1 传感器飞行器的概（gài）念（niàn）
传感器飞行器（SensorCraft）概念由美国空军研（yán）究实（shí）验室（AFRL）提（tí）出，旨在为（wéi）一种未来作战能（néng）力开（kāi）发使能技术（shù）。作（zuò）为一种吸气式（shì）飞行（háng）器，传感（gǎn）器（qì）飞行器被（bèi）认为是（shì）全集成 ISR (情（qíng）报、监视和侦察（chá）)系统（tǒng）的组成（chéng）部分（fèn），该 ISR 系（xì）统（tǒng）能（néng）将整个空（kōng）、天、地的 ISR 设施有机地集（jí）成到一起，参见图1。这种技术结构远远超出了交互导引（crosscueing）一类的简单信息融合（hé）概（gài）念，实现了自动整（zhěng）合，使传感器性能大大提升，从而能够识（shí）别各种伪装的、隐蔽的和虚假的目标（biāo）。此外（wài），这种传感器无人机还（hái）能够与天基设施进行（háng）多点静态协同，并（bìng）且能够从地面传感器获取数据。
传（chuán）感器飞行（háng）器本身是一种高空长航时 ISR 平台，可为持久（jiǔ）性战场态势感（gǎn）知系统（tǒng）提供信息，按计划将于2015年投入使（shǐ）用。
2 传感器飞行器的构型（xíng）
传感器飞行器是利（lì）用传感器构造（zào）的（de）飞行器，而不是在飞（fēi）行器（qì）上（shàng）搭载传感（gǎn）器。它首次体现（xiàn）了传感器与飞行器的综合一体化设计思想，其设计理（lǐ）念要（yào）求突破传统飞（fēi）行器设计中传（chuán）感器的附属地位，将（jiāng）传感器性能发挥作（zuò）为一种总体设计约束增（zēng）加到系统的方案设计过程之（zhī）中（zhōng），真正（zhèng）体现了平台（tái）与载荷的无缝融合（hé），实现了传感器（qì）即是结构件（jiàn）的目的。
设计传感器飞行（háng）器（qì）的构型必须考虑高度（dù）、航程、航时、有（yǒu）效载荷以及传感器视场等因素，或者说是必须对（duì）这些（xiē）因素（sù）进行综（zōng）合权衡。参与传感器飞行器研发的公（gōng）司主要包括波音、格鲁曼和洛马（mǎ）等。这些公司主要提出了6种传感器飞（fēi）行器（qì）构型概念，大（dà）致可（kě）以分（fèn）为（wéi）3种类型，分别为连（lián）接（jiē）翼构型（joined-wing configuration)、飞翼（yì）构（gòu）型（xíng）（flying-wingconfguration）和机翼机身尾翼组合构型（WBT,wing-body-tailconfguration）。
2.1 连接翼构型（xíng）传感（gǎn）器飞行器（JWSC）
连接翼构（gòu）型传感器飞（fēi）行器（qì）（JWSC）由波音公司提（tí）出（chū），该机型的设计航时（shí）为 32h，巡航速度（dù）为 Ma = 0.8，有效载（zǎi）荷（hé）为（wéi）4176.80kg。由于这种构型的（de）后掠角较大，所以速度（dù）高于另外两种机型（xíng）。速度（dù）较大能（néng）带来（lái）多种优势，但同时在气动弹性（xìng）方面（miàn）也会不可避免地存（cún）在气动非（fēi）线性问题。
JWSC 具有两（liǎng）方面的优（yōu）势，第一（yī），当所（suǒ）有 4 个机翼上都嵌有（yǒu）传（chuán）感器孔（kǒng）径时，它（tā）能够提供完全无遮拦的 360° 全方位（wèi）传感器视界角（jiǎo）覆盖面；第二，连接翼的拥护（hù）者相信（xìn），与常（cháng）规 WBT 构型相比，在相同航（háng）时和（hé）有效载荷条件下（xià），这种概（gài）念的构型有可（kě）能减（jiǎn）少 30% 的机翼结构重量并且相应减少 5% 的诱导阻力。
