جدیدترین طرح دارپا برای هواپیمای VTOL

یکی از جدیدترین پروژه های دارپا قرار است آینده هوانوردی را برای نیروهای مسلح ایالات متحده تغییر دهد – برنامه SPRINT X-Plane. آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (دارپا) در جستجوی پیشرفت شگرفی در دنیای برخاست و فرود عمودی (VTOL) بوده و به دنبال هواپیمایی است که “مستقل از عملیات های باند فرودگاه” است، در چیزی که آن ها High Speed VTOL (HSVTOL) نامگذاری کرده اند.

برخلاف هواپیماهای فعلی VTOL مانند V-22 Osprey یا F-35 Lightning II، که عملکرد پرتاب ثابت در سطح زمین یا پرواز رو به جلو را در اولویت قرار می‌دهند، هدف SPRINT متعادل کردن این قابلیت‌ها و ارائه سرعت‌های بیش از ۷۴۰ کیلومتر بر ساعت است. هدف این برنامه پرداختن به شکاف های عملیاتی حیاتی برای نیروی زمینی و هوایی ایالات متحده است. نیازهای نوظهور جنگ مدرن، عملکردی قوی از هواپیماهایی را می طلبد که در زیر آتش، در قابلیت استقرار سریع، انعطاف پذیری رزمی و تطبیق پذیری ماموریت عمل هستند.

این برنامه بخشی از ابتکار وزارت دفاع (DOD) ایالات متحده برای پیشبرد نوآوری قابل توجه در بخش هوافضای هواپیماهای VTOL است. هدف ارتقای پیشرفتی صنعتی است که هواپیماهای جدیدی با عملکرد بهتر و قابلیت‌ بالای عملکردی در محیط های دشوارتر داشته و می‌توانند نیازمندی های سخت‌ترین ماموریت ها در ارتش ایالات متحده را برآورده کنند، برای پر کردن شکاف بین پلتفرم های در حال خدمت و ایجاد یک راه حل واحد به شکل یک هواپیما که می تواند مجموعه ماموریت های بیشتری را با نتایج بهتر از هر چیزی که قبلاً انجام داده است انجام دهد.

مفهوم SPRINT X-Plane

دارپا برای دستیابی به اهداف بزرگ خود راهنمایی هایی را برای پیمانکاران دفاعیِ حاضر در رقابت بدست آوردن برنامه HSVTOL ارائه کرده است.

معیارها و ویژگی های عملکرد مورد نظر آنها عبارتند از:

• حداکثر سرعت بیش از ۷۴۰ کیلومتر بر ساعت برای استقرار ماموریت سریع
• قابلیت کاملاً مستقل از باند فرودگاه برای محیط‌های سخت یا رقابتی
• کارآیی پرواز عمودی و افقی با قابلیت انتقال بدون مشکل
• طراحی فشرده که لجستیک استقرار را تسهیل بخشد
• موتورهای قوی که برد عملیاتی طولانی را پشتیبانی می کنند
• کاهش نیازهای تعمیر و نگهداری برای بهینه سازی هزینه های چرخه عمر
• ردپای صوتی کم برای کاهش شعاع تشخیص در میدان جنگ

معیارهای ذکر شده در بالا منعکس کننده قصد دارپا برای تهیه یک پلتفرم جدید به شدت همه کاره است که از عملکرد هواپیماهای چند منظوره فعلی VTOL مانند Bell V-22 فراتر می رود، و همزمان مجموعه ماموریتی قوی تر و سرسخت تری نسبت به Boeing C-17 دارد، برای مثال. در گزارشی امیدوارکننده از Bell Flight، آن ها مدعی هستندکه قابلیت Stop/Fold Jet Transition آنها تحت آزمایش‌های دقیق و شدید تونل باد قرار گرفته است، و توانایی آن در دستیابی به سرعت های بسیار بالا و پروفایل پرواز ثابت در سطح زمین به اثبات رسیده است.

طراحی و نوآوری رقابتی

Bell Textron (Bell Flight)، موسسه تحقیقات فناوری جورجیا، Piasecki Aircraft و Aurora Flight Sciences در ابتدا راه حل های خلاقانه ای را برای رفع مشکلات مفهوم SPRINT ارائه کردند. به ادعای دارپا، تا می ۲۰۲۴ دو رقیب باقی مانده اند – Aurora Flight Sciences و Bell Textron. به هر دوی آنها قراردادهایی برای فاز ۱B این پروژه دریافت کرده اند، جایی که آنها تقریباً یک سال فرصت دارند تا توسعه اولیه را تکمیل کرده و طراحی هواپیمای خود را به دارپا ارائه دهند.

