1 传感器（qì）飞行器的概念
传感器飞行器（SensorCraft）概念由美国空军研究实验室（AFRL）提出，旨在为一（yī）种未来作战能力开发使（shǐ）能技术。作为一种吸气式（shì）飞行（háng）器，传感器飞（fēi）行（háng）器被认为是全集成 ISR (情报（bào）、监视和侦（zhēn）察（chá）)系统的组成部分，该 ISR 系统能将（jiāng）整个空、天、地的 ISR 设（shè）施有机地集成（chéng）到一起，参见图1。这种技术结构远远超出（chū）了交互导引（crosscueing）一（yī）类（lèi）的简单信息融合概念，实现（xiàn）了自动整合，使传感器性能大大提（tí）升（shēng），从而能够识别各种伪装（zhuāng）的、隐蔽的和虚假的目（mù）标。此外，这种传感（gǎn）器无人机还能够与天基设（shè）施进行多点静态（tài）协同，并且（qiě）能（néng）够（gòu）从地面传感器获取数据。
传感器飞行器本身是一种高空长航时 ISR 平台，可为持久性战场态势（shì）感知系统提供信息，按（àn）计（jì）划将于2015年投入使用。
2 传感器飞行器的构（gòu）型
传感器飞行器是利用传感（gǎn）器（qì）构造（zào）的飞（fēi）行器，而不是在飞行（háng）器上搭载传（chuán）感器。它首次（cì）体现了传感器与飞行器的综合一体化设计思想（xiǎng），其设计理念要求突破传（chuán）统飞行器设计中（zhōng）传感（gǎn）器的附属地位，将传感器性能发挥作为一种总体（tǐ）设（shè）计约束增（zēng）加（jiā）到系统的方案设计过程之中，真正体现（xiàn）了平台与（yǔ）载荷的无缝融合，实现了传感器即（jí）是结构（gòu）件的目（mù）的。
设计传感（gǎn）器（qì）飞行器的构（gòu）型必须考虑高度、航程、航时、有效载荷以及（jí）传感器视场（chǎng）等因（yīn）素，或（huò）者（zhě）说（shuō）是必须对这些因素（sù）进行综合权衡。参与传感器飞（fēi）行器研发的（de）公司主要包括波（bō）音（yīn）、格鲁曼和（hé）洛马等。这（zhè）些公司主要提（tí）出了6种传感（gǎn）器飞（fēi）行（háng）器构型概念（niàn），大（dà）致可以分为3种（zhǒng）类型，分别为连接翼构型（joined-wing configuration)、飞翼构型（flying-wingconfguration）和（hé）机翼机（jī）身尾翼组合构型（WBT,wing-body-tailconfguration）。
2.1 连接翼构型传感器飞行器（qì）（JWSC）
连接翼构型传感器飞（fēi）行器（JWSC）由波音（yīn）公司提出，该机型的设计（jì）航（háng）时（shí）为 32h，巡航速度为 Ma = 0.8，有效载（zǎi）荷为4176.80kg。由于这种构（gòu）型的后掠（luě）角较大（dà），所以速度高于另外两种机型。速（sù）度较大能带来多种优势，但同时在气动弹（dàn）性（xìng）方面也（yě）会不可避免地存在气动非（fēi）线（xiàn）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（gǎn）器孔径时，它能够提供完（wán）全无遮拦的 360° 全方位传感器视界角覆盖面；第（dì）二（èr），连接翼的拥护者相（xiàng）信（xìn），与常规 WBT 构（gòu）型相比，在相同航（háng）时（shí）和（hé）有效载（zǎi）荷（hé）条件下，这种概念的构型有可能减少 30% 的机翼结构重量并且相应减少 5% 的诱导阻力。
即便不（bú）考虑 JWSC 能（néng）够（gòu）改进空气动力或降低重量，单凭其传（chuán）感器视场性（xìng）能就已经（jīng）具有足够的说（shuō）服力。另（lìng）外，连接翼构型还可以（yǐ）在前（qián）翼和后翼上为（wéi）气（qì）动舵面提（tí）供（gòng）许多可能的（de）位置，使之对（duì）嵌在机翼上（shàng）的传感器影响降到最低。
