1 传感器（qì）飞行器的概念
传感器飞行（háng）器（SensorCraft）概念（niàn）由（yóu）美国（guó）空军研究实验室（AFRL）提出，旨在为一种未来作战能力（lì）开发使能（néng）技（jì）术。作为一（yī）种吸气式飞行器，传（chuán）感器飞行器被认为是全集成（chéng） ISR (情（qíng）报、监（jiān）视和侦（zhēn）察)系统的组成部分，该 ISR 系统（tǒng）能将（jiāng）整个空、天（tiān）、地的 ISR 设施有（yǒu）机地集（jí）成到一起，参见（jiàn）图1。这种技术结构（gòu）远远超出（chū）了交互（hù）导引（crosscueing）一类的简单信息融合概（gài）念，实现（xiàn）了自（zì）动整（zhěng）合，使传感器性能大大提（tí）升（shēng），从（cóng）而能够识别各种伪（wěi）装（zhuāng）的（de）、隐蔽的和虚（xū）假的目标（biāo）。此外，这种传感器无人机还能（néng）够与天基（jī）设（shè）施（shī）进行（háng）多点静态协同，并且能够从地面传感器获取数据。
传感器飞（fēi）行器本身是一种高空（kōng）长航（háng）时 ISR 平台，可为（wéi）持久性（xìng）战场态（tài）势感知系统提供信（xìn）息，按（àn）计划将于2015年投入使用。
2 传（chuán）感器飞行器的构型
传（chuán）感器飞行器是（shì）利用传感器构造的飞行器，而不是在飞行器上搭载（zǎi）传感（gǎn）器。它首次体现了（le）传感器与飞行（háng）器的综合一体化设计思（sī）想，其设计理念要求突（tū）破（pò）传统飞行器设计中传感器（qì）的附（fù）属地位（wèi），将传感（gǎn）器性能发挥作为一种总体设计（jì）约束增加到系统的方案（àn）设计过程之中，真正体现了（le）平台（tái）与（yǔ）载荷的（de）无（wú）缝融合，实现了（le）传感器即是（shì）结构件的目的。
设计传（chuán）感器飞行器的构（gòu）型必须（xū）考虑高度、航程、航时、有效（xiào）载荷以及传感（gǎn）器（qì）视（shì）场等因素，或者（zhě）说是必（bì）须对这些因（yīn）素进行（háng）综合权衡。参与传感器飞行器研发的公司主要包括波（bō）音、格鲁曼（màn）和洛（luò）马（mǎ）等。这些公司主要提出了6种传（chuán）感器飞行器构型概念，大（dà）致可以分为3种类型，分别为连接翼构型（joined-wing configuration)、飞翼构型（flying-wingconfguration）和机翼机身尾翼（yì）组合构型（WBT,wing-body-tailconfguration）。
2.1 连接翼（yì）构型传感器飞行器（JWSC）
连接（jiē）翼构型传感器飞行器（qì）（JWSC）由波音公司提出，该机型的设计航时为（wéi） 32h，巡（xún）航速度为 Ma = 0.8，有效载荷（hé）为4176.80kg。由于这种构型的后掠角较大（dà），所以速度高于另外两种机型。速度较（jiào）大能带来多种优（yōu）势，但（dàn）同时在气动弹性方面也会不可避免地（dì）存在气动非线性问题。
JWSC 具有两方（fāng）面的优势，第一，当所有 4 个机翼上都嵌有传感器（qì）孔（kǒng）径时，它（tā）能够（gòu）提供完全无遮（zhē）拦的（de） 360° 全方位（wèi）传感器（qì）视（shì）界角覆盖面；第（dì）二，连接翼的拥（yōng）护者（zhě）相信，与常（cháng）规 WBT 构型相比，在相同航时和有（yǒu）效载荷条件下，这种概念的（de）构型有（yǒu）可（kě）能减少（shǎo） 30% 的机翼结（jié）构重量并且相应减少 5% 的诱导阻力。
即便（biàn）不考（kǎo）虑 JWSC 能够改进空气动（dòng）力或降低重量，单凭其传（chuán）感器视场性（xìng）能就已经（jīng）具有足够的（de）说服（fú）力。另外，连接翼（yì）构型还可以在前翼和后翼上为气（qì）动（dòng）舵（duò）面提供许（xǔ）多可能的位置，使（shǐ）之对（duì）嵌（qiàn）在机翼（yì）上的传（chuán）感器影（yǐng）响（xiǎng）降到最低。
