1 传感器飞行器（qì）的概念
传感器飞（fēi）行器（SensorCraft）概念由（yóu）美国空军研究实验室（AFRL）提（tí）出，旨在（zài）为一种（zhǒng）未（wèi）来作战能力开发使能技术（shù）。作为一种吸气式飞（fēi）行器，传（chuán）感器飞行（háng）器（qì）被认（rèn）为（wéi）是全集成 ISR (情报、监视和侦（zhēn）察)系统的组成部（bù）分，该 ISR 系统能将整个空、天、地的（de） ISR 设施（shī）有机（jī）地集成到一起（qǐ），参见图1。这种（zhǒng）技术结构（gòu）远远超出了（le）交互导引（yǐn）（crosscueing）一类的简（jiǎn）单信息融合（hé）概念，实（shí）现了自动（dòng）整合，使传感（gǎn）器性能（néng）大（dà）大提升（shēng），从而能够识别（bié）各种伪装的、隐蔽的（de）和虚假的目标。此外，这种传感器无人机还能够与天基（jī）设施（shī）进行多点（diǎn）静（jìng）态协同（tóng），并且能（néng）够从地面传感器获取数据（jù）。
传感器飞行器本身是一种高（gāo）空长航（háng）时 ISR 平（píng）台，可为持久性战场态势（shì）感知系统提供信息，按（àn）计划将于2015年投入使用。
2 传感器飞行器的（de）构型（xíng）
传（chuán）感器飞行器（qì）是利（lì）用传感器构（gòu）造的飞行器，而不是在飞行器上搭（dā）载（zǎi）传感器（qì）。它首次体现了传感器（qì）与飞行（háng）器的综合一体化设计思想，其设计理念要求（qiú）突破传统（tǒng）飞行器设计中传感器（qì）的附属地位，将传（chuán）感（gǎn）器性能（néng）发挥作为一种总体设计约（yuē）束（shù）增加（jiā）到系统的方案设（shè）计过（guò）程（chéng）之中（zhōng），真正体现（xiàn）了平台与载（zǎi）荷的无（wú）缝融合，实（shí）现了（le）传感器即是结构件的目的。
设计传感（gǎn）器飞（fēi）行器的构型必须考虑高度、航程（chéng）、航时、有效载荷以及传（chuán）感器视（shì）场等因素（sù），或者说是必须（xū）对这些因素进（jìn）行综合（hé）权衡。参与（yǔ）传感器飞行器研发的公司主要包括波（bō）音、格鲁（lǔ）曼和洛马等。这些（xiē）公司主要提出了6种传感器飞行器构型（xíng）概念，大致可以分（fèn）为3种（zhǒng）类型，分别为（wéi）连（lián）接（jiē）翼构型（joined-wing configuration)、飞翼构型（flying-wingconfguration）和（hé）机翼机身尾翼组合（hé）构型（WBT,wing-body-tailconfguration）。
2.1 连接翼构型传感器飞行器（JWSC）
连接翼构型传感器飞行器（JWSC）由波音公司提（tí）出，该（gāi）机型的设计航时为 32h，巡航速度为 Ma = 0.8，有效载荷为（wéi）4176.80kg。由于这种构型（xíng）的后掠角较大，所以速度高于另（lìng）外两种（zhǒng）机型（xíng）。速（sù）度（dù）较大能带来多种优势，但同时（shí）在气（qì）动弹（dàn）性方面也会不（bú）可避免地（dì）存（cún）在气（qì）动（dòng）非线性（xìng）问题。
JWSC 具（jù）有两方面的（de）优（yōu）势，第一，当所有 4 个（gè）机（jī）翼上都嵌有传感（gǎn）器孔径时，它（tā）能够提供完全（quán）无遮拦的 360° 全方位传感器视界角覆盖面；第二，连接翼的拥护者（zhě）相信，与常（cháng）规 WBT 构（gòu）型相比，在相（xiàng）同航时和有效载（zǎi）荷条件下，这种概念的构（gòu）型有可能（néng）减少 30% 的机翼结构重量并且相应（yīng）减少 5% 的诱导阻力。