2.2 飞翼构型传（chuán）感器飞（fēi）行器（qì）
飞翼（yì）构型（xíng）由格（gé）鲁曼公司提出,该机（jī）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，获得令人满意的驾驭品质以及控制（zhì）和动态稳定（dìng）性非（fēi）常困难。如果（guǒ）能够克服（fú）这些（xiē）问题，飞（fēi）翼飞行（háng）器将具（jù）有很多优点，例（lì）如可（kě）以降低寄生阻力、重量较轻（qīng）、与有效载荷、速（sù）度、航时和高（gāo）度相同的 WBT构型相比，其结构更加简单。
对（duì）传感器飞行器来说，这（zhè）种特定构型同样能够保证在雷达孔径（jìng）非常大的情（qíng）况下获得（dé） 360° 的雷达覆（fù）盖面。通过把雷达孔径集成到蒙皮中作为主要的载荷（hé）承载结构，可以使大（dà）尺寸机（jī）翼成为天线，从而也使传感器覆盖面实现最大化（huà）。机翼后掠和天线位置相结（jié）合可（kě）以使前（qián）后部的集成结构天线实现360°角视场。
2.3 WBT 组合构（gòu）型传（chuán）感器飞行器
WBT组合构型传感器（qì）飞行器由洛马公司（sī）提出，该（gāi）机型的（de）最大设计航时（shí）为40h，巡航速度（dù）为 Ma = 0.6，有效载荷为（wéi） 2724.00kg。
3 传感器飞行器的设（shè）计挑战
设计传感器飞（fēi）行（háng）器面临许多挑（tiāo）战，其中包（bāo）括在保证获得最小重量和阻力的同（tóng）时将大尺寸天线阵列集成于（yú）机（jī）体、使流过后掠翼（yì）构（gòu）型的层流得到延伸、进行多点气动设计优化、对柔性机体引（yǐn）发的气动弹（dàn）性机体（tǐ）变形进行控制。
传感器飞行器研发计划中（zhōng）的飞行（háng）器结构性能提升技术，其中（zhōng）包括通过自适应结构（gòu）实现飞行（háng）中形状改变、采用先进的主动气动（dòng）弹性机（jī）翼设计（jì）原理、后掠翼层流（liú）控制（zhì）、通过主动气流（liú）控制或（huò）常（cháng）规舵面实现主动（dòng）阵风（fēng）载荷衰减。另（lìng）外，研究人员也在考虑通过主动气流控制减缓由激波、结（jié）合部或其它非气动（dòng）表面（miàn）引起的（de）气流分离。当然，这些（xiē）技（jì）术只是传统飞行器设计优（yōu）化技术的补充（chōng）。
将（jiāng）大尺寸天线和孔径集成于机（jī）体是设计人员面临的最大挑战之一。传感器飞（fēi）行器（qì）需要利用这些大尺寸天线提供高（gāo）增益和叶簇穿透雷达能力以及（jí）探测极端隐蔽目标的关键传感器模式。这（zhè）种大孔径与（yǔ）结构的集成对（duì）于降低（dī）飞（fēi）行器（qì）空载重量至关重要（yào）。传统天线与结构载荷相（xiàng）互隔离，而传感器飞行（háng）器的天线必须承受载荷（hé），所（suǒ）以（yǐ）设计者必须使天线的（de）每（měi）个（gè）构成部件，或者（zhě）说天线的每一（yī）层都尽（jìn）可（kě）能像结构一样有效。为了达到相（xiàng）应（yīng）的质量，设计师必须满（mǎn）足诸多结（jié）构（gòu）需求，当涉及到多种（zhǒng）材料和（hé）粘结层（céng）时，这种要求（qiú）将会面临（lín）更大的（de）挑战（zhàn）。
4 JWSC的设计难度和（hé）飞（fēi）行试验计划