2.2 飞翼构型传感（gǎn）器飞行器
飞翼构型（xíng）由格鲁曼公司提出,该机型的（de）设（shè）计航时（shí）为50h，巡航速度（dù）为Ma=0.65，其有效载荷为（wéi） 3178.00kg。这种无（wú）尾飞行器的设计难度极大，获得（dé）令人满意的驾驭（yù）品质以及（jí）控制和动态（tài）稳（wěn）定（dìng）性非（fēi）常困难。如（rú）果能够克服这（zhè）些问（wèn）题，飞翼飞行器将具有很多优点，例如可（kě）以（yǐ）降低寄（jì）生（shēng）阻力、重量较轻（qīng）、与有（yǒu）效载荷、速度、航时和高度相同的 WBT构型相比，其结构（gòu）更（gèng）加简单。
对（duì）传感器（qì）飞行（háng）器来说，这种特（tè）定构型（xíng）同样能够（gòu）保证在雷达孔径非常大的情况下获（huò）得（dé） 360° 的雷达覆盖面。通过把（bǎ）雷（léi）达（dá）孔（kǒng）径集成到蒙皮中作为主要（yào）的载荷承载结构，可以使（shǐ）大（dà）尺（chǐ）寸机翼（yì）成为天（tiān）线（xiàn），从而也使传感器覆盖面实现（xiàn）最大化。机翼（yì）后掠和天（tiān）线（xiàn）位置相结合可以使（shǐ）前后部的集成结构天线实（shí）现360°角视场。
2.3 WBT 组合构型（xíng）传感器（qì）飞（fēi）行（háng）器
WBT组合构型传感器飞（fēi）行（háng）器（qì）由洛马公司提出，该机型的最大设计（jì）航时为40h，巡（xún）航速（sù）度为 Ma = 0.6，有（yǒu）效载荷为 2724.00kg。
3 传感器飞行器的设（shè）计挑战（zhàn）
设计传感器飞行（háng）器面（miàn）临许多（duō）挑战（zhàn），其中包（bāo）括在保证获得最小重量和阻力的（de）同（tóng）时将大尺寸天线（xiàn）阵（zhèn）列集成于机体、使（shǐ）流过后掠翼构型的层（céng）流得到延伸、进（jìn）行多点气动（dòng）设计优化、对柔性（xìng）机体引发（fā）的气（qì）动（dòng）弹性（xìng）机体变形进行控制。
传感器飞行（háng）器研发计划中的飞行（háng）器结构性能提升技（jì）术，其中包括通过（guò）自适应（yīng）结构实现飞行中形状（zhuàng）改变、采用先进的（de）主（zhǔ）动气动弹性（xìng）机翼设计原理、后（hòu）掠翼层流控制、通（tōng）过主动气流控制或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动气流控制减缓由激波、结合（hé）部或其它非气动表面引起的气（qì）流（liú）分（fèn）离。当然，这些技术只是传统飞行器设（shè）计优（yōu）化技术的补充（chōng）。
将大（dà）尺寸天（tiān）线（xiàn）和孔径集（jí）成（chéng）于机体是设计人（rén）员面临的最（zuì）大挑（tiāo）战之一。传感（gǎn）器飞行器需要利用（yòng）这些大尺寸（cùn）天线提（tí）供高增益和叶簇穿（chuān）透雷达能力以及（jí）探测（cè）极端隐蔽目标的关键（jiàn）传感器模（mó）式。这种大孔径与结构的集成对于降低飞行器空载重量（liàng）至（zhì）关（guān）重要。传统天线与结构载荷相互隔离，而传感器飞行器的天线必须承受载荷，所以设计（jì）者必须（xū）使天（tiān）线的每个构成部件，或者说天线的每（měi）一层都尽可能（néng）像结构一样有效。为了达到相（xiàng）应的（de）质量，设计师必（bì）须满足诸多结构需求（qiú），当涉及到（dào）多种材料和（hé）粘结层时，这种要求将会面临（lín）更大的挑战。
4 JWSC的设计难度和飞行（háng）试（shì）验计划
