1 传感（gǎn）器（qì）飞行器（qì）的概念
传感器飞行器（SensorCraft）概念由美（měi）国空（kōng）军研（yán）究实验室（AFRL）提出，旨在为（wéi）一（yī）种（zhǒng）未来（lái）作战能力开发使能（néng）技术（shù）。作（zuò）为一种吸气式飞行（háng）器，传（chuán）感器飞行器被认为是全集成 ISR (情（qíng）报、监视（shì）和侦察)系统的组成部分，该 ISR 系统能（néng）将整个空、天、地（dì）的 ISR 设施有机地集成到一起，参见图1。这种（zhǒng）技术（shù）结构远远超出了交互（hù）导引（crosscueing）一类的简单信息（xī）融合概念，实（shí）现了自动整合，使传感（gǎn）器性能大大提升，从（cóng）而（ér）能（néng）够（gòu）识别各种伪装的、隐蔽（bì）的和虚假（jiǎ）的目（mù）标。此外，这种（zhǒng）传（chuán）感（gǎn）器无（wú）人（rén）机还能（néng）够与天（tiān）基（jī）设施进行多点静态协同，并且能够从（cóng）地面（miàn）传感（gǎn）器获取（qǔ）数据。
传（chuán）感器飞行器本身是一（yī）种高空长航时 ISR 平台，可为持久性战场态势感知系统提供信（xìn）息，按计划将于2015年投入使用。
2 传（chuán）感器飞行器（qì）的构型
传感器飞行器是利用（yòng）传感器构造的飞行器，而不是在飞（fēi）行（háng）器上搭载传感器。它（tā）首次体现了传感器与飞行器（qì）的（de）综合一体（tǐ）化设计思想，其（qí）设计理念要求突破传统飞（fēi）行器设计（jì）中传感器的附属地位，将传感（gǎn）器性（xìng）能发挥作（zuò）为（wéi）一种总体设计约束增加到系（xì）统的方案设计（jì）过（guò）程之中，真正体（tǐ）现了平台与载荷（hé）的无缝融（róng）合，实现了传感（gǎn）器即是结（jié）构件（jiàn）的目的。
设计（jì）传（chuán）感器飞行（háng）器的构型必须考虑高度、航程、航时、有效（xiào）载荷以及传感器视场等因素，或者说（shuō）是必须对这（zhè）些因素进行综合（hé）权（quán）衡。参与传感（gǎn）器飞行器研发（fā）的公司主要包括波音、格鲁曼和洛马等。这些公司主要提出了（le）6种传感器飞行器构型概念（niàn），大致可以分为3种类型（xíng），分别为连接翼构型（joined-wing configuration)、飞翼（yì）构型（flying-wingconfguration）和机翼（yì）机身（shēn）尾（wěi）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）
连接翼构型传感器（qì）飞行器（JWSC）由波（bō）音（yīn）公司提（tí）出，该机（jī）型的设计航时为（wéi） 32h，巡航速（sù）度为 Ma = 0.8，有效载荷（hé）为4176.80kg。由（yóu）于这种构（gòu）型的后掠角（jiǎo）较大，所以速度高于另外两种机（jī）型。速度较大能带来多种优势，但同时在气动（dòng）弹性方面也会不可避免地存在气动非（fēi）线（xiàn）性问题（tí）。
JWSC 具有两方面的优势，第（dì）一，当所有 4 个机翼上（shàng）都（dōu）嵌（qiàn）有传感器孔径时，它（tā）能够（gòu）提供完（wán）全无（wú）遮拦的 360° 全（quán）方位传感器视（shì）界角（jiǎo）覆盖面；第二，连接翼的拥（yōng）护者相信（xìn），与常规（guī） WBT 构型相比，在相同航时和有效载荷条件下（xià），这种（zhǒng）概（gài）念的构型有可能减少 30% 的（de）机（jī）翼结构重量并且相应（yīng）减少 5% 的诱导阻力（lì）。