即便不考虑 JWSC 能够改进空气动力或（huò）降低重量，单凭其（qí）传（chuán）感器视场性能就已经具有足够的说服力。另外，连接翼构型还可以在前翼和（hé）后翼（yì）上（shàng）为气（qì）动舵面提供许多（duō）可能的位置，使之对（duì）嵌在机（jī）翼上的（de）传感器影响降到最低。
2.2 飞翼构型传感器（qì）飞（fēi）行（háng）器
飞翼构型由格鲁曼公（gōng）司提出,该机型的设（shè）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）飞行器的设计难度极（jí）大，获得令人满意的驾驭品质以及控制（zhì）和动态稳定性非常困难。如果能够（gòu）克服这些问题，飞（fēi）翼（yì）飞行器（qì）将具有（yǒu）很多优点，例如可以（yǐ）降低寄生阻力（lì）、重量较轻、与有（yǒu）效载荷、速度、航时和高度相同的 WBT构（gòu）型（xíng）相（xiàng）比（bǐ），其结构更加（jiā）简单（dān）。
对传感（gǎn）器（qì）飞行器（qì）来说，这种特（tè）定构（gòu）型同样能够保（bǎo）证在雷达孔径非（fēi）常大的（de）情况（kuàng）下获（huò）得 360° 的（de）雷达覆盖（gài）面。通过把雷（léi）达孔径集成（chéng）到蒙皮中作为主要的载荷承载结构，可以使（shǐ）大（dà）尺寸机翼成为天线（xiàn），从而也使传感器覆盖面实（shí）现最大化。机（jī）翼后掠和天线位置相结（jié）合可以（yǐ）使前后部的集成结构天线实现360°角视场。
2.3 WBT 组合构型传（chuán）感器（qì）飞行器
WBT组合构型传感器（qì）飞行器（qì）由洛（luò）马公司提出，该机型的最大设计航时为40h，巡航（háng）速度（dù）为 Ma = 0.6，有（yǒu）效载荷为 2724.00kg。
3 传感（gǎn）器飞行（háng）器的（de）设计挑战
设计（jì）传（chuán）感器（qì）飞行器（qì）面临许多挑战（zhàn），其中包括（kuò）在（zài）保证获得最小（xiǎo）重量和阻力的同时将（jiāng）大尺寸天线阵（zhèn）列集成于机体、使流过后掠翼构型的层流得到延（yán）伸、进行多（duō）点气动设计优化、对柔性机体引发（fā）的气动弹性（xìng）机体变形进行控制（zhì）。
传感器飞行器研发计划中的飞行器结构性（xìng）能提（tí）升技术，其中包（bāo）括通（tōng）过自适（shì）应结构（gòu）实现飞行中形状改变（biàn）、采用先进（jìn）的主动气动弹性机翼设计原理、后掠翼层流控制、通过主动气流（liú）控制（zhì）或常（cháng）规舵（duò）面实现主动阵风载荷衰（shuāi）减。另（lìng）外，研究人员也在（zài）考（kǎo）虑通过主动（dòng）气流控制减缓由激波、结合部或其它非气动表面（miàn）引起的气流分离。当然，这（zhè）些技（jì）术只是传统（tǒng）飞行器（qì）设计优（yōu）化（huà）技术的补充。
将大（dà）尺寸天线（xiàn）和孔（kǒng）径（jìng）集成于机体（tǐ）是设计人员（yuán）面（miàn）临的最大挑战之（zhī）一。传（chuán）感（gǎn）器（qì）飞行器需要利用（yòng）这些（xiē）大尺寸天线提供高增（zēng）益和叶（yè）簇穿透雷达能力以及探测极（jí）端隐蔽目标的关键传（chuán）感器（qì）模式。这种（zhǒng）大孔径与结构的集成对于（yú）降低飞行（háng）器空（kōng）载重量至（zhì）关重要。传统天（tiān）线（xiàn）与结构载荷相互隔（gé）离（lí），而传感器飞（fēi）行器的（de）天线必须承受载荷，所（suǒ）以设计者必须使（shǐ）天线的每个构成部件（jiàn），或者（zhě）说天（tiān）线的每一层（céng）都尽可能像结构一样有效。为（wéi）了达到相（xiàng）应的（de）质量，设计师必（bì）须（xū）满足（zú）诸多结构需求，当涉及到多种材料和粘结层时，这种要求将会面临（lín）更大的挑战。