以JWSC独特的（de）连（lián）接翼构型为例，它需（xū）要（yào）解决的主要问题是（shì）将（jiāng）共（gòng）形叶簇穿透雷达天线（xiàn）集成到飞行器的前、后机翼上，以便提（tí）供持（chí）续的（de）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（xū）要（yào）付出（chū）代价。先前对连接翼构型飞行器的计算（suàn）研究表明，由于存在较大偏转和非守恒力，有可能会导致后机翼翘曲（qǔ），进而会产生严重的几何非线性问题。通过加强机（jī）翼有（yǒu）可（kě）能消除这种（zhǒng）非线性特性（xìng），但（dàn）同时在飞行器展弦比和结构（gòu）重量方面也会遭受很大损失，从而使飞行器（qì）的性（xìng）能大打折扣。为避免这种损失，需要进行非线（xiàn）性气动弹性设计、分（fèn）析和（hé）试验，以保（bǎo）证JWSC在执（zhí）行预定的ISR任务时能够承受（shòu）这种非（fēi）线性响应。因此，AFRL要求利用1/9缩比遥（yáo）控飞行器（qì）（RPV）进行飞行（háng）试验，旨在利用（yòng）这种经济而有（yǒu）效（xiào）的方式（shì）对相关（guān）非线性（xìng）气动弹性响应进行（háng）研究并对（duì）原有的计（jì）算模型（xíng）进行验（yàn）证。
JWSC的飞行试（shì）验计划包括两（liǎng）项阶段性计划（huá），分别为（wéi）飞行验证（zhèng）计（jì）划和气（qì）动弹性响应研究计（jì）划：
飞（fēi）行验证计（jì）划涉及几何缩比遥（yáo）控（kòng）飞行器（GSRPV）的概（gài）念（niàn）设计，这种飞（fēi）行器具（jù）有（yǒu）等效刚体动力学（xué）特性（也即（jí）保持原（yuán）有的空气（qì）动力学特性（xìng）、总体质量和惯（guàn）性（xìng）矩（jǔ），但是（shì）不进行气动弹性缩比（bǐ））。飞行验证计（jì）划的设计内容包括：确定建造方法、进行飞行（háng）试（shì）验（yàn）设备选择与集成（chéng）、控制系统调适、制（zhì）定飞行试验（yàn）计划（huá）。飞行验（yàn）证计划还涉及建造一（yī）些初级模型并进（jìn）行试飞（fēi），以（yǐ）确定（dìng）飞行质量和调适需求。
气动弹性响应（yīng）研（yán）究（jiū）计划涉及建造和研发（fā）实现了气动弹性调适的（de）RPV并且进一步（bù）制定后一阶段的（de）飞行试验计划。该项（xiàng）工（gōng）作的目（mù）的是设计（jì）第二组机翼（yì），以便用于已（yǐ）实（shí）现几何缩比的飞行器。该项（xiàng）设计完成（chéng）后，将对完成了气动弹（dàn）调适的飞行器进行飞行试（shì）验，以便对试验飞行器在飞行中的非线性响应进行量化（huà）。
JWSC的飞行（háng）试验计划采用循序渐（jiàn）进的方式（shì），并且为（wéi）此研发了一系列飞行器（qì），其（qí）复杂（zá）程度和风险程（chéng）度（dù）逐渐提高（gāo），目（mù）的（de）是解决包括临界稳（wěn）定性在内的（de）各（gè）种设（shè）计问题。
5 结束（shù）语
传感器（qì）飞行器（qì）是未来战（zhàn）场信息传递的关键平台，连接翼构型是传感器飞行器最有希（xī）望的候选构型。由于其内在特（tè）点, 连接翼构型（xíng）传感器飞行器的（de）研制过程要求不（bú）同学科和技术的相（xiàng）互交（jiāo）叉融合。对连（lián）接翼构型传感器（qì）飞行器设计起（qǐ）决定作用的技术是多学科设（shè）计（jì）优化技（jì）术、多功能复合材（cái）料设计制造技术（shù）以及（jí）主动（dòng）气动弹性设计技术（shù）。（来源：海鹰资讯，作者：航天三院三部 刘大勇 刘佳)
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