當我們談論下一代直升機的時候，我們更關注的是它的速度、航程、機動性，而在直升機設計師的眼中，他們更在乎的總體設計/佈局方案、旋翼系統技術和動力傳動系統技術等關鍵技術的革新和應用，這方面對那些小公司的設計師們來說尤為重要，如果他們不能給出一種同時具有創造性、實用性和可靠性的優秀方案，那麼他們在大公司面前，將毫無競爭力。

▲客戶關注的是直升機效能，而這些則體現在每一個系統的協調配合和設計師的折中調整上（圖為空客的RACER複合式直升機概念）

在同時參與到美國陸軍未來攻擊偵察直升機（FARA；Future Attack Reconnaissance Aircraft）專案競賽中的波音、西科斯基（洛克希德·馬丁子公司）、貝爾直升機（德事隆集團子公司）等航空巨頭面前，卡瑞姆飛機（Karem Aircraft）公司絕對只能算一家小小公司，如果他們的未來直升機方案不夠新穎、不夠實用、不夠可靠的話，那麼，美軍絕對只會樂於從那些關係密切的合作伙伴中挑選一家來完成他們的航空裝備現代化大目標，畢竟波音為其打造了阿帕奇、支奴幹，西科斯基為其打造黑鷹、超級種馬，而貝爾直升機則以其眼鏡蛇武裝直升機和魚鷹傾轉旋翼機聞名於世，這三家公司每一家和美國陸軍的合作歷史都相當悠久，其成熟的生產線足以彌補在其他方面的輕微不足。

所以，卡瑞姆公司若想要在這種堪稱“險惡”的競爭環境中脫穎而出，其設計方案勢必要有獨到的“過人之處”，藉此來與巨頭們一爭長短，那麼，卡瑞姆公司到底為“下一代直升機”的設計帶來了什麼驚喜呢？下面——請看正文。

▲卡瑞姆公司的FARA概念方案，被其稱作AR-40（A：Attack/攻擊，R-Reconnaissance/偵察），它的主旋翼系統由氣動外形經過特別優化的槳轂上剛性連線了三片超輕質複合材料剛性槳葉

▲上世紀60年代的美國陸軍的先進空中火力支援系統專案的獲勝者，洛克希德的AH-56A夏延直升機，遺憾的是該機激進的設計碰上了巨大的技術問題，兼且碰上了當時美國空軍和陸航之間激烈的軍種之爭，最後未能投產

卡瑞姆公司？沒聽過這家公司

如果你沒聽過卡瑞姆飛機公司的話，我相信作為一名合格的軍迷，你至少應該聽過MQ-1 捕食者無人機。現在你應該猜到了，卡瑞姆公司的創始人亞伯拉罕·卡瑞姆先生正是MQ-1無人機的主要設計師之一，除此之外，卡瑞姆先生還有一些特殊身份，比如說前以色列空軍首席設計師、A160蜂鳥轉速優化旋翼（“Optimum Speed Unmanned Helicopter”）無人直升機機總設計師（這一型號現已被波音收購）。

▲A160蜂鳥轉速優化無人直升機可以說是第一種在“轉速優化旋翼”領域深耕的具體直升機型號

儘管將A160蜂鳥無人機專案轉手賣給了波音公司，但卡瑞姆先生從來沒有放棄過對“轉速優化旋翼”技術的研究，2008年初，卡瑞姆飛機公司和洛克希德·馬丁公司合作，共提供開發卡瑞姆公司提出的轉速優化傾轉旋翼機（OSTR；Optimum Speed Tilt-Rotor）方案，該方案是美國國防部針對其“聯合重型升力專案”（JHL；Joint Heavy Lift program）所選定的三種方案之一。

▲卡瑞姆轉速優化傾轉旋翼專利圖

卡瑞姆飛機公司現在在加利福尼亞州的森林湖市和德克薩斯州的沃斯堡設有辦事處，致力於先進的轉速優化旋翼技術和傾轉旋翼運輸機技術研究。在亞伯拉罕·卡瑞姆先生的領導下，該公司以高效、創新和快速產品週期聞名，這些優點或多或少彌補了該公司體量較小的劣勢。

從“轉速優化傾轉旋翼機”到“轉速優化複合式飛行器”

在美國陸軍加緊其航空裝備現代化計劃之後，美國國防部的“聯合重型升力專案”順勢就化成了美國陸軍的“未來垂直升力”（FVL；Future Vertical Lift）計劃的一部分，而作為未來垂直升力計劃的先導專案，美國陸軍的“聯合多工技術驗證”（JMR-TD；Juint Multirole Technology Demonstration）專案自然也少不了卡瑞姆的身影。不過那時候，卡瑞姆公司是採取“轉速優化傾轉旋翼機”參與競賽的。

▲卡瑞姆公司的轉速優化傾轉旋翼機方案概念

之後才輪到“未來攻擊偵察直升機專案”，在該專案的初期階段，卡瑞姆公司只透露會採用“轉速優化旋翼”技術參與FARA專案競標。隨著該專案的推進，西科斯基公司、貝爾直升機公司、AVX公司的競賽方案都逐步出爐，唯有卡瑞姆公司和波音公司的方案仍未公示。到7月初，《DefenseNews》透露訊息稱卡瑞姆公司和諾斯洛普以及雷神公司組隊參與FARA專案競賽的時候，還有很多軍事評論家猜測卡瑞姆的方案多半還是會用傾轉旋翼機方案參與此項競爭。

