1 传感器飞行器的概念（niàn）
传感器飞行器（SensorCraft）概念由美国空（kōng）军研究（jiū）实验室（AFRL）提（tí）出（chū），旨在（zài）为一种（zhǒng）未（wèi）来作战能力开发使能技（jì）术。作为一种吸气（qì）式飞行器，传感器飞行（háng）器被认（rèn）为是（shì）全集成（chéng） ISR (情（qíng）报、监视和侦（zhēn）察)系（xì）统的（de）组成部分，该 ISR 系统能将整个空、天、地的 ISR 设施有机地集成到一（yī）起，参见图1。这种技术结（jié）构远（yuǎn）远超出了交（jiāo）互导（dǎo）引（yǐn）（crosscueing）一类的简单信息融合概念（niàn），实（shí）现了自动整合，使传（chuán）感器性（xìng）能大大提（tí）升，从（cóng）而（ér）能够识别各种伪装的、隐蔽的和虚假（jiǎ）的（de）目标。此外，这种传感器无人机还能（néng）够与天基设施进行多点（diǎn）静态协同，并且（qiě）能够从地面传感器（qì）获（huò）取（qǔ）数据。
传（chuán）感器飞行（háng）器本身是一种高（gāo）空长航时 ISR 平台，可为持久性（xìng）战场态势感（gǎn）知系统提供信（xìn）息，按计划（huá）将于2015年（nián）投入（rù）使用。
2 传（chuán）感（gǎn）器飞行器的（de）构型
传感（gǎn）器飞行器是利用（yòng）传（chuán）感（gǎn）器构造（zào）的飞行器，而不是（shì）在（zài）飞行器上（shàng）搭载（zǎi）传感器（qì）。它首次体现了传（chuán）感器与飞行器的（de）综合一体化设计思（sī）想，其设计理念要求突（tū）破传统飞（fēi）行（háng）器设计中传感器的附属地位，将传感器性能发挥作为（wéi）一种总体（tǐ）设计约束增（zēng）加到系统的方案设计过程之（zhī）中，真正（zhèng）体（tǐ）现了平台与载荷的（de）无（wú）缝融（róng）合，实现了传（chuán）感器即是结构（gòu）件（jiàn）的目的。
设计传感器飞行器的构型必须考虑（lǜ）高度、航程、航（háng）时、有效载荷（hé）以及传感（gǎn）器视场等因素，或者说是必须对（duì）这些因素（sù）进行综合权（quán）衡（héng）。参与传（chuán）感器飞行器研发的公司主要包括（kuò）波音、格鲁曼和洛（luò）马等（děng）。这些公司主要提出（chū）了（le）6种传（chuán）感器飞行器构型概念，大致可以分为3种类型，分别为连（lián）接翼构型（joined-wing configuration)、飞翼构型（flying-wingconfguration）和机翼机身尾翼组合构型（WBT,wing-body-tailconfguration）。
2.1 连接（jiē）翼（yì）构型传感器飞行器（JWSC）
连接翼构型（xíng）传感器飞行（háng）器（JWSC）由波音公司（sī）提出，该机型的设计航时为 32h，巡航速度为 Ma = 0.8，有效载荷为4176.80kg。由于这种构型的后掠角较（jiào）大，所以速度高于另外两（liǎng）种机型。速度（dù）较大能（néng）带来（lái）多种（zhǒng）优势，但（dàn）同时（shí）在气动弹性方（fāng）面（miàn）也会不可避（bì）免地（dì）存（cún）在气动非线性问题。
JWSC 具有两方面的（de）优势，第一，当所有 4 个机翼上都嵌有传感器孔径时，它（tā）能够提供完（wán）全无（wú）遮拦的 360° 全方（fāng）位（wèi）传感（gǎn）器视界角覆盖面（miàn）；第二，连（lián）接翼的拥护者（zhě）相（xiàng）信，与常（cháng）规 WBT 构型相比，在相同航时和（hé）有效载荷条件下，这种概（gài）念的（de）构（gòu）型有可能减少 30% 的机翼结构重（chóng）量并（bìng）且相应减少 5% 的诱导阻力。
