1 传感器飞行器的概念
传感器飞行器（SensorCraft）概念由美国（guó）空（kōng）军研究（jiū）实验室（AFRL）提出，旨在为一种未来作战能力开发使能技术（shù）。作（zuò）为一（yī）种吸气式飞行器，传（chuán）感器飞行器（qì）被认为是（shì）全集成 ISR (情报（bào）、监视（shì）和侦（zhēn）察)系（xì）统的组成部分（fèn），该 ISR 系统能将整个空、天、地（dì）的 ISR 设（shè）施有机地集成到（dào）一起，参见（jiàn）图（tú）1。这种技术（shù）结构远远超出了交互导引（crosscueing）一类的简单信息融合（hé）概念，实现了自动整合，使（shǐ）传感器性能大大（dà）提（tí）升，从而能够（gòu）识别各种伪装的、隐（yǐn）蔽的和虚假的目标。此外（wài），这种传感器无人机还能够与天基设施进行多点静态协同，并（bìng）且（qiě）能够从地面传感器获（huò）取数据。
传感器（qì）飞行器（qì）本身是一种高空长（zhǎng）航时 ISR 平（píng）台，可为持久性战场态势感知系统提供信（xìn）息，按计划将（jiāng）于2015年投入（rù）使用。
2 传感（gǎn）器飞行器的构型（xíng）
传感器飞行器是利用传感器（qì）构造的飞行器，而不是在飞行器上搭载传感器（qì）。它首次（cì）体现了传感器与（yǔ）飞（fēi）行器的综合一体化设计（jì）思想，其设计理念要求突破传统（tǒng）飞（fēi）行器设（shè）计中传感器（qì）的附属地位，将传感器（qì）性（xìng）能发挥作为一种总（zǒng）体设（shè）计（jì）约束增加到系统的（de）方案（àn）设计过程之中，真正体现（xiàn）了（le）平台与载荷的无缝融合，实现（xiàn）了（le）传感（gǎn）器即是结构（gòu）件的目的。
设计传（chuán）感（gǎn）器飞行器的构型必须考虑高度、航程、航时、有效载（zǎi）荷以及传感器视场等因素，或者说是必须（xū）对这些因素（sù）进行综（zōng）合权衡。参与传感器飞行器研发的公司主要包括波音、格鲁曼和洛马等（děng）。这些公司主要提出了6种传感器飞行器构型概（gài）念，大（dà）致可以分为3种类（lèi）型，分别为（wéi）连接翼构型（joined-wing configuration)、飞（fēi）翼构型（flying-wingconfguration）和机翼（yì）机（jī）身尾（wěi）翼组合构型（xíng）（WBT,wing-body-tailconfguration）。
2.1 连接翼（yì）构型（xíng）传感器飞行器（JWSC）
连接翼构型传（chuán）感器飞行（háng）器（JWSC）由波音公司提出，该机型的设计航时（shí）为 32h，巡航速度为 Ma = 0.8，有效载荷为4176.80kg。由于这种构型的后掠（luě）角较（jiào）大（dà），所以速度高于另外两种机型。速（sù）度较（jiào）大能带来多种优势（shì），但同时（shí）在气动弹（dàn）性方面也会不（bú）可（kě）避免地存在（zài）气（qì）动（dòng）非（fēi）线性问（wèn）题。
JWSC 具（jù）有两方面的优（yōu）势，第一，当所有 4 个机翼上都嵌有传（chuán）感器孔（kǒng）径（jìng）时，它能够提供完全无遮拦的（de） 360° 全方位传感器视界角覆（fù）盖面；第（dì）二，连接翼的拥护（hù）者相信，与常规 WBT 构型相比，在（zài）相同航时和（hé）有效载荷条件（jiàn）下，这（zhè）种概念的构型（xíng）有可（kě）能减少（shǎo） 30% 的（de）机翼结构重量并（bìng）且相应减少 5% 的诱导阻力。
即便不考虑 JWSC 能（néng）够改进（jìn）空气（qì）动力或降低重量，单（dān）凭其传感器视（shì）场性（xìng）能（néng）就已经具有足够（gòu）的说服（fú）力。另（lìng）外，连接翼构型还（hái）可以在前翼（yì）和（hé）后翼上为气（qì）动舵面提供许多可（kě）能的位置，使之对（duì）嵌在机翼上的（de）传感器影响降到最（zuì）低。
