1 传感器飞行器的概念
传（chuán）感器（qì）飞行（háng）器（SensorCraft）概念（niàn）由（yóu）美国空军研究实验（yàn）室（AFRL）提出，旨在为一（yī）种未来作战（zhàn）能（néng）力开发使能技术。作为一种（zhǒng）吸气式飞行器，传感（gǎn）器飞行器被认为是全（quán）集成 ISR (情报、监（jiān）视和（hé）侦察（chá）)系统（tǒng）的组成（chéng）部分（fèn），该（gāi） ISR 系统能将整个空、天、地的 ISR 设施（shī）有机（jī）地集成到一起，参见图（tú）1。这种技术结（jié）构（gòu）远远超（chāo）出（chū）了交互导引（yǐn）（crosscueing）一类的简（jiǎn）单信息融合概（gài）念，实现（xiàn）了自动（dòng）整（zhěng）合，使传感器性（xìng）能大大提升，从而能够（gòu）识别（bié）各（gè）种伪装（zhuāng）的（de）、隐蔽的和虚假（jiǎ）的目标。此外，这（zhè）种（zhǒng）传感（gǎn）器无人（rén）机还能够与天基设施进行多点静态协（xié）同，并且能够（gòu）从地面传感器获（huò）取数（shù）据。
传感器飞行器本身是一种高空长航时 ISR 平（píng）台，可为（wéi）持久性战场（chǎng）态势感（gǎn）知系统提（tí）供信息，按计划将于（yú）2015年投入使用（yòng）。
2 传感器飞行器的构型
传感器飞行器是利用（yòng）传感（gǎn）器构造的飞行器，而不是在（zài）飞行器上搭载传感器。它（tā）首次体现了（le）传感（gǎn）器与飞行器的综合一（yī）体化设（shè）计（jì）思（sī）想，其（qí）设计理念要（yào）求突破传统飞行器（qì）设（shè）计中传感器的（de）附属地位，将（jiāng）传感器性能（néng）发挥作为一种总体设计（jì）约束（shù）增加到系统（tǒng）的方案设计过程之中，真正体现了平台与载荷的无缝融合，实现了传（chuán）感器即是结构（gòu）件的（de）目（mù）的。
设计传感器飞（fēi）行（háng）器的（de）构型必须考虑高度、航程、航（háng）时（shí）、有效载荷以及传感器视场（chǎng）等因素，或者说是必须（xū）对这些因素进行综合（hé）权衡（héng）。参（cān）与传（chuán）感器飞行（háng）器研发的公（gōng）司主要包括波音、格鲁曼和洛（luò）马等。这些公（gōng）司主（zhǔ）要提出了6种传（chuán）感器飞行器构（gòu）型（xíng）概念，大致可以分为3种类（lèi）型，分别为连（lián）接翼构型（joined-wing configuration)、飞（fēi）翼构型（xíng）（flying-wingconfguration）和（hé）机翼机身尾翼组合构（gòu）型（WBT,wing-body-tailconfguration）。
2.1 连（lián）接翼构型传感器飞（fēi）行器（JWSC）
连接翼构（gòu）型传感（gǎn）器飞（fēi）行器（JWSC）由波音公（gōng）司提（tí）出（chū），该机型的设计航时为 32h，巡航速度为 Ma = 0.8，有效载（zǎi）荷为4176.80kg。由（yóu）于这种构型的后掠角（jiǎo）较（jiào）大（dà），所以速度（dù）高于另外两种（zhǒng）机型。速度较大能带来多种优势，但（dàn）同时在气动弹性方面也会（huì）不可避免地存（cún）在气（qì）动非线性问（wèn）题。
JWSC 具有（yǒu）两方（fāng）面的优势（shì），第一，当所有 4 个机翼上（shàng）都嵌有传感器孔径时，它能够（gòu）提供完全无遮（zhē）拦的 360° 全方（fāng）位传感器视界角（jiǎo）覆盖面；第二，连接翼（yì）的拥（yōng）护者相信，与常（cháng）规 WBT 构型（xíng）相比，在相同航时和有效载荷条件（jiàn）下，这种（zhǒng）概（gài）念的构型有可能减少 30% 的机翼结（jié）构重（chóng）量并且相应减少 5% 的诱（yòu）导阻力。
