一、项目概述

2019年，美国赫尔墨斯公司宣布进入高超声速飞机研发行列，根据发展规划，将有序研制4型验证机。

在“夸特马”Mk1之前，赫尔墨斯公司在“动态铁鸟”试验台进行过测试，也称为“夸特马”Mk0。这架非飞行原型机用于验证主要的飞机子系统，测试在美国田纳西州塔拉霍马的阿诺德工程开发中心(AEDC)进行，这使得赫尔墨斯公司能够直接与美国空军人员合作开展该项目。美国空军已与赫尔墨斯公司签订了多份合同，其中一份合同价值6000万美元，用于开发高超音速技术，另一份合同用于支持其先进战斗管理系统项目，该项目的上限为9.5亿美元。在整个项目过程中，赫尔墨斯公司一直强调快速迭代开发和原型设计。非飞行型“夸特马”Mk0仅用六个月就建成，并在37天内完成了测试目标，这些目标包括演示远程指挥和控制滑行、评估集成系统的射频延迟和地面操控性能、演示失联时飞行器和驾驶舱的正常状态，以及演示人为因素评估和飞行员在回路中的驾驶和控制。

“夸特马”Mk0

“夸特马”Mk1的首次飞行试验原计划于2024年底进行，但推迟至2025年5月21日。“夸特马”Mk1旨在验证起降性能，并不打算进行高速飞行试验。该飞机由通用电气J85涡喷发动机驱动(该发动机也用于美国空军的T-38  Talon喷气式教练机)。“夸特马”Mk1飞行测试项目的其他方面包括检查空气动力学、稳定性和控制性能，还旨在验证各种子系统，包括推进系统、燃油系统、液压系统、动力系统、热管理系统、航空电子设备、飞行软件、遥测系统、飞行终止系统以及指挥与控制系统。赫尔墨斯公司提到“夸特马”Mk1从零开始到准备飞行只用了一年多的时间，该飞机于2024年12月完成地面测试，当时提到设计和建造仅用了204天。

“夸特马”Mk1

“夸特马”Mk2的目标是达到3马赫以下的超音速飞行。“夸特马”Mk2的尺寸与F-16战机大致相同，正在赫尔墨斯公司位于亚特兰大的总部生产。该公司表示，该机预计将在2025年年底前首飞。“夸特马”Mk  2将搭载一台普惠F100涡扇发动机，该发动机也用于F-16。

“夸特马”Mk2

“夸特马”Mk2渲染图

“夸特马”Mk3的速度将超过3马赫，将在飞行中展示涡轮基组合循环发动机(TBCC)从涡轮到冲压模式的转换，并打破 SR-71保持的历史空速记录。

二、核心技术

“夸特马”系列飞机的核心将是所谓的涡轮基组合循环发动机(TBCC)。该发动机结合了冲压式喷气发动机或超燃冲压式喷气发动机(针对超高速进行了优化)和传统的涡轮喷气发动机，可用于起飞、降落和其他低速飞行阶段。

美国空军很早就在开展先进冲压发动机和超燃冲压发动机的研究工作，早在2020年8月，美国空军就向赫尔墨斯公司提供了一笔150万美元的研发经费，用于测试其自主研发的组合循环发动机。美国国防高级研究计划局(DARPA)也开展过先进全范围发动机(AFRE)计划。

赫尔墨斯公司将其涡轮基组合循环发动机(TBCC)命名为Chimera，该公司仅用21个月就设计、建造并测试了Chimera，耗资1800万美元。初期Chimera采用相对较小的5000磅推力的通用电气J85发动机与冲压发动机串联，可达到4马赫以上的速度。而Chimera  II推进系统将普惠公司推力29160磅的F100发动机与赫尔墨斯公司内部研发的冲压式喷气发动机(进气口、预冷器、冲压燃烧器和旁路系统)相结合，以达到高超音速巡航速度。

F100 和J85 发动机的尺寸对比

低速时，Chimera会进入涡轮喷气模式，但随着温度和来流速度的升高，涡轮喷气发动机的性能就会达到极限。这种情况会在2马赫左右发生。为解决TBCC发动机模态转换推力衔接难的问题，赫尔墨斯公司为Chimera研发了预冷器，可以降低进入涡轮喷气发动机的来流温度。这使得Chimera在转换为冲压式喷气发动机之前，能够稍微提升涡轮喷气发动机的性能。当速度达到3马赫左右时，Chimera开始完全由冲压式喷气发动机接管。

Chimera发动机工作过程

2022年11月，赫尔墨斯公司首次在Chimera上演示了涡轮喷气发动机到冲压发动机的转换。

2024年5月，赫尔墨斯公司在加利福尼亚州爱德华兹空军基地，利用普惠F100-229发动机开展了预冷技术验证试验。