即便不考虑（lǜ） JWSC 能够改进空气动（dòng）力或降低重量，单凭其传感器视场性能就已（yǐ）经（jīng）具有足够的说服力（lì）。另外（wài），连接翼构型还可以在前翼和后（hòu）翼上为气（qì）动舵面提供许多可能（néng）的位置，使之对嵌（qiàn）在机（jī）翼上（shàng）的传感器影响降到最（zuì）低。
2.2 飞翼构型传感器飞行器
飞翼构（gòu）型由格鲁曼（màn）公司提出,该机型的（de）设计航时为50h，巡航速度为Ma=0.65，其有效载荷为 3178.00kg。这种无尾（wěi）飞行器的设计难（nán）度（dù）极（jí）大（dà），获得（dé）令人（rén）满意的驾（jià）驭品（pǐn）质以（yǐ）及（jí）控制和动态（tài）稳定性非常（cháng）困难。如果能够克服这些问（wèn）题，飞翼飞行器（qì）将（jiāng）具有很多优点，例如可以降低（dī）寄生阻力、重量较轻、与有效（xiào）载荷、速度、航时（shí）和（hé）高度相同（tóng）的 WBT构型相比（bǐ），其结（jié）构更加（jiā）简单。
对传感（gǎn）器飞行器来说（shuō），这种特（tè）定构型同（tóng）样能够保证在雷（léi）达孔径非常大的情况下获得（dé） 360° 的雷达覆盖面。通过把雷达孔径集（jí）成到蒙皮中作为（wéi）主要的载（zǎi）荷承载结构，可以使（shǐ）大尺寸机（jī）翼（yì）成（chéng）为天（tiān）线，从而也使传感器覆盖（gài）面实现（xiàn）最大化。机翼后掠和天线位（wèi）置相结合可（kě）以使前后（hòu）部的集成（chéng）结构（gòu）天线实现360°角视场。
2.3 WBT 组合构型传感器（qì）飞（fēi）行器
WBT组（zǔ）合构（gòu）型传感器飞行（háng）器由洛马公司提出，该机型的（de）最（zuì）大设计航时为40h，巡航（háng）速度（dù）为 Ma = 0.6，有效载荷为 2724.00kg。
3 传感器（qì）飞行器的设计挑战
设计传感器飞行器面临许多挑战，其中包括（kuò）在保证获得（dé）最小（xiǎo）重量和阻力的同时将大尺寸天线阵列集（jí）成于（yú）机体、使（shǐ）流过后掠翼构（gòu）型的层流得到延伸、进行多（duō）点气动设计优化、对柔性机（jī）体（tǐ）引发的气动弹性机体变形（xíng）进行控制。
传感（gǎn）器飞行器研发（fā）计划（huá）中的飞行（háng）器结构性（xìng）能（néng）提（tí）升技术，其中包括通（tōng）过自适（shì）应结构实现飞（fēi）行中形状改变、采用先（xiān）进的主动气动弹（dàn）性机（jī）翼设计（jì）原理、后掠翼层流控制、通过主动气流控制或（huò）常规舵面实现主动阵风载荷衰减。另外（wài），研究人员也在考虑通过主（zhǔ）动气流控（kòng）制减缓由激波、结合部或其它非气动（dòng）表面引起的（de）气流分离（lí）。当（dāng）然，这些技术只是传统飞行器（qì）设计（jì）优化技术（shù）的补充。
将大尺寸天（tiān）线和孔径集（jí）成于（yú）机体是设计（jì）人（rén）员面（miàn）临的最大挑战之一。传感器飞行器需要利用这些大（dà）尺寸天线提供高增益和叶簇穿透（tòu）雷达能力以及探（tàn）测（cè）极端隐蔽目标的（de）关（guān）键（jiàn）传感器模式。这种大孔径与（yǔ）结构的集成对于降低飞（fēi）行器空载重量至关（guān）重（chóng）要。传统天线与结构载荷相互（hù）隔离，而传感器飞行器的天（tiān）线（xiàn）必须承受（shòu）载（zǎi）荷，所以设计者必（bì）须使天线的每（měi）个构（gòu）成部件，或者（zhě）说天（tiān）线（xiàn）的每（měi）一层都尽可（kě）能（néng）像（xiàng）结构一样（yàng）有效（xiào）。为了达到相（xiàng）应的质（zhì）量，设计师必须满足（zú）诸多结（jié）构（gòu）需求，当涉及到多种材料和粘结层时，这种要求将（jiāng）会面临更大的挑（tiāo）战。
4 JWSC的设计难度和飞行试（shì）验计划
