1 传感器（qì）飞行器的概（gài）念
传感器（qì）飞行器（SensorCraft）概念由美国空军研究实验室（AFRL）提出，旨在为（wéi）一种未来作战能力开（kāi）发（fā）使（shǐ）能（néng）技术（shù）。作为一（yī）种吸气式飞（fēi）行器，传感器飞行（háng）器（qì）被认为是（shì）全集成 ISR (情报（bào）、监视和侦（zhēn）察)系统的组成部分，该 ISR 系统能将整个空（kōng）、天、地（dì）的（de） ISR 设施有机地集成到一（yī）起，参见图1。这种（zhǒng）技术结构远远超（chāo）出了交（jiāo）互导（dǎo）引（crosscueing）一类的简单（dān）信息融合概念，实现了（le）自（zì）动整合，使传感器性能（néng）大大（dà）提升，从而能够识别各种伪（wěi）装（zhuāng）的、隐蔽的和（hé）虚假（jiǎ）的目标。此外，这种传感（gǎn）器无（wú）人机还能够与天基设施（shī）进行多点静态协同，并且能够（gòu）从（cóng）地面（miàn）传（chuán）感（gǎn）器获（huò）取数据。
传感（gǎn）器（qì）飞行器本身是一种高空长航时 ISR 平台，可（kě）为持久（jiǔ）性战场态势（shì）感知系统提供信（xìn）息（xī），按计（jì）划将（jiāng）于2015年投入使用。
2 传感（gǎn）器飞行器的构型
传感器飞行（háng）器是（shì）利用传感（gǎn）器构造的飞行器（qì），而不是在飞行器上搭（dā）载传感器。它首（shǒu）次体（tǐ）现了传感器与飞行器（qì）的综合一体（tǐ）化设计思（sī）想，其设计理念要求突（tū）破传统飞行器设计中传感器的（de）附属地（dì）位，将（jiāng）传感（gǎn）器性（xìng）能发挥作为一种总（zǒng）体设计约束增加到系统（tǒng）的方案设计过程之中，真正体现了平（píng）台（tái）与载荷（hé）的无缝融合（hé），实现了传感器即是结构件的目的。
设计传感器飞行器的构型必须考（kǎo）虑（lǜ）高（gāo）度、航程、航时、有效载（zǎi）荷以及传感器视场等因素，或者说是必须对这些因（yīn）素（sù）进行综合权衡。参与传感器飞行器（qì）研发的公司主要包括波音、格（gé）鲁（lǔ）曼和洛马等。这些公司（sī）主要提出了6种传感器飞行器构型概念，大致可以分为3种（zhǒng）类型，分别为连接翼构型（joined-wing configuration)、飞（fēi）翼构（gòu）型（flying-wingconfguration）和机翼机身尾翼组（zǔ）合构型（xíng）（WBT,wing-body-tailconfguration）。
2.1 连（lián）接翼构型传感器飞行器（JWSC）
连接翼构型传（chuán）感器（qì）飞行器（qì）（JWSC）由（yóu）波音公（gōng）司（sī）提出（chū），该机型（xíng）的设计航时（shí）为 32h，巡航（háng）速度为 Ma = 0.8，有（yǒu）效载（zǎi）荷为4176.80kg。由于（yú）这种构型的后（hòu）掠角较（jiào）大，所以速度高于另（lìng）外（wài）两种机型。速度较大能带来（lái）多种（zhǒng）优势，但同时在气动弹性方面也会不可避免地存在（zài）气（qì）动（dòng）非（fēi）线（xiàn）性问题。
JWSC 具（jù）有两方面的优（yōu）势，第（dì）一，当（dāng）所有 4 个机翼（yì）上都嵌有传感（gǎn）器孔径时，它能够提供完全无遮（zhē）拦的（de） 360° 全方位传感器（qì）视界（jiè）角（jiǎo）覆盖面；第二，连接翼的拥护者（zhě）相信（xìn），与常规 WBT 构型（xíng）相（xiàng）比，在相同航（háng）时（shí）和（hé）有效载（zǎi）荷条件下，这种概念的构型有可（kě）能减少 30% 的（de）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 能够改进空气动力或降低重量（liàng），单凭其传（chuán）感器视场（chǎng）性能就已（yǐ）经具有足够的说（shuō）服（fú）力（lì）。另外，连接翼（yì）构型还可以在前翼和后（hòu）翼上为气动舵面提供许多可（kě）能的位置，使（shǐ）之对嵌在机（jī）翼上的（de）传感器影响降（jiàng）到最低。
2.2 飞翼构型（xíng）传感器飞行器