即便不（bú）考（kǎo）虑 JWSC 能够（gòu）改（gǎi）进空气动力或（huò）降低重（chóng）量，单凭（píng）其传感器视场（chǎng）性（xìng）能就已经具有足（zú）够的说服力。另（lìng）外，连（lián）接翼构型还可以（yǐ）在前翼和（hé）后翼上（shàng）为气动舵面提供（gòng）许多可能的位置，使之对嵌在机翼上的传感器影响（xiǎng）降到（dào）最低。
2.2 飞翼构（gòu）型传感器（qì）飞行（háng）器
飞翼构型由格鲁曼公司提出,该机型的设计航时（shí）为50h，巡航速度为Ma=0.65，其有效载荷（hé）为（wéi） 3178.00kg。这种（zhǒng）无尾（wěi）飞行器的（de）设计难度极（jí）大，获得（dé）令人满意的驾驭品质以及控制（zhì）和动态稳定性（xìng）非常困难。如果能够克服这些问题，飞翼飞行器将具（jù）有很（hěn）多优（yōu）点（diǎn），例如可（kě）以降低（dī）寄生阻力、重量较轻、与有效载荷、速（sù）度、航时和高（gāo）度相同的 WBT构型相比，其结构（gòu）更（gèng）加简单（dān）。
对传感器飞行器（qì）来说，这种特定构型（xíng）同样能（néng）够保（bǎo）证在（zài）雷达（dá）孔径非常大的（de）情况下获（huò）得 360° 的雷达覆盖面。通过把雷达孔（kǒng）径（jìng）集成（chéng）到蒙皮（pí）中作为主要的载荷承载结构，可以（yǐ）使大尺寸机（jī）翼成为天线，从而（ér）也使传感（gǎn）器覆盖面（miàn）实现最大化。机翼后（hòu）掠和天线（xiàn）位置相结合可以（yǐ）使前后部的集成（chéng）结构天线实现360°角视场。
2.3 WBT 组合构型（xíng）传感器飞行器
WBT组合构（gòu）型传感器飞（fēi）行（háng）器由洛马（mǎ）公司提出（chū），该机型的最大设计航时（shí）为40h，巡航速度为 Ma = 0.6，有效载荷为 2724.00kg。
3 传感器飞行器的设计挑（tiāo）战
设计传感器（qì）飞行器面临许多挑战，其中包（bāo）括在保证获得最小（xiǎo）重量（liàng）和阻力的同时（shí）将大尺寸天（tiān）线阵列集成于机（jī）体、使流过后掠翼构型的层流（liú）得（dé）到延伸、进行多点气动设（shè）计（jì）优（yōu）化、对柔（róu）性（xìng）机体引发（fā）的气动（dòng）弹性机体（tǐ）变形进行控制。
传感（gǎn）器飞行器研（yán）发计划中（zhōng）的（de）飞（fēi）行器结构性能提（tí）升技术，其中（zhōng）包括通（tōng）过自适应（yīng）结构实现飞（fēi）行中形状（zhuàng）改（gǎi）变（biàn）、采用先进的主动气动弹性机（jī）翼设计原理（lǐ）、后掠翼层流控制（zhì）、通过主动（dòng）气流控制或常规舵面实现主动（dòng）阵风载荷衰减。另外，研究人（rén）员也（yě）在考虑通过（guò）主动（dòng）气（qì）流控制减缓由激波、结（jié）合部或其它非气动表面（miàn）引（yǐn）起的气流（liú）分离（lí）。当然，这些技术只是传统飞行器设计优化技术的补充。
将（jiāng）大尺寸天（tiān）线和（hé）孔径集成于机体是设计人员（yuán）面临（lín）的最大挑战之一。传感器飞行器需要利用这些大尺寸（cùn）天线提供高（gāo）增益和叶簇穿透（tòu）雷达能力以（yǐ）及探（tàn）测极端隐蔽目标的关键（jiàn）传感器模式。这种大（dà）孔径与结构的集成对于降低飞行器空载重量（liàng）至（zhì）关重要。传统天线（xiàn）与（yǔ）结构载荷相互隔离，而传（chuán）感器（qì）飞行器（qì）的天线必须承受载荷，所以设计（jì）者必须（xū）使天线的（de）每个构成（chéng）部件（jiàn），或者说天线的每一层都尽可能像结构一样有（yǒu）效。为了（le）达到（dào）相应的质量，设计师必须满足（zú）诸（zhū）多（duō）结（jié）构（gòu）需（xū）求，当涉及（jí）到多（duō）种材料和（hé）粘结层时（shí），这种要（yào）求将会面临更大的挑（tiāo）战。
