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美國防部國防高級研究計劃局（DARPA）在2021年發(fā)出新型地效飛行器的研發(fā)構想征求書后，經過一段時間的設計評估，2022年5月19日公布了新型飛機概念視頻。該型概念機被命名為“自由起降機”（Liberty Lifter），名稱應是參考美軍二次大戰(zhàn)期間，為了快速補充遭德軍潛艦擊沉的商船，所推出的“自由輪”（Liberty Ship）?！白杂奢啞痹?941－1945年期間，以標準化規(guī)格降低成本，總共生產了2751艘，快速提高了美軍戰(zhàn)略運輸能力，并租借給英國等歐洲盟軍，成為美國在二戰(zhàn)期間工業(yè)制造能力的象征之一。

一、“自由起降機”項目背景

  

   

當飛行器的飛行高度不超過其翼展長度時，就會產生地面效應，也稱翼地效應（WIG）。在這個高度下，誘導阻力減小，在一定速度下機翼產生的升力增加。機翼下方的氣壓相對較大，從而形成一種“氣墊”。飛機產生的氣動升力顯著增加，油耗降低，能夠裝載大量貨物。根據地面效應設計的飛行器可以在海洋、河流、湖泊等相對平坦的區(qū)域航行，其載貨量接近于貨船，而速度接近于飛機。

冷戰(zhàn)時期，美蘇雙方都有進行地效飛行器相關實驗。蘇聯(lián)在20世紀60年代由阿列克謝耶夫設計局（Alekseyev Central Hydrofoil Design Bureau）設計出ekranoplan地效飛行器實驗機。該地效飛行器翼展為44米，由八臺渦輪噴氣發(fā)動機提供動力。它以每小時550公里的速度在水面上飛行，可以運輸近10萬公斤的貨物2000公里，被稱為“里海怪物（Korabl Maket）”。

美國于20世紀40年代測試了“休斯 H-4 大力神（Hughs H-4 Hercules）”水上飛機。20世紀90年代初期，DARPA研究了可搭載2000名乘客或140萬公斤貨物的Aerocon Dash 1.6地效飛行器概念，該概念以“里海怪物”為模型，重450萬公斤，長175米，翼展100米，由20臺噴氣發(fā)動機提供動力，速度超過700公里/小時，航程近20000公里。本世紀初期，波音公司還表示曾與DARPA共同研究“鵜鶘”地效飛行器，翼展為152米，有效載荷為120萬公斤。“鵜鶘”地效飛行器利用地面效應來提高水上運輸時的效率，但除此之外，它還可以像普通飛機一樣使用跑道，能夠達到7500米的飛行高度。作為傳統(tǒng)飛機運行時，鵜鶘的航程約為12000公里。然而，在利用地面效應時，航程將增加到18500公里?！谤Y鶘”地效飛行器設計概念于2005年被取消。 

任何軍事組織的主要工作都是盡可能快速有效地將大量東西從一個地方轉移到另一個地方。其中一些東西是武器裝備，但絕大多數是支持這種武器裝備的東西——燃料、備件、人員等等。目前，美國軍方運輸大量有效載荷有兩種選擇：海運和空運。

正如DARPA所指出的那樣，雖然目前的海運在運輸大量有效載荷方面非常有效，但它容易受到威脅，需要功能性港口，并導致運輸時間長。傳統(tǒng)的空運速度要快得多，但支持海上行動的能力有限。此外，飛機受到有效載荷限制并且需要跑道。

為了解決這個問題，DARPA希望將傳統(tǒng)的海運和空運相結合，旨在“設計，建造和飛行測試一種負擔得起的，創(chuàng)新的和顛覆性的水上飛機”，“以遠遠超過現有海運平臺的速度實現大型有效載荷的高效戰(zhàn)區(qū)范圍運輸”。

所有這些想法顯然都是基于未來在亞太地區(qū)與中國發(fā)生沖突的可能性?？赡艿耐话l(fā)事件將受到海洋環(huán)境的影響，將涉及貨物和人員的遠距離運，并且常規(guī)機場將從一開始就受到強大的遠程打擊的威脅。當前，中國和俄羅斯遠程打擊能力越來越強。2017年蘭德公司的一份報告指出，沖突一旦爆發(fā)，中國導彈可以讓美國空軍基地40多天不能使用，即使對這些基地進行持續(xù)搶修也不能改變局面。目前，美國最大的擔憂是戰(zhàn)略海運問題。2019年美國戰(zhàn)略與預算評估中心一份研究報告警示：“雖然后勤保障在傳統(tǒng)上是美國的優(yōu)勢，但它現在可能成為一個主要弱點，可能導致美國輸掉對中國或俄羅斯的戰(zhàn)爭?！?/p>

