美空军低成本可消耗无人作战飞机分析

2019年3月5日，美国克拉托斯安全防务解决方案公司设计制造的XQ-58A技术验证机完成了76分钟的首飞。该机是美空军研究实验室低成本可消耗飞机技术（LCAAT）的验证机（LCASD），其成功首飞标志着美空军在研究和验证有限寿命／架次的低成本无人作战飞机技术和装备取得了阶段性进展，为未来构建质量与数量并优的空中优势能力奠定了基础。

2019年3月5日，首飞中的首架XQ-58A验证机（美空军图片）

一、项目基本情况

1．发展背景

美空军认为当前空中战场的威胁日趋多变，高性能作战飞机的价格不断攀升，国防预算压力日益增大。美空军难以通过大规模更新换代解决作战能力与预算压力的矛盾，必须创新装备解决方案，在保证性能可接受前提下，显著降低采办和使用成本，重塑美空军的数量优势。另一方面，现有航空武器装备严格的装备采购标准和研制规范，虽然确保了武器装备的性能和质量，但也导致了研制、鉴定和生产新型航空武器装备的成本和时间大增，需要探索装备研制的新途径，以降低装备采办成本、缩短研发和生产周期，灵活应对新兴威胁。

为解决上述挑战，美空军希望利用无人机的特点，创新飞机设计概念和流程，在保证一定性能前提下，显著降低采办和使用成本。美空军认为，可执行打击、情报监视侦察等任务的远程、高性能、低成本无人作战飞机将带来改变游戏规则的能力，在未来空中对抗中将同时形成规模和成本优势。XQ-58A项目军方主管认为，未来美空军机队很可能由相比现在更少的高端作战飞机和大量的低成本可消耗无人机构成。为此，美空军实施了低成本可消耗飞机技术项目，目标是通过开发更好的设计工具以更快的速度设计和制造无人机系统，并推动制造流程的改变和成熟，以减少制造时间和成本。

2. 发展历程

2015年，美空军宣布启动低成本可消耗飞机技术项目；同年9月，美空军研究实验室宣布开展为期27个月的低成本可消耗无人作战飞机演示验证项目，开发满足特定任务能力需求的低成本无人作战飞机系统概念，完成验证机制造和试飞试验，验证装备概念与制造技术的可行性，包括洛克希德·马丁公司、克拉托斯安全防卫解决方案公司（原为靶机制造商）、波音公司在内的6家美国航空航天企业参与了项目竞标。

洛马公司的一种低成本可消耗无人机概念方案与F-35战斗机编组想象图（美国洛马公司图片）

2016年7月，美空军研究实验室选定克拉托斯安全防务解决方案公司并授出演示验证项目合同，美空军先期投资730万美元，公司自投3350万美元，研制和制造3架技术验证机。美空军研究实验室还规划了近1亿美元的追加投资计划，用于技术成熟和深化发展。2017年6月，克拉托斯安全防务解决方案公司在巴黎航展展示了编号XQ-222的验证机模型，同年7月，美空军赋予该机XQ-58A的正式编号。该验证机的主要任务是：验证低成本设计和制造概念、识别满足性能需求的低成本飞机所需的技术鸿沟和主要成本驱动因素、建立有限寿命可消耗飞机的指南等。

XQ-222验证机模型（美国克拉托斯公司图片）

2019年3月，XQ-58A首架验证机完成首飞，根据目前透露的试飞计划，后续还将完成两个阶段4次试飞，剩余试飞工作的重点是评估系统工程、气动力性能和发射／回收系统，同时初步建立面向有限寿命需求的剪裁设计和制造标准，获取可消耗飞机成本模型相关数据。此外，XQ-58A在完成低成本可消耗飞机技术验证项目后，还有可能参与美空军“忠诚僚机”等项目的飞行演示验证。

二、XQ-58A无人机的主要特点

XQ-58A是一型低成本、远程、高亚声速、隐身无人作战飞机，代表了新一代高任务弹性、低成本无人作战飞机概念。

1. 远程、高性能、低成本、隐身无人作战飞机

XQ-58A采用中等后掠角中单翼、V型尾翼、背负式进气道、扁平机身的隐身化布局，配装单台威廉姆斯公司FJ33-5型涡扇发动机（推力746.6千克力），机长8.84米，翼展6.7米，整机尺寸相当于F-16C战斗机的2/3。最大飞行高度13716米，最小飞行高度15米，最大飞行马赫数0.85，航程不小于3400千米，有效载重不少于230千克，2个内埋式武器舱可各挂载1枚GBU-39型制导炸弹或AIM-120型中程空空导弹，并可扩展翼下外挂能力。该机采用开放式任务系统架构，具备不依赖跑道的起降能力（可采用火箭助推、导轨发射模式），可重复使用，但按有限使用寿命／架次设计。

XQ-58A无人机集群作战想象图，可见该机正在从内埋弹舱投放“小直径炸弹”GBU-39（美国克拉托斯公司图片）

2. 聚焦低成本的特色设计

美空军对XQ-58A最核心的要求是实现满足有限功能的低成本无人机系统概念，因此提出了相对苛刻的价格目标：采购数量为100架以内时，包含基本航电和推进系统的飞机出厂单价不超过300万美元；采购数量超过（含）100架时，出厂单价不超过200万美元。为此，XQ-58A在设计上采取了多种创新手段：一是建立基于使用特点的低成本设计规范和标准体系，建立与使用需求和性能要求相适应的权衡模型和经济性评价模型，如基于有限使用寿命，大幅降低发动机使用寿命要求，甚至提出考虑配装二手发动机；二是根据使用环境选择性配置系统，如因仅需在限制空域内飞行，不考虑配备空管相关设备；三是采用模块化任务载荷，根据任务需求快速换装对应任务载荷和武器系统，有效降低单机复杂性和成本；四是采用现货产品，美空军研究实验室明确要求该机应尽可能应用商用货架产品和军用常备件，并要求确定此设计模式可能产生的影响；五是采用先进低成本制造技术，探索应用弹性制造技术、自动装配工艺等低成本制造技术的可行性，并探索在满足低成本前提下，实现平时按需生产、战时快速大量制造的可实现性。