即便不考虑 JWSC 能够改进空（kōng）气动力或（huò）降低重量，单凭其传感（gǎn）器视场性能就已经具有足够的说（shuō）服力。另外，连接（jiē）翼构型（xíng）还可以在（zài）前（qián）翼和后翼上为气（qì）动舵面提供许多可能（néng）的（de）位置，使（shǐ）之对嵌在机翼上的传感器（qì）影响降（jiàng）到最低。
2.2 飞翼构型传感器飞行器
飞翼构（gòu）型由格鲁曼公司提（tí）出,该机（jī）型（xíng）的设计航时为50h，巡（xún）航速度为Ma=0.65，其有效载荷为 3178.00kg。这种无尾飞行器的设计难度极大，获得令人满意的驾驭品质以及控制和（hé）动（dòng）态（tài）稳定性非（fēi）常（cháng）困难。如果能够克（kè）服这（zhè）些问题，飞翼（yì）飞行器将具有很多优点，例如（rú）可以降低寄生阻力、重量较（jiào）轻（qīng）、与有效载荷、速度（dù）、航时和高度相同的 WBT构型（xíng）相比（bǐ），其结构（gòu）更加（jiā）简单。
对传感（gǎn）器飞行（háng）器（qì）来说，这种特定构型同（tóng）样能够保证在雷达孔径非常大的（de）情（qíng）况下获得 360° 的雷达覆盖面。通过把雷达孔（kǒng）径集成到蒙皮中作为主（zhǔ）要（yào）的载荷承（chéng）载结构，可以使大尺寸机翼成（chéng）为天线，从而也使传（chuán）感（gǎn）器覆（fù）盖面实现最大化。机翼后掠和（hé）天线位置（zhì）相结合可（kě）以使前（qián）后部（bù）的（de）集成（chéng）结构天线（xiàn）实现360°角视场。
2.3 WBT 组（zǔ）合构（gòu）型传感器（qì）飞行器
WBT组合构型传感器飞行器由（yóu）洛（luò）马公司（sī）提出，该机（jī）型的最大设计航（háng）时为40h，巡航速度为 Ma = 0.6，有效载荷（hé）为 2724.00kg。
3 传（chuán）感（gǎn）器飞行（háng）器的（de）设计挑战
设计传（chuán）感器飞行器（qì）面临许多挑（tiāo）战（zhàn），其中包（bāo）括在保证获得（dé）最小（xiǎo）重（chóng）量和阻力（lì）的同时将大尺寸天线阵（zhèn）列集成于机（jī）体、使流过后掠翼构型的（de）层（céng）流得到延伸、进行多点气（qì）动设计优化（huà）、对柔性机体引发的气动弹性机体变形进行控制。
传感器飞行器（qì）研发计划（huá）中的飞行器结构性能提升技术，其中包（bāo）括通过自适应结构实（shí）现飞行中形（xíng）状改变、采用先（xiān）进的主动气动弹性机翼设（shè）计（jì）原理、后掠翼层（céng）流控制、通过主动气流控制（zhì）或常规舵面实现主动阵风载荷衰减。另（lìng）外（wài），研究人（rén）员也在考虑通过主（zhǔ）动气流（liú）控（kòng）制减缓由激波、结合部或（huò）其它（tā）非气动表面（miàn）引（yǐn）起的气流分离。当然，这些（xiē）技术只（zhī）是传（chuán）统飞行器设计优（yōu）化（huà）技术的补充。
将大尺寸（cùn）天线和孔径集成于（yú）机体（tǐ）是设计人（rén）员面临的最大（dà）挑战之一（yī）。传感（gǎn）器飞行器（qì）需要利用这些大尺（chǐ）寸天线提供高（gāo）增益和（hé）叶簇穿（chuān）透雷（léi）达能力以及探（tàn）测极端隐蔽目标的关键传感器模式。这种（zhǒng）大孔径与结构（gòu）的（de）集成（chéng）对于降低飞行器空载重量（liàng）至关重要。传统天线与（yǔ）结构（gòu）载荷相互隔离，而传（chuán）感（gǎn）器飞行器的（de）天线必须承受（shòu）载荷，所以设计者必须（xū）使天线的每（měi）个（gè）构成部件，或者说天线（xiàn）的（de）每一层都（dōu）尽可能像结（jié）构（gòu）一样（yàng）有（yǒu）效（xiào）。为了（le）达到相应的（de）质量，设计（jì）师必须满足诸多结构需求，当涉及到多种材料和粘结层时（shí），这种要（yào）求将会面临更（gèng）大（dà）的挑战。