2.2 飞（fēi）翼构型传感器飞行器（qì）
飞翼构（gòu）型由格鲁曼公司提出,该机（jī）型的设计航时（shí）为50h，巡航（háng）速度为Ma=0.65，其有效（xiào）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（kòng）制和动态稳定性非（fēi）常（cháng）困难。如果（guǒ）能够克服这（zhè）些问（wèn）题，飞翼飞行器将具有很多优点，例如可以（yǐ）降低寄生阻力、重量较轻、与（yǔ）有效载荷、速（sù）度、航时和高度（dù）相同（tóng）的 WBT构型相比，其结（jié）构更加简单。
对传感器飞行器来说，这种特定（dìng）构型同样（yàng）能够保（bǎo）证在雷达孔径非常大的情况下（xià）获得 360° 的雷达覆盖面。通过把雷达孔（kǒng）径集成到蒙（méng）皮中作（zuò）为（wéi）主要的载荷承载结构，可（kě）以使大尺寸机翼成为天线（xiàn），从而也使传感（gǎn）器覆盖面实现最大化。机翼后掠和天线位置（zhì）相结合可以使（shǐ）前后部的集成（chéng）结构天线实（shí）现360°角视场（chǎng）。
2.3 WBT 组合构（gòu）型传感器飞行器
WBT组合构型传感器飞行器由洛马公司提出，该（gāi）机型的最大设计航时（shí）为40h，巡航（háng）速度为 Ma = 0.6，有效载荷为 2724.00kg。
3 传感器飞行器的设（shè）计挑战
设计（jì）传感（gǎn）器飞行器面（miàn）临许多挑（tiāo）战，其中包括在保证获得最小重量和阻力的同时（shí）将大尺寸天线阵列集成于机体、使流（liú）过后掠翼构型的层流得到延伸、进行多点气动设计优化、对柔性机体（tǐ）引发的气（qì）动（dòng）弹性机体变形（xíng）进行控制。
传感器飞行器研发计划中的飞行器结构性能提升技术，其中包括（kuò）通过（guò）自适（shì）应结构实现（xiàn）飞行中形状改变、采用先进的主动气动弹（dàn）性（xìng）机翼设计（jì）原理、后（hòu）掠翼层流控制（zhì）、通过主动气（qì）流控制或常规舵（duò）面实现主动阵风载（zǎi）荷衰减。另（lìng）外，研究（jiū）人（rén）员（yuán）也在考虑通（tōng）过主动气流控制减缓由激（jī）波、结合部或其（qí）它非气动表面引起的气（qì）流分（fèn）离。当然，这些（xiē）技术（shù）只是传（chuán）统飞行（háng）器设计优化技术的（de）补充。
将大（dà）尺寸（cùn）天线和孔径集成于（yú）机（jī）体是设计人员面临的最大挑战之一。传感（gǎn）器飞行器需（xū）要利（lì）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探测极端（duān）隐蔽目标的（de）关键（jiàn）传感器模式（shì）。这种大孔径（jìng）与结构的集成对（duì）于降低（dī）飞行器空载重（chóng）量至关重（chóng）要。传统天线与结构载荷（hé）相（xiàng）互隔（gé）离，而传感器飞行器（qì）的天线必须承受（shòu）载荷，所（suǒ）以设计者必须使天（tiān）线（xiàn）的每个（gè）构成（chéng）部件，或者（zhě）说天线的每（měi）一层（céng）都尽可能（néng）像结构（gòu）一（yī）样有效。为了达到相（xiàng）应（yīng）的质量，设计师必须满足（zú）诸（zhū）多结构需求，当涉及到（dào）多种材料和粘结层时，这种要求将（jiāng）会（huì）面（miàn）临更大的挑战。
4 JWSC的（de）设（shè）计难度和飞行（háng）试验计（jì）划
