1 传感（gǎn）器飞（fēi）行器（qì）的概念
传感器飞行器（SensorCraft）概念由美（měi）国空军研究实验室（AFRL）提出，旨在为一种未来作战（zhàn）能力开发（fā）使能技（jì）术。作为一种吸气式飞行器，传感器（qì）飞行器被认为是全（quán）集成 ISR (情报、监视和侦察)系统的组成（chéng）部（bù）分，该（gāi） ISR 系统能将整个空、天、地的 ISR 设（shè）施有机地集成到一起，参见图1。这种技术（shù）结构远远超出了交互导（dǎo）引（yǐn）（crosscueing）一类的简（jiǎn）单信息融合（hé）概念，实（shí）现了自动整合，使传感器性能（néng）大大提升，从而能够识别（bié）各（gè）种伪装的、隐（yǐn）蔽的和虚假的目标（biāo）。此（cǐ）外，这（zhè）种传感器无人（rén）机还能够与天基设施进行多点静态协（xié）同，并且能够从地面传（chuán）感器（qì）获取数据。
传感器飞行器本（běn）身是一种高空（kōng）长航时 ISR 平（píng）台，可为持久性战场态势感知系（xì）统提供信息，按（àn）计划（huá）将于2015年投（tóu）入使用。
2 传感（gǎn）器飞（fēi）行器的构型（xíng）
传感（gǎn）器飞行器是利用传感器（qì）构造的飞（fēi）行（háng）器，而（ér）不是在飞行器上（shàng）搭载传（chuán）感器。它首次体现（xiàn）了传感器与飞行器（qì）的综合一体化设计思（sī）想（xiǎng），其设计（jì）理念要（yào）求突破传统飞行器设计中传（chuán）感器的附属地位（wèi），将传感器性能发挥作（zuò）为一种总（zǒng）体设计约束增加到（dào）系统的方案设计过程之中，真正体现了平台（tái）与载（zǎi）荷的无缝融（róng）合，实现了传感器即是结构件的（de）目的。
设计传感器飞行（háng）器的构型（xíng）必须考（kǎo）虑高（gāo）度、航程、航时、有效载荷以及（jí）传（chuán）感器视场等因素，或（huò）者说是（shì）必须对这些因素进行综合权衡。参与传感器飞行器研发（fā）的公司主要包括（kuò）波音、格鲁曼和洛马等。这些（xiē）公司主要提出了（le）6种传（chuán）感器飞（fēi）行器构型（xíng）概念，大致可以（yǐ）分为（wéi）3种（zhǒng）类型，分别为（wéi）连接翼构型（joined-wing configuration)、飞翼（yì）构型（flying-wingconfguration）和（hé）机（jī）翼机身尾（wěi）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（qì）飞（fēi）行（háng）器（JWSC）由波音公（gōng）司提出，该机型的（de）设计航时（shí）为 32h，巡航速度为 Ma = 0.8，有效载荷（hé）为4176.80kg。由（yóu）于这种构型的后掠（luě）角较（jiào）大，所以速度高于另外（wài）两种（zhǒng）机型（xíng）。速度较大能带来多种优势（shì），但同时在气动（dòng）弹性（xìng）方面也会（huì）不可避免（miǎn）地存在（zài）气动非（fēi）线性（xìng）问题（tí）。
JWSC 具有两（liǎng）方（fāng）面的优势，第一，当所有 4 个机翼上都嵌有传感器孔径时，它能够（gòu）提供完全无遮拦的 360° 全方（fāng）位传感器视界角覆盖面；第二，连接翼（yì）的拥护（hù）者相（xiàng）信，与（yǔ）常规 WBT 构型相比，在相同航时和有效（xiào）载荷条件下，这（zhè）种（zhǒng）概念（niàn）的（de）构型有可能（néng）减少 30% 的（de）机翼结（jié）构重量（liàng）并且相（xiàng）应（yīng）减少 5% 的诱导阻（zǔ）力。