4 JWSC的设计难度和飞行试（shì）验（yàn）计划
以JWSC独特的（de）连接翼构型（xíng）为例，它需要解决的（de）主（zhǔ）要问题（tí）是将共形叶簇穿（chuān）透雷达天线集成到飞行（háng）器的（de）前、后（hòu）机翼上，以便提供（gòng）持（chí）续的360° 雷达覆盖面。这种能力对于执行ISR任务非常（cháng）有利，但同时也需要付出代价（jià）。先前对连接翼构型飞（fēi）行（háng）器的计算研究表明，由（yóu）于存（cún）在较大偏转（zhuǎn）和非（fēi）守（shǒu）恒力，有可能会导致（zhì）后机翼翘曲，进而（ér）会产（chǎn）生严重的几何非线（xiàn）性问题。通过加强机翼有（yǒu）可能（néng）消除（chú）这（zhè）种（zhǒng）非线性特（tè）性，但（dàn）同（tóng）时在飞行（háng）器展弦比（bǐ）和结（jié）构重量（liàng）方面也会遭受很大损失（shī），从而使飞行器的性能大打折（shé）扣。为避免这种损失，需要进行非线性气动弹性设计、分析和试验（yàn），以保（bǎo）证JWSC在执行（háng）预定（dìng）的ISR任务时能够承受这种非线性响应。因此（cǐ），AFRL要求利用1/9缩比遥控飞行器（RPV）进行（háng）飞行试验，旨在利用这种经济而有效的方式对相关非（fēi）线（xiàn）性气（qì）动弹性响应进行研究并对原有的（de）计算模型进行验证。
JWSC的飞（fēi）行试验计划包括（kuò）两（liǎng）项阶段（duàn）性计（jì）划，分别为飞行验证计（jì）划和气动（dòng）弹性响应研究计划：
飞行验（yàn）证（zhèng）计划涉（shè）及几何缩比遥控飞行（háng）器（GSRPV）的概念设计，这种飞行器具有等效刚（gāng）体（tǐ）动力学特（tè）性（也即保持原有的空气动力学特性、总体质量和惯性矩，但是不进行气动弹性（xìng）缩比）。飞行验证计划的设计内容包括：确（què）定建造方法（fǎ）、进行（háng）飞行试验设备选择与集成、控制系统调适、制（zhì）定（dìng）飞行试验计划。飞行验证计划（huá）还涉及建造一些初级模型并进行（háng）试飞，以确定飞行质量（liàng）和调适需求。
气动弹性响应（yīng）研究计（jì）划涉（shè）及（jí）建造和研（yán）发实现了气（qì）动弹性（xìng）调适的RPV并且进一步（bù）制定（dìng）后（hòu）一阶段的飞行试验计划（huá）。该项工（gōng）作的目的是（shì）设计第二（èr）组机翼，以便用于（yú）已实现几何缩比的飞（fēi）行器。该项（xiàng）设计完成后，将对完成了（le）气动弹调适的飞行器进行（háng）飞（fēi）行试验，以便对试验飞（fēi）行器（qì）在（zài）飞行中的（de）非线性响应进（jìn）行量化。
JWSC的飞（fēi）行试验计划采用循序渐进的方式，并且为（wéi）此研发了一系列（liè）飞行器，其复杂程度（dù）和风险程（chéng）度逐（zhú）渐提高，目的是解（jiě）决包括临界（jiè）稳定性在（zài）内的各（gè）种设计（jì）问题（tí）。
5 结束（shù）语
传（chuán）感器飞行器是未来战场信息传递（dì）的（de）关键平台，连接翼构型是传感器飞行器最有希（xī）望的候选构型。由（yóu）于其内在（zài）特点（diǎn）, 连接翼（yì）构型（xíng）传感器（qì）飞行器的研制（zhì）过程要（yào）求不同学科和技术的（de）相互交（jiāo）叉融合（hé）。对连接翼构型传感器飞行器设计起决（jué）定作用的技术是多学科设计优（yōu）化技术、多功（gōng）能（néng）复合材料设计制造技术以及主（zhǔ）动（dòng）气（qì）动（dòng）弹性设计技术。（来源：海鹰资讯，作者：航天三院三部 刘大勇 刘佳)
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