以JWSC独（dú）特的（de）连（lián）接翼构型为（wéi）例，它需要解决的主（zhǔ）要（yào）问题是（shì）将共形叶（yè）簇穿透雷达天线（xiàn）集成到飞行器的前（qián）、后机翼上（shàng），以便提供持续的360° 雷达覆盖面。这（zhè）种（zhǒng）能力（lì）对于执行（háng）ISR任务非（fēi）常（cháng）有利，但同时也需要付出代价。先前对连接翼（yì）构（gòu）型（xíng）飞行（háng）器的计算研（yán）究表明（míng），由于存在较大偏（piān）转和非守恒（héng）力，有可能（néng）会（huì）导致（zhì）后机翼翘（qiào）曲，进而会产生严重的几何非线性（xìng）问题。通过（guò）加强（qiáng）机翼（yì）有（yǒu）可能（néng）消除（chú）这种非线性（xìng）特性，但同时（shí）在飞行器展（zhǎn）弦比和（hé）结构重量方面也会遭受很（hěn）大（dà）损失，从（cóng）而使飞行器的性能大（dà）打折扣。为避免（miǎn）这（zhè）种损失，需（xū）要进（jìn）行（háng）非线性气动弹性设计、分析和试验，以保证JWSC在执行预定的ISR任务时能够（gòu）承受这种非（fēi）线性响应。因此，AFRL要求利用1/9缩（suō）比遥控飞行器（RPV）进行飞行试验，旨（zhǐ）在利用这（zhè）种经济而有效的（de）方式（shì）对相关非（fēi）线性气动弹性响应（yīng）进行研究并对原有的计（jì）算模型进行（háng）验证。
JWSC的飞行（háng）试（shì）验计（jì）划包括两项阶段性计划，分别为飞行验证计划和气动弹性（xìng）响应研究计划：
飞（fēi）行验证计（jì）划涉及几（jǐ）何缩比遥控飞行器（GSRPV）的概（gài）念设计（jì），这种飞行器具有等效刚（gāng）体（tǐ）动力（lì）学特（tè）性（也即保持原有的空气动力学特性、总（zǒng）体（tǐ）质量和（hé）惯性矩，但是不进行（háng）气（qì）动（dòng）弹性缩比）。飞行验证计划（huá）的设计内容包括（kuò）：确（què）定建造方法、进（jìn）行（háng）飞行（háng）试验设（shè）备选择与集成（chéng）、控制系统调适、制定飞行（háng）试验（yàn）计划。飞行验证计（jì）划还涉及建造一些（xiē）初级模型并进行试飞（fēi），以确定飞行质量和调（diào）适需求。
气动（dòng）弹性响应研究计划涉及建造和研发实现了（le）气动（dòng）弹性调适的RPV并（bìng）且进一步制定（dìng）后一（yī）阶段的飞（fēi）行（háng）试验计划。该项工作的目（mù）的是设计第二组机翼（yì），以便用（yòng）于已（yǐ）实现几何（hé）缩比的飞行器（qì）。该（gāi）项设计完成后，将（jiāng）对完成了气动弹调适的飞（fēi）行器进行飞（fēi）行（háng）试验（yàn），以便对（duì）试验飞行器在飞行（háng）中的非线性响应（yīng）进行（háng）量（liàng）化。
JWSC的飞行试（shì）验（yàn）计划采用循（xún）序渐进的方（fāng）式，并（bìng）且为（wéi）此研发了一系列飞行器，其（qí）复杂（zá）程度（dù）和风险程度（dù）逐渐提高，目（mù）的是（shì）解决（jué）包括临界（jiè）稳（wěn）定性在内的各种设计问题。
5 结束语
传感器飞行器是未来战场（chǎng）信息传递的关键平台，连接翼构型是传感器飞行（háng）器最有（yǒu）希望的候选构型。由于（yú）其（qí）内在（zài）特点, 连（lián）接翼构型传感器飞行器的研制过（guò）程（chéng）要求不同学科（kē）和技术（shù）的相互交叉融合。对连（lián）接翼构型传感器飞（fēi）行（háng）器设计起决定作用的技术是多学科设计优（yōu）化技术、多功能（néng）复合（hé）材料设计（jì）制造技（jì）术（shù）以及主动（dòng）气动弹性（xìng）设计技术。（来源：海鹰资讯，作者：航（háng）天（tiān）三院三部 刘大（dà）勇 刘佳)
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