即便不考（kǎo）虑 JWSC 能够（gòu）改进空气动（dòng）力或降低重（chóng）量，单凭其传感（gǎn）器（qì）视场性能就已（yǐ）经具有足够的说服力。另外，连接翼（yì）构型还可以在（zài）前（qián）翼和后翼上（shàng）为气动舵面提（tí）供许多可能的位置，使之对（duì）嵌（qiàn）在机翼上的传感器影响降到最（zuì）低。
2.2 飞翼构型传感器（qì）飞行器
飞翼（yì）构（gòu）型由格鲁（lǔ）曼公司提出,该（gāi）机型的设计航时为50h，巡航速度为Ma=0.65，其有效载荷为 3178.00kg。这种无尾飞行器的设计难度极大，获得令人满意（yì）的（de）驾驭（yù）品质（zhì）以及控制和动态稳（wěn）定性非常（cháng）困（kùn）难。如果能够（gòu）克服这些问题，飞（fēi）翼飞行器将具有（yǒu）很多优（yōu）点，例如可以降（jiàng）低寄（jì）生阻力、重量较轻、与有效载荷（hé）、速度、航时和高度相（xiàng）同的 WBT构型相（xiàng）比，其结（jié）构更加简（jiǎn）单（dān）。
对（duì）传感器飞行器来说，这种特定构型同样能（néng）够保证在雷（léi）达孔径（jìng）非常大的情况下获得 360° 的雷达覆盖面。通过（guò）把雷达孔径集成到（dào）蒙（méng）皮（pí）中作为主要的载荷承载结构，可以使（shǐ）大尺寸机翼成为（wéi）天线，从而（ér）也使（shǐ）传感器覆盖面实（shí）现最大化（huà）。机（jī）翼后掠和天线（xiàn）位置（zhì）相结合可以使（shǐ）前后部（bù）的集成结构天线实（shí）现360°角（jiǎo）视场。
2.3 WBT 组（zǔ）合（hé）构（gòu）型传感器飞（fēi）行器（qì）
WBT组合（hé）构型传感器（qì）飞（fēi）行器由（yóu）洛（luò）马公司提出，该机型的（de）最大（dà）设计航时为40h，巡航速度为 Ma = 0.6，有（yǒu）效载荷为（wéi） 2724.00kg。
3 传感（gǎn）器飞行器的设计挑战
设（shè）计传（chuán）感器飞行器（qì）面（miàn）临许多挑战，其中包括在保（bǎo）证获得最小重（chóng）量和阻力（lì）的（de）同时将大尺寸天线阵列集成于机体（tǐ）、使流过后掠翼构型的层流得到延（yán）伸（shēn）、进行多点气动设计优（yōu）化、对（duì）柔性机体引发的气（qì）动弹性机体变形进（jìn）行（háng）控（kòng）制。
传感器（qì）飞行器研（yán）发（fā）计（jì）划（huá）中的飞行器结构性能提升（shēng）技术，其中包括通过自适应结构实现飞（fēi）行中形状改（gǎi）变、采用先进的主动（dòng）气动（dòng）弹性机翼设计原理、后掠翼层流控制、通过主动气流控制或（huò）常规（guī）舵面实现主动（dòng）阵风载（zǎi）荷衰减（jiǎn）。另外（wài），研究（jiū）人员也在考虑通（tōng）过主动气流控制减缓由激波、结合部或其它非气动表面引起的气流分离（lí）。当然，这些技术只是传（chuán）统飞行器设计优（yōu）化技术的补充。
将大尺寸天线和（hé）孔径集成于（yú）机（jī）体是设计人员面临的最（zuì）大挑战之一。传感器飞行器需要（yào）利用这些大尺寸天线提供高增益（yì）和叶簇穿透雷达（dá）能力以及（jí）探测（cè）极端隐蔽目标的关键传感器模式（shì）。这种（zhǒng）大孔（kǒng）径与结构的集成对于降低飞行（háng）器空载重量至（zhì）关重（chóng）要。传统天线与结构载荷相互隔离（lí），而（ér）传感器飞（fēi）行器的天线必须承受（shòu）载荷，所以设计（jì）者必须使（shǐ）天线（xiàn）的每个构成部件（jiàn），或者说天（tiān）线的每一层都尽可（kě）能像结构一样有效。为（wéi）了达到（dào）相应的质（zhì）量，设计师必须满足（zú）诸（zhū）多结构需求，当涉及到多（duō）种材（cái）料和粘结（jié）层时，这种要求将会面临更大的挑（tiāo）战（zhàn）。