4 JWSC的设计难度和飞行试验计划
以JWSC独特的连接翼构型为例，它需要解决的主要问题是（shì）将（jiāng）共形叶簇穿（chuān）透（tòu）雷（léi）达天线集成到飞（fēi）行器（qì）的前（qián）、后机翼上，以便提供持续的360° 雷达覆盖面。这（zhè）种能力对于（yú）执（zhí）行ISR任（rèn）务非常有利，但同时也需要付出代价。先前对连接翼构型飞行（háng）器（qì）的计算研究表明，由于存在较大偏转（zhuǎn）和非守恒力（lì），有可能会导致（zhì）后（hòu）机翼翘曲，进（jìn）而会产生严重的几何非（fēi）线性问题。通过加强机（jī）翼有可能消除这种非（fēi）线性特（tè）性，但（dàn）同时在（zài）飞行器（qì）展弦比和结构重量（liàng）方面也会遭受很大损失，从而使（shǐ）飞行器（qì）的性能大打折扣。为避免这种损失，需要进行（háng）非线性气动（dòng）弹性设（shè）计、分（fèn）析和（hé）试验，以（yǐ）保证JWSC在执行预定的ISR任（rèn）务（wù）时（shí）能够承（chéng）受这种非线性响（xiǎng）应。因此，AFRL要求利用1/9缩比遥控飞行器（RPV）进行飞（fēi）行试（shì）验（yàn），旨在利用（yòng）这种经济而有效的方式对相关非（fēi）线（xiàn）性气动弹性（xìng）响应进行研究并对（duì）原有的计算（suàn）模（mó）型进行验证。
JWSC的飞（fēi）行试验计（jì）划（huá）包括两项阶段性计划（huá），分别为飞行验证计划和气（qì）动弹（dàn）性响（xiǎng）应研究（jiū）计划：
飞行验（yàn）证计划涉（shè）及几（jǐ）何缩比遥（yáo）控飞行器（GSRPV）的概念设计，这种飞（fēi）行器具有（yǒu）等效刚体动力学特性（也即保持原有的空气（qì）动力学特性、总体质量和惯性（xìng）矩（jǔ），但是不进（jìn）行气动弹性（xìng）缩比）。飞行（háng）验证计（jì）划的设计（jì）内（nèi）容包括：确定建造方法、进行飞行试验设备选择与集成、控（kòng）制系统调适、制（zhì）定飞行试验计（jì）划。飞行验证计划还涉及建造一些初级模（mó）型并进（jìn）行（háng）试飞，以确（què）定飞（fēi）行质量和（hé）调适（shì）需求。
气动弹性响应（yīng）研究计划（huá）涉及建造（zào）和研发实现（xiàn）了气动弹性调适的RPV并且进一步制定后一阶段的飞行试验计划。该（gāi）项工作的目的是设计第二组机翼，以便（biàn）用（yòng）于（yú）已（yǐ）实现几何缩比的飞行器。该项设计完成后，将对完（wán）成了（le）气动（dòng）弹调适的飞行器进行飞（fēi）行试验，以便（biàn）对试验飞行器在（zài）飞行中的（de）非线性响应（yīng）进行量化。
JWSC的飞行试验计划（huá）采用循序渐（jiàn）进（jìn）的方（fāng）式，并且为此（cǐ）研发了一系列飞行器，其复（fù）杂程度和风险（xiǎn）程度逐渐提高，目的是（shì）解决包括临界（jiè）稳（wěn）定性（xìng）在内（nèi）的（de）各（gè）种设（shè）计（jì）问（wèn）题。
5 结束语
传感器飞行（háng）器是未来战场信（xìn）息传递（dì）的关键平台，连接翼（yì）构型是传感器飞（fēi）行器最有希望的候选构型。由于其内在（zài）特点（diǎn）, 连接翼构型传感器飞行器的研制过程要求不同学（xué）科和技（jì）术的相互交叉融合。对（duì）连接翼构型（xíng）传感器飞（fēi）行器设计起（qǐ）决定作用的技术是多学科设（shè）计优化技术、多功能复合材料设计制造技术以及（jí）主动气动弹性设计技术。（来源：海鹰资讯，作者（zhě）：航天三（sān）院三部 刘大（dà）勇 刘（liú）佳)
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