美国陆军研究实验室(ARL)宣布,已试飞一款由3D打印转子发动机驱动、燃烧喷气燃料的中型无人机,标志着为期数年的研究项目告一段落。该项目的目标是为未来无人飞行器提升航程、功率与续航能力。
这架无人机名为VICTOR,是垂直起降(VTOL)飞行器,由陆军研究实验室与阿拉巴马州企业Griffon Aerospace及其他伙伴共同开发。其动力系统采用串联混合动力架构:发动机不直接驱动螺旋桨,而是带动发电机,由发电机为无人机的电动马达提供电力。发动机本身是一台3D打印的转子发动机,配套一台新的400伏电机-发电机。
陆军没有说明此次飞行发生在何时、持续多久,也没有公布飞行性能数据。不过,随公告发布的照片显示,该系统在阿拉巴马州亨茨维尔附近进行飞行准备。
VICTOR是“Versatile Intelligence Controlled Tactical Operational Reconnaissance and Attack”的缩写,属于Group 3无人机。按照美军分类,这一级别涵盖重量不超过约600公斤(1320磅)、飞行高度低于18000英尺的无人机,体积大于步兵班组使用的小型四旋翼,但远小于“死神”一类的大型无人机。
该发动机燃烧的是“重油”,即陆军车辆和直升机已经在使用的煤油基喷气燃料和柴油。目前,大多数中小型无人机发动机针对汽油设计,这意味着部队在野外必须为无人机单独携带一套燃料供应。让小型发动机高效燃烧重油并不容易,因为重油不像汽油那样容易汽化。实验室研究人员利用燃料流动的计算机建模,并从零开始设计转子发动机,以改善燃料喷射与汽化,同时减少压缩空气和燃料蒸气的泄漏。
转子发动机使用旋转的三角形转子而非活塞,结构紧凑、运转平顺。该发动机采用风冷,并与新的400伏电机-发电机配对。项目负责人、DEVCOM陆军研究实验室的Chol-Bum “Mike” Kweon博士表示,包括3D金属打印在内的先进制造技术,使团队能够根据实验中的经验快速重新设计发动机部件,从而设计出风冷发动机,缩小推进系统尺寸并省去液体冷却剂。
这项工作源自实验室的“Versatile Tactical Power and Propulsion”项目,也称VICTOR项目。数年间,该项目涉及30多所大学、13个以上联邦实验室和20多家公司,产出数百篇科学论文和数十项专利及专利申请,研究范围覆盖燃烧化学、传感器与控制、材料、电池和混合电动力技术。
Kweon表示,对作战人员而言,该项目已将研究成果转移给产业伙伴,供其成熟化并整合为能力,可能使中型无人机具备超视距作战能力,扩大地面指挥官的覆盖范围并降低士兵风险。
Griffon Aerospace此前曾参与类似设计。其Valiant是一款混合电动力垂直起降无人机,配备重油发动机为电动旋翼发电,曾进入陆军“未来战术无人飞机系统”竞标的最后两强,该竞标旨在替换RQ-7“影子”,但陆军后来取消了这一项目。
陆军表示,VICTOR无人机以及后续概念PULSAR将提供给军事伙伴进行进一步测试与开发。PULSAR设想使用VICTOR机群执行后勤、打击和侦察任务。Griffon及其他产业伙伴将继续为其他用途改进该飞行器。