4 JWSC的设计难度和飞行试验计划
以JWSC独特的连（lián）接翼构（gòu）型为（wéi）例，它需要解（jiě）决的主（zhǔ）要问题是将共形叶簇穿透（tòu）雷达天线集成到飞行器的前、后机翼（yì）上，以便（biàn）提供持续的360° 雷达覆（fù）盖面。这（zhè）种能力对于（yú）执行ISR任务非常有利，但同时也需要付出代价。先前对连接（jiē）翼构型飞行器的（de）计算研究表明（míng），由于存在较大偏（piān）转和（hé）非守恒力，有可（kě）能会导致后机翼翘曲，进而会产生严重的几何非线性问题。通过加强机翼有可能消除这种非线性（xìng）特性（xìng），但同时在飞行器（qì）展（zhǎn）弦（xián）比和结构（gòu）重量方面也会遭受很大损（sǔn）失，从而使飞（fēi）行器的性能大（dà）打折扣（kòu）。为避免（miǎn）这种损失，需要进（jìn）行非线性（xìng）气动弹性设计、分（fèn）析和试验，以保证JWSC在执行预定的ISR任（rèn）务时能够承受这（zhè）种非线性响应。因此，AFRL要（yào）求利（lì）用1/9缩比遥（yáo）控飞行器（RPV）进行飞行（háng）试（shì）验，旨（zhǐ）在利用这（zhè）种经济而有（yǒu）效的方式（shì）对相关非线性气动弹性（xìng）响应（yīng）进（jìn）行研究（jiū）并对原有的计算模型进行验证。
JWSC的飞行（háng）试验计划包括两（liǎng）项阶段性计划，分别为（wéi）飞行验（yàn）证计划和气（qì）动弹性响应研究计划（huá）：
飞行验（yàn）证计划涉及几何缩比遥控飞行器（GSRPV）的概念设计，这（zhè）种飞行器具有（yǒu）等（děng）效刚体动力（lì）学特性（也即保（bǎo）持原有的空气动（dòng）力学特性、总（zǒng）体质量和惯性矩，但是不进行气动弹性缩比）。飞行验证计（jì）划的（de）设（shè）计内容包括：确定建造方法、进行飞（fēi）行试（shì）验设备选择（zé）与集成、控制系统调适、制定飞行试验（yàn）计划。飞行（háng）验证（zhèng）计划还涉及建造一些初级模型（xíng）并进行试（shì）飞，以确定飞（fēi）行质量（liàng）和调适需（xū）求（qiú）。
气动弹性响应研究计划涉及建造和研（yán）发实现了气动弹性调适的RPV并且进一（yī）步制定后一阶段的飞行试（shì）验计划。该项工（gōng）作的目的（de）是设计（jì）第二组机翼，以便用于已（yǐ）实现几何缩比的飞行器。该（gāi）项设计（jì）完成后，将对（duì）完成了气动弹调（diào）适的飞（fēi）行器进行飞行试验，以（yǐ）便对试验飞行器（qì）在飞行中的（de）非线性响应进行量化。
JWSC的飞行试（shì）验计划采用循序渐进的方式，并且为（wéi）此（cǐ）研发了一系列飞行器，其复杂程度（dù）和（hé）风险程（chéng）度逐（zhú）渐提高，目（mù）的是解（jiě）决包括临界稳定（dìng）性在内（nèi）的各种设计问题。
5 结（jié）束语
传感器飞行器是未来战场信息（xī）传递的关键平台，连接翼构型是传感器飞行器最有希望的候（hòu）选（xuǎn）构（gòu）型。由于其内在（zài）特（tè）点, 连（lián）接翼构型传感器飞行器的研（yán）制过程（chéng）要求不同学科和技术的相（xiàng）互交（jiāo）叉融合。对连接（jiē）翼（yì）构型传（chuán）感器飞行器设计（jì）起决（jué）定（dìng）作用的技术是多学（xué）科（kē）设计（jì）优化技术、多功（gōng）能复合材料设（shè）计制造技术以及主动气动弹性设计（jì）技术（shù）。（来源（yuán）：海（hǎi）鹰资讯，作（zuò）者：航天三院三部 刘大勇 刘（liú）佳)
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