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美国空军“下一代空中主宰”项目将推动军用飞机的“数字工业革命”

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据aviationweek网站2019年9月23日刊文,美国空军“下一代空中主宰”(NGAD)项目曾以革新航空作战模式为目标,而其最新动向表明,该项目也在试图对飞机设计、制造、升级和维护保障在内的一整套传统模式进行颠覆。

在NGAD项目拟采用的新采办策略下,由少数能力强大、地位稳固的国防工业巨头长期把持的作战飞机设计和制造“特权”及其冗长的研制周期和高昂的发展成本,都将让位于新的开发模式:擅长利用数字工具的新兴公司将效仿汽车工业,在通用底盘的基础上开发出多个型号,再交给专精制造的工厂对其进行批量生产。这一新模式旨在颠覆美国传统的航空航天工业,为NGAD项目提供支持。

美国空军负责采办、技术和后勤的助理部长威尔·罗珀表示,“丰田及其他多家汽车制造商长期专注于创建更好的汽车制造流程,并正在按该流程制造汽车。我们也希望学习这一模式,创造更好的飞机制造流程,然后按照这一流程生产先进飞机。”

罗珀的上述表态意味着NGAD项目将发生重大转折。仅仅两年以前,该项目的预期目标还是在2030年前研制出F-22的后继机型,其计划具备的能力目前仍属机密,但很可能整合美国空军研究实验室(AFRL)开发的甚高频波段隐身、无尾气动布局、自适应循环发动机、定向能武器、先进热管理系统等。

美国空军还在2019财年预算中编列了一项长期资金规划,要求在2024年前投入132亿美元研发包括“忠诚僚机”无人机、有人驾驶下一代战斗机在内的“系统簇”。

但该项目直到今年才完成替代方案分析研究,较原定时间延长两年。2020财年预算草案中的相关预算被削减66亿美元,同时推迟了在2024财年之前推出下一代战斗机的计划。随着预算的大幅减少,罗珀呼吁采取激进策略,避免重蹈F-22和F-35的覆辙——这两型飞机的研发周期长达15~20年。

罗珀以美国空军20世纪40年代后期至50年代中期发展的“百系列”战斗机为例,阐述他所构想的激进策略。当时多家公司在短时间内快速推出了数型能力各有侧重的战斗机,但随着航空技术的发展,战斗机的设计日趋复杂,新型号的发展周期往往需要数十年之久,罗珀希望仿照汽车行业打破这一局面。

波音公司在内的部分航空航天工业企业已开始采用类似策略,其T-7A高级教练机就沿袭了汽车公司广泛采用的基于模型的系统工程方法,该公司还根据汽车制造原理对B777等商用飞机生产线进行了改造,例如通过确定性装配方案减少对硬质模具的需求。

但罗珀呼吁进行更深层次的结构改革,他表示这样“可以得到一家非常专业的飞机设计公司,(美国空军)将在不支付额外设计费用的前提下对其进行小批量生产,从而塑造一条学习曲线,最终形成一型可以解决所有问题的飞机,并在长期保持运转的生产线上快速制造”。

罗珀称,“长期保持运转的生产线也是一条微型生产线,由小规模团队在无需硬质模具和大型设施的情况下运作,类似于20世纪40年代的小型飞机厂商,通过优秀的设计原理快速制造飞机”。罗珀的目标是将NGAD项目中的新型战斗机平台发展周期压缩至五年以内甚至更短。

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当被记者问及F-117是否比“百系列”战斗机更接近其设想的NGAD项目愿景时,罗珀表示同意,但他同时指出,“F-117确实是通过快速研发满足应急需求的典型样例,NGAD项目试图实现的目标也可以称为‘数字化F-117’,不同之处在于,F-117只是由单一厂商研制的单一平台。”根据他的愿景,F-117将由专业飞机设计公司提交设计方案,空军在评审通过后将该方案转交一家或多家专业飞机制造公司进行生产。该飞机将不受专用软件、接口和技术数据的限制,使美国空军可以完全自由地选择供应商对飞机进行改进升级和维护保障。

罗珀认为,开放式系统架构整体融入设计之中,将使下一代战斗机进入螺旋上升式的快速发展轨道,而数字工具对于全寿命周期的仿真模拟则有助于降低维护保障成本。

罗珀的上述设想得到了美国空军参谋长在内的军种高层的全力支持,但他对航空工业的未来愿景,即分割单一型号飞机的设计与制造、改进和维护,也招致了大量批评。部分专家认为其做法过于鲁莽,“在逻辑上犯了根本性错误”。还有专家称,罗珀的设想“不太像汽车工业,更像是苏联和俄罗斯奉行的设计与制造脱钩的过时体系”,而且在项目资金分配方面也未做到重点突出。

令人尴尬的是,罗珀设想的NGAD项目愿景也与诺斯罗普·格鲁曼公司正在研制的B-21轰炸机项目不相吻合。尽管后者的成本和进度细节高度保密,但美国空军和美国国会均一致认为其会按项目规划节点推进。当被问及NGAD项目为何不能复制B-21项目的经验时,罗珀以安全理由拒绝回答,仅表示他已在航空工业中见证太多案例,足以证明新的采办策略“值得豪赌,值得冒险”,NGAD项目也为他验证其成败提供了机遇。(中国航空工业发展研究中心 廖南杰)

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