道上起降。美国国防部和北约将短距起飞定义为能够在 1,500 英尺长的跑道上着陆，跑道两端各有 50 英尺高的障碍物。

由于这些新的流量控制装置可以增加起飞时的升力角并改善下降时的制动，因此装有该装置的飞机可能可以在更小的区域着陆。这扩大了此类飞机的飞行方式和飞行地点，对于未来的战争和海上行动尤其重要，因为军方必须在舰船上或小岛上建造自己的跑道。

这些控制装置的另一个作用是使飞机更难被观察到，因为它减少了飞机上反射雷达信号的表面数量。控制装置还可以更安静，最大限度地减少音频传感器的探测，并可以提高飞机在高空的稳定性和升力。这些控制装置还可以使飞机机翼更厚，从而可以容纳更多的燃料。

去年 12 月，Aurora Flight Sciences（波音公司旗下子公司）获得了超过 8900 万美元的 CRANE 项目资金，这大约相当于一架 F-35A 隐形战斗机的成本。在已经完成的第一阶段中，Aurora 制造了一架能够使用主动流控制在风洞测试中展示控制的飞机。本月宣布的第二阶段将专注于设计和开发 X-plane 演示机的软件和控制装置，该演示机“无需在机翼和尾翼外部安装传统的移动飞行控制装置即可飞行”。

如果 DARPA 决定继续进行对比，那么可以选择第三阶段，其中 DARPA 将驾驶一架重达 7,000 磅的 X-plane，该飞机采用主动流动控制并依靠它进行可控飞行。

DARPA 希望通过从一种新型控制模式开始设计，激发人们对飞机如何飞行和机动的新思考。DARPA 的 X-plane 设计经验丰富，涵盖了从长航时无人机到隐形飞机再到高超音速设计等各种设计，这些设计都导致了军事设计和规划的变化。飞机能够使用主动流量控制在较小的跑道上飞行，这不仅扩大了军队可以作战的区域，甚至还扩大了可以发射长航时无人机的舰船尺寸。

DARPA 处于研究创新前沿，该项目的重点是确保该技术首先能够进行演示。如果证明成功，那么将由军方其他部门决定如何使用它。

2023 年 1 月 31 日更正：本文已更新，将“1,5000 英尺长”更改为“1,500 英尺长”，将“主动跟随控制”更改为“主动流量控制”。