即便不考虑 JWSC 能够改进空气动力或降低重量，单（dān）凭其传感（gǎn）器视场性能（néng）就（jiù）已经具有足够的说（shuō）服力。另外，连接翼构型还可以在前翼和后翼上为气动舵面提供许多可能的位置，使之（zhī）对嵌（qiàn）在机翼上的传感（gǎn）器影响降到最（zuì）低。
2.2 飞翼构型（xíng）传感器飞行器
飞翼（yì）构（gòu）型由格鲁曼公（gōng）司提出,该机型的设计（jì）航（háng）时为50h，巡航（háng）速度（dù）为Ma=0.65，其（qí）有效（xiào）载荷为 3178.00kg。这（zhè）种无尾飞行器（qì）的（de）设计难度极大，获（huò）得令人（rén）满意的驾驭品质以及控制和动态稳定性非常困难。如果能够克服这些（xiē）问题，飞翼飞行器将具有很多优点，例如可以（yǐ）降低寄（jì）生（shēng）阻力、重量较轻、与有效载荷、速度、航时和（hé）高度相同的 WBT构型相（xiàng）比，其结构（gòu）更加（jiā）简单。
对传感器（qì）飞（fēi）行器来（lái）说，这（zhè）种特定构（gòu）型同样能够保（bǎo）证（zhèng）在（zài）雷达孔径非（fēi）常大的（de）情况（kuàng）下获得 360° 的雷（léi）达覆盖面。通过把雷达（dá）孔径集成到蒙皮中作为主要的载荷（hé）承载结构，可（kě）以使大尺寸机翼成为天线，从而也使传感器覆盖（gài）面实现最大（dà）化。机翼（yì）后掠和天线位置相（xiàng）结合可（kě）以（yǐ）使前后部的集成结构天线实（shí）现360°角（jiǎo）视（shì）场（chǎng）。
2.3 WBT 组合构型传感（gǎn）器飞（fēi）行（háng）器
WBT组合构型传感器飞行（háng）器由洛（luò）马公（gōng）司提出，该机（jī）型的最大设计航时为40h，巡（xún）航速度（dù）为 Ma = 0.6，有效（xiào）载荷为（wéi） 2724.00kg。
3 传感器飞行器的设计（jì）挑战（zhàn）
设计传（chuán）感器飞行器（qì）面临许多挑战，其中包括在保证获得最小重量（liàng）和（hé）阻力的同时（shí）将大尺寸天线（xiàn）阵列（liè）集成于机体、使流过（guò）后掠翼构型的层流得（dé）到延伸、进行多点气动设计优化、对柔性（xìng）机体引发的气动弹性机体变形进行控制（zhì）。
传感器飞行器（qì）研发计划中的飞行器结构性（xìng）能提（tí）升技术，其中包括通过自（zì）适（shì）应结构实现飞（fēi）行中形状改变、采用先进的（de）主动气动弹性机翼设（shè）计原理、后掠翼层流控（kòng）制、通（tōng）过主动气流控制或常规舵面实现（xiàn）主动（dòng）阵风（fēng）载荷衰减（jiǎn）。另外，研究（jiū）人员也在考虑（lǜ）通过主动气（qì）流控制减（jiǎn）缓由激（jī）波、结合部或其它非气动表面引（yǐn）起的气流分离。当然，这些（xiē）技术只（zhī）是传统飞行器（qì）设计优化技术的补充。
将大尺（chǐ）寸天线（xiàn）和孔径（jìng）集成于机体（tǐ）是设计（jì）人员（yuán）面临的最大（dà）挑战之一。传感器飞行（háng）器需要利（lì）用这些大尺寸天线（xiàn）提供高增（zēng）益和叶（yè）簇穿透雷达能力以及探测极端隐蔽（bì）目标的关键传（chuán）感器模式。这种大孔径与结构（gòu）的集（jí）成对于（yú）降低飞（fēi）行器空载（zǎi）重量至关重要（yào）。传统天线与结构载荷相互隔离，而传感（gǎn）器飞行器的（de）天线必须（xū）承受（shòu）载荷，所以设计者必须使天线（xiàn）的每个构成（chéng）部件，或者说天线的每（měi）一层都尽可能像结构一样（yàng）有效。为了达到相（xiàng）应的质量，设计师必须满足诸多结（jié）构需求，当涉及（jí）到（dào）多种材料和粘结层时，这种要求将会面临更大的挑战。
4 JWSC的设计（jì）难（nán）度和飞行试验计划