這些擔憂導致整個美國軍方預期未來可能不得不戰(zhàn)斗的方式發(fā)生了重大變化，空中運輸，特別是在亞太地區(qū)的海洋領域，一直是這一新思維的一部分。

我們看到美國特種作戰(zhàn)司令部（SOCOM）公布了MC-130J兩棲能力藝術想象圖，本質上是一種兩棲C-130大力神變體，可在沿海地區(qū)作戰(zhàn)以支持特種作戰(zhàn)部隊。這種運輸方式解決一些問題，但DARPA顯然已經在考慮更激進的方法來滿足更廣泛的要求。美國需要一種新的方式跨越海洋，運送軍隊和物資。新型地效飛行器不需要固定機場和跑道，與傳統(tǒng)飛機相比燃油消耗更少，裝載貨物更多，而飛行速度幾乎相同，能夠顯著提高太平洋遠征軍的戰(zhàn)區(qū)內機動能力，并提高美國和盟國的補給能力，同時給對手的目標定位造成極大困難。 

因此，DARPA推出“自由起降機”地效飛行器概念，將具備快速靈活的起降能力，更大的負載能力，以及在水中起飛/降落的能力。它將可以在湍流水面附近飛行，還可在空中持續(xù)飛行。此外，該飛行器將以低成本理念設計和制造。

二、“自由起降機”概念設計

  

   

DARPA推出的“自由起降機”構型，屬于雙體機身的地效飛行器構型。雙體機身目的是在海上航行時，可有較強的抗風浪能力，運輸量也較大，而地效飛行器與一般飛行器不同的地方，在于透過貼近地面或水面飛行，氣流通過機翼向后下方流動，撞擊地面或水面時，會比在高空中產生更大的升力，使機身阻力減少，獲得比高空飛行更高的升阻比。 

設計使用直翼，以結合兩個機身，每個機身都有一個駕駛艙，并且具有小型鴨翼前翼。動力裝置被描述為沿機翼安裝的十個螺旋槳單元，有概念顯示這些螺旋槳采用推進器配置。每個機身都帶有一個略微后掠的尾翼，頂部安裝有一個水平穩(wěn)定器。

在公布的概念影片中給出了“自由起降機”貨物卸載過程，該過程通過向上打開的門實現，允許車輛從水邊直接駛上海灘。 

“自由起降機”不僅能夠通過掠過水面，而且能夠在高達10000英尺的“中海拔”上飛行，這表明，該飛行器實際上將是一種混合動力，將ekranoplan的關鍵優(yōu)勢與傳統(tǒng)固定翼飛機的卓越性能屬性和靈活性相結合。

“自由起降機”概念不需要固定機場和跑道，可在水面自由起降，并在需要時在水面上低空移動，但隨后可以到更高高度飛行。通過掠過水面，“自由起降機”可以快速有效地移動負載。然而，其低空飛行剖面和有限的機動性使其面臨碰撞受損的風險。同時由于操作受到高浪的阻礙，目前起飛僅限于平靜的水域，這是傳統(tǒng)水面飛機共有的缺點。

目前，該項目處于初始階段，涉及定義“獨特的水面飛機的航程、有效載荷和其他參數”。在公布機體設計概念后，DARPA接下來將要規(guī)劃“自由起降機”的各項性能指標。“為了提高美軍將來在大洋作戰(zhàn)的范圍和機動性，我們將繼續(xù)研究新機型的航程、籌載量和飛行性能等細節(jié)。”DARPA戰(zhàn)術科技研究室計劃經理Alexander Walan表示，“自由起降機”最小承載量應為100公噸，并能裝下多種兩棲載具。

三、“自由起降機”未來關注重點

  

   

為了解決現有地效飛行器的缺點，“自由起降機”項目未來將重點關注三個主要領域：

一是海上操作的擴展延時。重點將放在湍流海況下作業(yè)，在低速下創(chuàng)造高升力能力，以減少起飛／著陸期間的波浪沖擊負荷，以及吸收波浪力的創(chuàng)新設計解決方案。此外，該項目還將解決在擁擠環(huán)境中高速運行期間碰撞風險問題。目標是使飛行器一次在海上運行數周，無需進行陸基維護活動。

二是合理的生產成本。項目將優(yōu)先考慮低成本、易于制造的設計，而不是精致、輕量化的概念。材料應該比傳統(tǒng)飛機制造中的材料更實惠，并且可以大量購買。

三是復雜的飛行控制。項目將開發(fā)先進的傳感器和控制方案，以減小海浪影響，并在起飛／著陸期間處理動態(tài)空氣和水的相互作用。