4 JWSC的设（shè）计难度和（hé）飞（fēi）行试验（yàn）计划
以JWSC独特（tè）的连接翼构型为例，它需要解决的（de）主要问题是将共形叶簇穿透雷达天线（xiàn）集成到飞（fēi）行（háng）器的前、后机翼上，以便提供持续（xù）的360° 雷达覆盖面。这（zhè）种能力对于执行ISR任（rèn）务非常有利，但（dàn）同时也需要付（fù）出代价。先前（qián）对连接翼构型飞行（háng）器（qì）的计算研究表明，由于（yú）存（cún）在较大偏转（zhuǎn）和非守恒力，有可能会导致后机翼（yì）翘曲，进（jìn）而会产（chǎn）生严（yán）重（chóng）的几何非线（xiàn）性问题（tí）。通（tōng）过加强机翼有可能消除这种（zhǒng）非（fēi）线性特（tè）性，但同时在飞行器展弦比和结构重量方面也会遭受很大损失，从而使飞行器（qì）的（de）性能大打（dǎ）折扣。为避免这（zhè）种（zhǒng）损失，需要进行（háng）非线性气动（dòng）弹性（xìng）设计、分析和试验，以保（bǎo）证JWSC在执行预定的ISR任务时（shí）能够承受这种非线性响应。因此，AFRL要（yào）求（qiú）利用1/9缩比遥控飞（fēi）行器（RPV）进行飞行试验，旨在（zài）利用这种经济而有效的方式对相关非线性（xìng）气（qì）动弹性响应进行研究并对（duì）原有的（de）计（jì）算模型进行验证。
JWSC的飞（fēi）行试验计划包括（kuò）两项阶段性计（jì）划，分别为飞行验证计划和气动弹性响（xiǎng）应研究（jiū）计划：
飞（fēi）行（háng）验证计划涉及几何缩比遥控飞（fēi）行器（GSRPV）的概念设计，这种飞行（háng）器具有等效（xiào）刚体（tǐ）动力学（xué）特性（xìng）（也即保持原有的空气动力学特性、总体质量和惯性矩，但是不进（jìn）行（háng）气动弹性（xìng）缩比（bǐ））。飞（fēi）行验（yàn）证计划的设（shè）计内容包括：确定建造方法（fǎ）、进行（háng）飞行试验设备选（xuǎn）择与集（jí）成、控制系统调适、制定飞行试验计划（huá）。飞行验证计（jì）划（huá）还涉及建造一些初级模型并进（jìn）行试飞，以（yǐ）确定（dìng）飞行质（zhì）量和调适需求。
气动弹性响应研（yán）究计划涉及建造和研发实现了（le）气动弹性调适的RPV并且（qiě）进（jìn）一步（bù）制定后一阶（jiē）段（duàn）的（de）飞行试验计（jì）划（huá）。该项（xiàng）工（gōng）作的目的是设计（jì）第二组机翼，以（yǐ）便用于（yú）已实（shí）现几何（hé）缩比的飞行器。该项（xiàng）设计（jì）完成后，将对（duì）完成了气动弹调适的飞行器进行飞行试验（yàn），以便对试验飞行器在飞行中的非（fēi）线性响应进行量（liàng）化。
JWSC的飞行试验计划（huá）采用循序渐进的方式，并且为此研发了一系列飞行器，其复杂程（chéng）度和（hé）风险程度逐渐提高（gāo），目（mù）的是（shì）解决包（bāo）括临界稳定性（xìng）在内的各种设计问题。
5 结束语
传感器（qì）飞行器是（shì）未来战（zhàn）场信（xìn）息传递的关键平台，连接翼构型是传感器飞（fēi）行器最有希望（wàng）的候选构型。由于（yú）其内在特（tè）点, 连（lián）接翼构型传感器飞行器的研制过程要求（qiú）不同学科和技术的相（xiàng）互（hù）交叉融合。对连接翼构型传感（gǎn）器飞行器设计起决（jué）定作用的技术是多学（xué）科（kē）设计优化技术、多功能复合材料设计制（zhì）造技（jì）术以及主动气动弹性设计技术。（来源：海（hǎi）鹰资讯，作者：航天三院三部 刘大（dà）勇 刘佳)
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