437型无人机与诺格公司的“数字探路者”计划

437型飞机的原型401飞机。

B-21轰炸机采用了数字工程环境开发。

437型飞机首飞。

437型飞机机体。逸文8月29日，诺斯罗普·格鲁门公司的子公司——斯卡德复合材料公司（ScaledComposites）生产的第一架437型“先锋”无人机原型已经试飞。从2021年起，该设计就一直在作为先进的“忠诚僚机”空战无人机进行开发，但有趣的是，8月初露面的这架原型机带有驾驶舱。尽管437型无人机的设计初衷是满足美军对先进无人作战飞机的某些需求，包括空中协同作战（CCA）任务集，但有关437型无人机的细节及其发展状况仍然不甚明朗，至少美国空军的部分CCA飞机也越来越有可能出口。关于该机，其生产商和母公司分别发布了两份新闻稿，两份稿件内容着重点不同，斯卡德复合材料公司的新闻稿重点在飞机的性能介绍，诺格公司的新闻稿则着重强调飞机的设计制造得益于“数字探路者”项目，437型无人机在变为现实的过程中，为诺格公司提供了一个展示新数字工程和先进制造能力的宝贵机会。437型飞机斯卡德复合材料公司发布的新闻稿中提到，该公司拥有快速设计、制造和测试实验飞机方面的丰富经验。437型飞机最初是基于401型飞机的概念设计，这是一架旨在探索一种可执行多种任务的低成本隐身飞机。437“先锋”无人机是最初无人型概念的有人驾驶型变体，由一台推力约为3400磅（1542千克）的普惠535发动机提供动力。飞机翼展41英尺（12.49米），长41英尺，起飞总重10000磅（4535.9千克）。完成飞行包线扩展后，437“先锋”的航程约为3000海里（5556千米），续航时间为6小时。飞机可在多个位置携带多达2000磅（907千克）的有效载荷，包括一个可容纳两枚AIM-120空空导弹的内部武器舱。根据现已曝光的437型飞机图片来看，这种设计显然是由斯卡德复合材料公司的401型验证机演变而来的，而401型验证机则是在该公司ARES验证机的启发下演变而来的。现在，401型飞机还被宣传为有可能与437型飞机一起提供无人驾驶生产配置。401型验证机多年来一直在执行各种测试任务，其中一些测试任务可能与未来战术航空中的有人—无人联队有关。因此，可以预测，437型飞机的大量风险已经被401型飞机的飞行及其测试所抵消。但是，为什么要为据称是高度自主无人机的437型原型机建造一个驾驶舱呢？据诺格公司航空部门工程副总裁科林·米勒介绍，有人驾驶飞行器能快速完成测试项目。因此，它可以试验新技术和新的工作方式，并提供后备力量，承担比完全无人驾驶更多的风险。无人驾驶飞机在运行地点和方式上仍然受到很大限制。飞行员的存在改变了这一局面，意味着飞机可以去到任何它想去的地方，参加任一开发飞行或训练演习。它可以不受典型的无人机空域限制和特殊情况的影响。在有人驾驶的情况下，只需将无人机驾驶至指定地点，就能进入无人机测试状态，这是一个巨大的优势。对于许多测试而言，有人驾驶可以加快完成测试的速度。最基本的是，在有飞行员操控的情况下，机身的初始初级飞行测试会进行得更快。总之，在执行自主活动时，如果有飞行员在一旁接管，并在必要时充当安全后盾，就能承担更多风险。如今，X-62就是以这种方式使用的，而且非常成功。但这是一种运行自主代理（软件）的改装F-16D，而不是一种接近量产的、具有代表性的、类似CCA的飞机。这是一个巨大的差别，特别是考虑到一个是真正需要大量购买的，而另一个只是一次性的测试代用机。我们现在能看到437型原型机是专用的有人驾驶构型，那么诺格和斯卡德复合材料公司很有可能拥有另一架无人驾驶构型的437型原型机，或者至少在建造中。还有一种可能是，现在见到的这架飞机是真正的可选有人/无人飞机。说到可选有人/无人飞机，很难说有哪家公司比斯卡德复合材料公司在这一概念上拥有更多的经验。虽然该公司的“火鸟”可选有人/无人侦察机从未获得任何用户支持而投入生产，但它利用了斯卡德复合材料公司多年来在可选载人飞行器领域积累的技术，将其浓缩为一个精简、灵活的软件包。如果437型原型机确实可以选择载人，或者在初步飞行测试后可以转换为无人驾驶配置，那么可以肯定的是，“火鸟”的部分“基因”已融入其设计中，尤其是在机载控制和通信架构方面。这就引出了一个问题：437型飞机是否会应用于使用，而不仅仅是用于测试？这个问题尚没有答案，值得注意的是，有消息报道401型有人驾驶飞机的生产型曾设想为可选择有人驾驶，或者至少有无人驾驶型，可以与437型结合使用，也可以单独使用。可选载人型号的座舱盖改由整流罩取代，整流罩内可容纳卫星通信系统、航空电子设备，还可能容纳额外的传感器，这将与斯卡德复合材料公司过去的产品相吻合。尽管437型飞机的有人构型似乎不太可能出现在美军中，但值得关注。