▲AR-40模型的主旋翼俯檢視

對於常規直升機來說，其轉速一般都只會在很小的幅度範圍內變化，從巨集觀上來說，也就是“不可變轉速”的，其原因有很多，最關鍵的就是下述幾個點：

①通過傳動系統變轉速：旋翼在高速旋轉的過程中會產生巨大的轉動慣量，在這種情況下，如果要在較大範圍內改變旋翼的轉速，勢必會將巨大的扭矩傳遞到動力傳動系統上，這就要求旋翼軸、傳動軸和主減速器等部件及其子部件的剛度達到相當高的程度，且不說材料製造工藝的問題，這種系統重量勢必會非常大，從而導致直升機空重比大增，重量效能大幅降低，顯然是不划算的；

②振動問題：眾所周知，在機械系統中，當結構的自然頻率和強迫振動的頻率相吻合，就會有共振的發生，對於直升機來說，其旋翼系統的振動水平直接與旋翼轉速相關，一般旋翼轉速的設計都會避開共振轉速，而如果讓旋翼變轉速的話，針對於控制振動水平來說，又是一大難題；

③通過發動機變轉速：就現在的渦軸發動機而言，其經濟轉速一般不會跨越較大的範圍，如果希望通過發動機變轉速來實現，那麼在很多飛行狀態下直升機將會處於非經濟轉速狀態下，很難控制直升機的作業成本，也可能會增加發動機的維護量。

西科斯基在其共軸剛性雙旋翼/前行槳葉概念旋翼的設計中就引入了可變旋翼轉速的設計思路，不過他們的設計理念相對還比較保守，只為旋翼設計了兩套轉速——一套用於低速飛行，一套用於高速飛行。

▲西科斯基很早就啟動了可變旋翼轉速的研究，並申請了專利

▲空客直升機/Airbus Inc. 公司的H160直升機

值得一提的是，卡瑞姆的三槳葉剛性旋翼還引入了獨立槳葉控制技術/Individual Blade Control，也就是說，該機摒棄了常規直升機的自動傾斜器機構，而是採用了三片槳葉槳距各自獨立的伺服系統，其操縱效率和品質勢必能有更進一步的提升。目前，在美國陸軍的資助下，卡瑞姆已經開始著手相關的風洞試驗等內容，後續進展值得關注。

▲米-6重型直升機就有輔助短機翼的設計，這種短機翼分擔了主旋翼的升力，使得主旋翼拉力能夠解除安裝，從而延緩了其後行側失速的來臨

他們希望得到一種真正高效的機翼，所以他們把該機的輔助升力機翼設計成了一副與主旋翼直徑相當（40英尺）的長機翼，這也是FARA競爭對手中所出現的最長的輔助機翼，簡直可和固定翼飛機一拼。

▲AR-40模型的機翼長度和旋翼尺寸相當

長機翼意味著更大的空機重量，可能會降低全機的重量效能，不過卡瑞姆公司似乎對其超輕質複合材料的製造能力頗具信心，所以並不擔心這個問題會對AR-40帶來較大的影響。而且，其設計師認為更大的機翼具備提供更大升力的潛力，甚至在中速飛行的時候，機翼就能獲得足夠的升力，使得主旋翼拉力解除安裝。而長機翼的副翼操縱品質將更高，從而為該機提供更多的機動動作可能。

▲AR-40模型的尾旋翼處於尾推螺旋槳狀態

AR-40的獨到之處還在它的尾槳設計上，這是一種傾轉式尾槳設計——也即是說，在懸停/低速飛行狀態下，這種尾槳位於尾樑側方，就和傳統直升機尾槳一樣，而隨著該機過渡到高速前飛狀態，該尾槳就會向後傾轉90°，從而變成一副尾推螺旋槳，從而為直升機前飛提供推進動力。

這種概念當然不是卡瑞姆公司首先提出的，至少在上世紀60年代，卡瑞姆公司在FARA專案中的競爭對手西科斯基公司就已經提出了這種傾轉尾槳的設計方案，當時西科斯基公司正希望奪得“先進空中火力支援系統”的訂單，為了提高直升機的飛行速度，他們就在S-66型直升機上提出了這種可傾轉尾槳的設計方案，並在S-61A型直升機上演示了這一概念。

▲西科斯基公司在其S-61A直升機上演示尾槳傾轉設計

這種結構相比於AH-56夏延直升機的尾槳+尾推螺旋槳雙尾旋翼設計來說，最大的優勢就是減少了一副旋翼系統，在某種程度上減輕了傳動系統的複雜性，除此之外，單個旋翼還避免了兩個旋翼之間可能會出現的複雜氣動干擾問題。但是尾槳“傾轉系統”本身的機械複雜性，卻又變相增加了傳動系統的實現難度，也帶來了更多的結構動力學方面的問題，只能說兩種設計各有優劣吧。

就目前來說，卡瑞姆公司還沒有為AR-40打造一架全尺寸的金屬模型機，也沒有聽說已經進行過相應的縮比模型的風洞試驗，不過其電子樣機和數字化建模分析據稱已經全部完成，而且，卡瑞姆公司的採購部門近期也在購買和儲備飛行器製造材料和零部件，從而確保在贏得競賽的情況下能夠隨時投入到生產製造中去。

​到明年3月份，美國陸軍將會從5家承包商重選出兩家進入到最終PK階段，這兩家公司將獲得資助來打造真正的原型機，並在2023年進行飛行測試競賽。卡瑞姆公司的設計方案出爐時間雖然要落後3家公司，但是該方案中那些誘人的的閃光點如果能在模型試驗/試飛中得到驗證的話，確實能有一戰之力。