以JWSC独特的连接翼构（gòu）型为例，它需（xū）要解决的主要问题是将共形叶簇（cù）穿（chuān）透雷达天线（xiàn）集成（chéng）到飞（fēi）行（háng）器的前、后机翼上，以便（biàn）提供（gòng）持（chí）续的360° 雷达覆（fù）盖面。这种（zhǒng）能力对（duì）于（yú）执行ISR任务非常（cháng）有利（lì），但同时（shí）也需要付出代价。先（xiān）前对连接翼构型飞行器的计（jì）算研究表明，由于存在较大（dà）偏（piān）转和非守（shǒu）恒力，有可能会（huì）导致后机翼翘曲，进而会产（chǎn）生（shēng）严（yán）重（chóng）的几何非线性问题。通过加强（qiáng）机翼（yì）有可能（néng）消除这（zhè）种非线性特性，但（dàn）同（tóng）时在飞行器（qì）展弦比和结构重量方面（miàn）也会遭受（shòu）很大损失，从（cóng）而使（shǐ）飞行器的性能大（dà）打折（shé）扣。为避免这种损失，需要进行非线（xiàn）性气动弹性设计、分析和试验，以保证JWSC在（zài）执行预定的（de）ISR任务时能够（gòu）承受这（zhè）种非线性响应。因此，AFRL要求（qiú）利用1/9缩比遥控飞行（háng）器（RPV）进（jìn）行飞行试验，旨在利用这种经济而有效（xiào）的方式（shì）对相关非线（xiàn）性气动弹性响（xiǎng）应进行研（yán）究并对原（yuán）有（yǒu）的计算（suàn）模型进行（háng）验证。
JWSC的飞行试验计（jì）划包括两项（xiàng）阶段性计（jì）划，分别为飞行验证（zhèng）计划和（hé）气动弹性响（xiǎng）应研（yán）究计划：
飞行验（yàn）证计划（huá）涉及几何缩比（bǐ）遥控飞（fēi）行器（GSRPV）的概念（niàn）设计，这种（zhǒng）飞行器具有等效刚（gāng）体（tǐ）动力（lì）学（xué）特性（也即保持原有的空气动（dòng）力学特性、总体质量和惯（guàn）性（xìng）矩，但是（shì）不（bú）进行（háng）气动弹性（xìng）缩比）。飞行验证（zhèng）计（jì）划（huá）的设计（jì）内容包（bāo）括：确定建造方法、进行（háng）飞（fēi）行试验设备选择与集成、控（kòng）制系统（tǒng）调适、制定飞行（háng）试验计划。飞行验证计划还涉及建（jiàn）造一些初（chū）级模型并进行试（shì）飞，以确定（dìng）飞行质量和调（diào）适需求。
气动弹性响应研（yán）究（jiū）计划涉（shè）及建造（zào）和研发实现了气动弹性调适的RPV并且进一步制定后一阶段的飞行（háng）试验计划。该项工作的目的是设计第（dì）二组机翼，以便用于已实现几何缩比的飞行器。该项设计完成后，将对完成了气（qì）动弹调适的飞行器进（jìn）行飞行试验，以（yǐ）便对试验飞行器在飞行（háng）中的非线性响应进行（háng）量化。
JWSC的（de）飞行试（shì）验计划采用循序渐进的方式，并且为此研发了一系（xì）列飞行器，其复杂（zá）程（chéng）度和风险程（chéng）度逐渐提高（gāo），目的是解决包括（kuò）临界稳（wěn）定性在内的各种设计（jì）问（wèn）题。
5 结束语
传感器飞（fēi）行器是未来战场（chǎng）信息传递的关（guān）键（jiàn）平台（tái），连接（jiē）翼构型是（shì）传感器飞行器最有希望的候选构型（xíng）。由于（yú）其内（nèi）在特点, 连接翼构（gòu）型传感器飞行器的研制过程要求不同学科和技（jì）术的相互交叉融合。对连接翼构型传感器（qì）飞（fēi）行器设计起（qǐ）决（jué）定（dìng）作用的技（jì）术（shù）是多（duō）学科（kē）设计优化技术、多功能复合材料设（shè）计制造技（jì）术以及主（zhǔ）动气动弹性（xìng）设（shè）计技术。（来（lái）源：海（hǎi）鹰（yīng）资讯（xùn），作者（zhě）：航天三院三部 刘大勇 刘佳)
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