以（yǐ）JWSC独特的连接翼（yì）构型为例，它（tā）需要解决的主要（yào）问题是将（jiāng）共形叶簇（cù）穿透雷达天线集成到飞行器的前（qián）、后（hòu）机翼上，以便（biàn）提供（gòng）持续的360° 雷达覆盖面（miàn）。这种能力对于执（zhí）行ISR任务（wù）非（fēi）常有利，但同（tóng）时也需要（yào）付出代价。先前对连（lián）接翼构型飞行器的计算研究（jiū）表明，由于存在（zài）较大偏转和非守恒力，有可能会导致后机翼翘曲，进而会产生严重的几何（hé）非线性问题。通过加强机翼有可（kě）能消除（chú）这种非线性特性，但同时在（zài）飞行器展（zhǎn）弦比和结（jié）构重量方面也会（huì）遭受很大损失，从（cóng）而使飞（fēi）行器的性能（néng）大（dà）打折扣。为（wéi）避免这种损失，需要进行（háng）非线性气动（dòng）弹（dàn）性设（shè）计（jì）、分析和试（shì）验，以保证（zhèng）JWSC在执行（háng）预定的ISR任务时能够承受这（zhè）种非线性（xìng）响应。因此，AFRL要（yào）求利用1/9缩比遥控（kòng）飞行器（qì）（RPV）进行（háng）飞行试验，旨在利用这种经济而有效的方式（shì）对相关非线性气动弹性（xìng）响（xiǎng）应进行（háng）研究并对原有的计算模型进行验（yàn）证。
JWSC的飞行试验（yàn）计划包（bāo）括两项阶段性计划（huá），分别（bié）为飞行（háng）验证计划（huá）和（hé）气动弹性响应研究计（jì）划（huá）：
飞行验（yàn）证计划涉及几何缩（suō）比遥控飞行器（GSRPV）的概念设计，这（zhè）种飞行（háng）器（qì）具（jù）有等（děng）效刚体动力学特性（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（qì）动弹性缩比（bǐ））。飞行（háng）验证计（jì）划的设计内容包括（kuò）：确定建造（zào）方法、进行飞行试（shì）验设（shè）备（bèi）选择与（yǔ）集成、控制系统调适、制定飞行（háng）试验计划。飞行验证计划还涉及建造（zào）一些初级模型（xíng）并进行试飞，以确定飞行质量和调适需求。
气（qì）动（dòng）弹性（xìng）响应研究计划涉及建造和研（yán）发实现了气动弹性调适的（de）RPV并（bìng）且进一步制定（dìng）后一阶段的飞行（háng）试验计划（huá）。该项工（gōng）作的（de）目（mù）的是（shì）设计（jì）第（dì）二组机翼（yì），以（yǐ）便用于已实（shí）现几何缩比（bǐ）的飞行器。该项设计完成后，将对完成了气动弹调适（shì）的飞行器进行飞行试验，以便对试验飞行器在飞行中（zhōng）的非线性响应进行量化。
JWSC的（de）飞行（háng）试验计划采（cǎi）用循（xún）序（xù）渐进的方式，并且为此（cǐ）研发了（le）一系列（liè）飞（fēi）行（háng）器（qì），其（qí）复杂程度和风险程（chéng）度逐渐提（tí）高，目的是（shì）解（jiě）决包括临界稳定（dìng）性在（zài）内的各种设计（jì）问题（tí）。
5 结（jié）束语（yǔ）
传感器飞（fēi）行（háng）器是未来（lái）战场信息（xī）传递（dì）的关键平台，连接翼构型是传感器（qì）飞行器（qì）最（zuì）有（yǒu）希望的（de）候选构（gòu）型。由于其内（nèi）在（zài）特点, 连（lián）接翼构型传感器飞行器的研制（zhì）过（guò）程要求不同（tóng）学科和（hé）技术的相互交叉（chā）融合。对连接翼构型传感器飞（fēi）行器设（shè）计起决定作（zuò）用的技术是多学科（kē）设计优（yōu）化技（jì）术、多功能复合（hé）材料（liào）设计（jì）制造（zào）技术以及主动气动（dòng）弹性设计技术。（来源：海鹰资讯，作者：航天三院三部（bù） 刘大勇 刘（liú）佳（jiā）)
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