طراحی Aurora از یک شکل بال ترکیبی برای بدنه استفاده می کند تا بازده آیرودینامیکی را به حداکثر رسانده و نیروی محرکه آنها ترکیبی از نیروی جت و فن های بالابرنده الکتریکی است. نسخه مفهومی Bell Textron مبتنی بر پیکربندی به سبک تیلت روتور است، اما موتورهای آن‌ها به‌جای ملخ محور بودن، با موتور جت کار خواهند کرد. به گفته فوربس، این فلسفه های طراحی متفاوت نشان می دهد که چگونه SPRINT شکاف بین مفاهیم سنتی و غیر متعارف هواپیما را پر می کند.

گزارش Breaking Defense نشان می‌دهد که سیستم‌های قدرت اختصاصی Aurora عملکرد بهینه‌شده را در پروفایل‌های مختلف پرواز و انتقال‌ها تضمین می‌کند:

لری وایرسینگ، معاون توسعه هواپیما در Aurora در بیانیه ای مطبوعاتی گفت: «Aurora و Boeing تخصصی مرتبط در پلتفرم های بال ترکیبی، تنظیمات VTOL پرسرعت و توسعه هواپیماهای نظامی را به ارمغان می آورند. برنامه DARPA SPRINT یک فرصت هیجان انگیز برای ادامه تاریخچه برنامه های شبیه ساز فناوری پیشرفته است که قابلیت های جدیدی را برای ارتش ایالات متحده ایجاد می کند.»

چالش های برنامه

مراحل مقدماتی برنامه SPRINT به پایان رسیده و دو شرکت از چهار رقیب اصلی حذف شده اند. اکنون به مفاهیم بالغ‌تر این فرصت داده شده است تا طرح‌های خود را در مرحله ۱B توسعه دهند. صفحه برنامه دارپا تصریح می کند که پیشرفت از طرح های مفهومی به نمونه های اولیه کاربردی نشان دهنده تعهد برنامه به دستیابی به نیازمندی استقلال از باند است. بودجه اعطایی توسط دارپا به این دو پیمانکار فرصت می دهد تا یک سال را صرف تحقیق و اصلاح مفاهیم خود برای این نوع جدید انقلابی از هواگردهای با قابلیت بلند شدن و فرود عمودی کنند.

چالش های فنی توسعه توانمندترین هواپیمای VTOL جهان، موضوع کوچکی نیست. تحقق موفقیت آمیز مفهوم HSVTOL به عنوان یک ماشین پرنده و جنگنده، یک تلاش بزرگ خواهد بود. Aurora از پشتیبانی بوئینگ برخوردار است و تجربه و تخصص فراوانی را با پلتفرم‌های VTOL و تیلت روتور و همچنین طراحی بدنه بال ترکیبی به ارمغان می‌آورد.

Bell و Textron نیز تیم قدرتمندی هستند، زیرا تجربه آنها با VTOL و تیلت روتور به همان اندازه دور رقیب دیگر بالغ است. این دو شریک خاص قبلاً با طراحی پیشرانه جت Stop/Fold پیشرفت بسیار چشمگیر اولیه ای را نشان داده اند. دستیابی موفقیت آمیز به این عملکرد در عین بهینه سازی فشردگی بدنه هواپیما و به حداقل رساندن ردپای آکوستیک، امری مهم است. Forecast International تصریح می کند که دستیابی به عملکرد با سرعت بالا بدون به خطر انداختن ثبات، یکی از بزرگترین موانع برای پیمانکاران است.

قابلیت‌های پرواز مستقل، که به هواپیما اجازه می‌دهد به صورت پویا با نیازهای ماموریت سازگار شود، یکی دیگر از موارد موجود در لیست خواسته های دارپا برای SPRINT X-Plane است. هدف افزایش ایمنی و کارآیی در حریم هوایی مورد مناقشه برای کاهش وظایف خلبانان در ماموریت هاست. در جستجوی افزایش دوام و کاهش وزن، احتمالاً به پیشرفت‌هایی در علم مواد فراتر از آخرین وضعیت فعلی نیاز خواهد بود.

SPRINT HSVTOL متفاوت از هر پلتفرم چندمنظوره خط مقدم دیگری در تاریخ خواهد بود و فناوری کامپوزیت سبک وزن کنونی ممکن است برای دستیابی به تمام پارامترهای مورد نیاز این هواپیمای انقلابی کافی نباشد.

Defense One در گزارش خود به اهمیت استراتژیک SPRINT اشاره کرده و به انتخاب پیمانکار توسط دارپا به عنوان منعکس کننده ضرورت رویکردهای متنوع برای دستیابی به اهداف بلندپروازانه عملکردی اشاره کرده است. استفاده از یک مدل توسعه رقابتی از گذشته در زمینه ترویج نوآوری موثر بوده است و برنامه SPRINT X-Plane نیازمند رویکردی آینده نگرانه برای تحقق پتانسیل کامل آن است.