以JWSC独特的连接翼构（gòu）型（xíng）为（wéi）例，它需要解决的主要（yào）问题（tí）是将（jiāng）共形叶簇穿透雷达天线集成到飞行器（qì）的前、后（hòu）机翼上，以便（biàn）提供持续的（de）360° 雷达覆（fù）盖面。这种（zhǒng）能力对（duì）于执（zhí）行ISR任务非常有利，但同时（shí）也需要（yào）付出代价。先前（qián）对连接翼构（gòu）型（xíng）飞（fēi）行器（qì）的（de）计算研究表明，由于存在较（jiào）大偏（piān）转（zhuǎn）和非守（shǒu）恒力，有可能会（huì）导（dǎo）致后机翼翘曲，进而会产生（shēng）严重的（de）几何非线性问题。通（tōng）过加强机翼（yì）有可能消除这（zhè）种非线性特性，但同时在飞行器（qì）展弦比和结构（gòu）重量方面也会（huì）遭受（shòu）很大损（sǔn）失，从而使（shǐ）飞行器的（de）性能大打折扣。为避免这（zhè）种损失，需要进行非线性气动弹性设计、分析和试验，以（yǐ）保（bǎo）证JWSC在执（zhí）行预定的ISR任务时能够承受这种非线（xiàn）性响应。因（yīn）此（cǐ），AFRL要求利（lì）用1/9缩比遥控飞行（háng）器（RPV）进行（háng）飞行（háng）试验，旨在利用（yòng）这种经济而有效的方式对相关（guān）非（fēi）线性气动弹性响应进行研（yán）究并（bìng）对原有的计算（suàn）模型进（jìn）行验证（zhèng）。
JWSC的飞行（háng）试验计划包括两项（xiàng）阶段性（xìng）计划，分别为飞行验证计划和气动弹性响应研究计划：
飞行验证计划涉及几何缩比遥控飞行器（GSRPV）的概念设（shè）计，这种飞行器（qì）具有等效刚体动力学特性（也即保（bǎo）持原有的空（kōng）气（qì）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）。飞行验证（zhèng）计（jì）划的设计内容包（bāo）括（kuò）：确定建造方法、进行飞行试验设备选（xuǎn）择与集成（chéng）、控制系统（tǒng）调适（shì）、制定飞行试验计划。飞行验证计划还涉及建造一些初级模型并（bìng）进行试飞，以确定飞行质量和调适需求（qiú）。
气动弹性响应（yīng）研究（jiū）计划涉及建（jiàn）造和研发实现了气（qì）动弹性（xìng）调（diào）适的（de）RPV并（bìng）且进一步制定（dìng）后一（yī）阶（jiē）段的飞行试验（yàn）计（jì）划。该项工（gōng）作的目的是（shì）设计第二组机翼，以便用（yòng）于（yú）已（yǐ）实现几（jǐ）何缩（suō）比的飞行器。该项设计完成后，将对完成了（le）气动弹调适的（de）飞行器（qì）进行飞行（háng）试验，以便对试验飞（fēi）行器（qì）在飞行中的非线性响应进行量化（huà）。
JWSC的飞行试验计（jì）划采用循（xún）序渐进的方式，并且为此研（yán）发了一系（xì）列飞（fēi）行（háng）器，其复（fù）杂程度和风险程度（dù）逐渐（jiàn）提高（gāo），目的是解决包括临界稳定性（xìng）在内（nèi）的各种设计问题。
5 结束（shù）语（yǔ）
传感器飞行器是未来战场信息（xī）传递的（de）关键平台（tái），连接翼构型是传感器飞行器（qì）最有希（xī）望的候选（xuǎn）构型。由（yóu）于（yú）其内在特点, 连接翼构型传感器飞（fēi）行器的研制过程要求不同学科和技术的相互交叉融合。对（duì）连（lián）接翼构型传感器飞行器设计（jì）起决定（dìng）作用的技术是多（duō）学科（kē）设计优化技术、多功（gōng）能复合材料设计制造技术（shù）以及（jí）主（zhǔ）动气动弹性设计技术。（来源：海鹰资讯，作者：航天三院三部 刘大勇 刘佳)
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