设想一下，一种亚声速、相对廉价的轻型战术喷气机，具有可观测特性低、续航时间长等特点，这无疑对国际市场上那些因价格昂贵无法装备第六代飞机的国家是一个福音，如果由于无人驾驶飞机的存在而产生了巨大的规模经济效益，成本大幅降低的话，那将是一个巨大的诱惑。诺格的“数字探路者”计划诺格公司在自己的新闻稿中重点介绍了437型“先锋”飞机研发过程中的“数字探路者”计划（DigitalPathfinder），并将其描述为“技术示范”。通过利用在包括B-21“突袭者”在内的项目中获得的实际经验，“数字探路者”项目展示了诺格公司的全数字化工程生态系统如何减少工程返工、加快进度和降低成本，以及如何为客户未来的飞机项目提供优势。437型飞机在“数字探路者”计划下使用数字环境来构建机翼。诺格公司在佛罗里达州圣奥古斯丁的全数字生态系统中制造了机翼，然后将它们运到莫哈韦与模块化的437型飞机组合。当它们组装时，一次就实现了完美结合，这也说明了数字环境的重要性、使用模型的准确性以及数字线程的完整性。在其他部分，诺格公司在“数字探路者”计划上试验了一些先进的制造技术，并取得了巨大成功。其中包括SCRAM技术，即可扩展的复合材料机器人增材制造技术。此外，还开发并制造了钛合金结构件，使用一种名为等离子弧定向能沉积的增材制造技术来制造结构肋骨。该技术不仅缩短了制造时间，还大大降低了制造成本。众所周知，钛非常昂贵，且难以加工，还会产生大量废料。因此，使用增材技术来制造所需要的钛，尤其是结构件，是实现快速制造的重要手段之一。从表面上看，“数字探路者”计划只是为437型飞机打造一套机翼，但对诺格公司而言，这项工作的主要目的是推进数字工程环境。数字工程环境是一个完全定义了航空系统的模型集合，具有连贯性和离散性，当使用者查看其中一个部件的设计时，无论是做载荷分析、热分析，还是在数字孪生中复制，每个人都在使用相同的数据和相同的表示方法，包括诺格公司的用户。因此，用户们可以访问这些数据，不仅能看到模型数据，还能通过模型在各自的模拟环境中进行模拟，看到设计数据和/或查看测试中的性能数据，并近乎实时地看到这些数据如何与要求相联系。在诺格公司的数字化环境中，所有设计推进、迭代、时间上的模拟，战术上的应用等等这些都记录在数字化环境中，这是公司与用户之间透明的唯一真相来源。通过这个唯一真相来源可以在战术威胁环境中进行模拟，判断其性能并进行完善；可以在用户认可的威胁环境中，利用拟议设计的数字孪生模型对替代方案进行分析；可与用户一起不断改进，直到设计能够满足用户的能力要求，并能充分考虑其他因素。通过在客户认可的、有代表性的飞机使用环境中进行研究，诺格公司可以快速改进设计。由于设计工具全部采用数字线程，可以在数天内或数小时内评估设计的影响，而过去这需要数月的时间。这点已经在437型飞机上得到体现，实际上437型飞机的机翼进行了无数次重新设计。每次重新设计做得非常快，以至于当第一次制造时，重新设计的时间不到以往用时的百分之一，因为在开始制造第一个部件之前，这个部件已经在数字环境中得到了完善。诺格公司的数字工程环境也是一个生态系统，三年多来，该公司一直在对该生态系统进行大量投资，以提供一个端到端的数字工程生态系统。该生态系统具有高完整性、单一真相来源，涵盖了从概念开发和需求推导到设计、制造、测试、性能验证以及实地维护的整个工作流程。它建立在B-21“突袭者”隐身轰炸机数字工程的成功基础上，但诺格已经发展到了数字线程中的单一真相源，它贯穿了生命周期的所有这些要素。诺格公司通过“数字探路者”计划发现，了解系统需求和/或不足的最佳途径是分析使用案例。因此，“数字探路者”计划提供了一个机会，即可以利用数字工程生态系统快速开展一个持续时间很短的项目，然后看看哪些工作做得好，哪些需要修改。通过“数字探路者”计划，诺格公司的高完整性数字线程在虚拟环境中将工程师、用户和利益相关者联系在一起，使他们能够主动预见并及早解决通常困扰采购项目的各类问题，从而大大提高项目成效。值得注意的是，诺格公司曾退出了美国空军备受瞩目的“下一代空中主宰”（NGAD）有人战斗机招标项目，转而专注于海军的类似项目。这种飞机很有可能是为了满足该计划中无人机的需求，至少是以航母舰载机形式出现。但美国海军的选择至今仍是未知数。美国空军的CCA增量2即将到来，其规模可能会很大，而海军仍在研究自己的CCA需求，因此这种飞机在此时出现是有道理的。尤其是通用原子公司和安杜里尔公司正在竞争第一份CCA生产合同，它们的CCA设计风格迥异，正处于上升阶段。与此同时，波音和克拉托斯也是主要竞争者，洛马公司当然也在其中。最重要的是，437型无人战斗机为飞行员提供了便利，这是一个重大转折——随着未来高度自主的无人战术喷气式战斗机的快速到来，它有可能为诺格公司带来独特的优势。