飞翼构型由格鲁曼公（gōng）司提出,该机型的设计航时为50h，巡航速度为Ma=0.65，其（qí）有（yǒu）效载荷（hé）为 3178.00kg。这种无尾飞行（háng）器的设计难度极（jí）大，获（huò）得令人（rén）满意的驾驭品（pǐn）质以及控制和动态稳（wěn）定性非（fēi）常（cháng）困难。如果能（néng）够克服这些问题，飞翼飞行器将具有很多优点，例如可以降低寄生阻力、重量较轻、与有效载荷、速（sù）度（dù）、航（háng）时和高度相同的 WBT构（gòu）型相比，其结构更加简单。
对传感（gǎn）器飞行器来说，这种特定（dìng）构型同样能够保（bǎo）证在雷达孔径非常大的情况下获得（dé） 360° 的（de）雷达覆盖面。通（tōng）过（guò）把雷达孔（kǒng）径集成（chéng）到蒙皮中作为（wéi）主要的载荷承载结构，可以（yǐ）使（shǐ）大尺（chǐ）寸机翼成为天线，从（cóng）而（ér）也使传感器覆盖面（miàn）实现最大化。机翼后掠和天线位置相结合（hé）可以使前（qián）后部的集成结构（gòu）天线实现360°角视（shì）场。
2.3 WBT 组（zǔ）合构型传（chuán）感器飞行器
WBT组（zǔ）合构（gòu）型传感器飞行器由洛马（mǎ）公司提出，该机型（xíng）的最（zuì）大设计航时（shí）为（wéi）40h，巡航速度为 Ma = 0.6，有（yǒu）效（xiào）载荷为 2724.00kg。
3 传感（gǎn）器飞行器的设（shè）计（jì）挑战
设计传感器飞行器面（miàn）临许多挑战，其中包括在保证（zhèng）获得最小重（chóng）量和阻力的同（tóng）时将（jiāng）大尺寸天线阵列集成（chéng）于机体、使（shǐ）流（liú）过后掠翼（yì）构型的层流得到延伸、进（jìn）行（háng）多点气动设计优（yōu）化、对柔性机体引发的（de）气动弹性（xìng）机（jī）体变形进（jìn）行控制。
传感器飞行器（qì）研发计划中的（de）飞行器结构性（xìng）能提升（shēng）技术，其中包括通过自适应结（jié）构实现飞（fēi）行中形状改变、采用先进的主动气（qì）动弹性机翼设计原理、后掠（luě）翼层流控（kòng）制、通过（guò）主动（dòng）气流（liú）控制或常规舵面实现主动（dòng）阵风（fēng）载荷衰（shuāi）减。另外，研究人员也在考虑（lǜ）通过主动气流控（kòng）制（zhì）减缓由激（jī）波、结合（hé）部或其它非气动表（biǎo）面引起的气流分离。当（dāng）然，这些技术只是（shì）传统飞行器设计优化技（jì）术的补充。
将大尺寸天（tiān）线和孔径（jìng）集成（chéng）于机体是设计人员面临的最大挑战之一。传感器飞行器需要利用这些大尺寸天线提供高增益（yì）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（gǎn）器模式（shì）。这种（zhǒng）大孔径与结构（gòu）的集成（chéng）对于（yú）降低（dī）飞行器空（kōng）载（zǎi）重量至关重要。传统天线（xiàn）与结构（gòu）载荷相互隔离，而（ér）传（chuán）感（gǎn）器（qì）飞行器的天线必须承受载荷，所（suǒ）以设（shè）计者必须（xū）使天线的每个构（gòu）成部件（jiàn），或者说（shuō）天线的每一层都尽（jìn）可能像结（jié）构一样（yàng）有效。为（wéi）了达（dá）到相应的质量，设计师必（bì）须满足诸（zhū）多结构（gòu）需求（qiú），当涉及到多（duō）种材料（liào）和（hé）粘结层时，这种要求将会面（miàn）临更大的挑战。
4 JWSC的设计难度和飞（fēi）行试验计划
以JWSC独特的连接翼（yì）构型为例，它（tā）需要解决的主要问题（tí）是将（jiāng）共形叶簇穿透（tòu）雷达天线集（jí）成到飞行器（qì）的前、后机翼（yì）上，以便提供持续的360° 雷达覆盖面。这种（zhǒng）能力对于执（zhí）行ISR任务非常有利，但同时也需要付（fù）出代价。先前对连接翼（yì）构（gòu）型（xíng）飞行器的计算研究表明，由于存在较大偏转和非守（shǒu）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（tí）。通（tōng）过加强机翼有可能（néng）消除这种非线性特性，但同时在飞行器展（zhǎn）弦比和结构重量方面（miàn）也会遭受很大损失，从而使飞行器的性能（néng）大打（dǎ）折扣。为避免（miǎn）这种损失（shī），需要进行非线性气动弹性（xìng）设计（jì）、分（fèn）析和试验，以（yǐ）保证（zhèng）JWSC在（zài）执行预定的（de）ISR任务时能够承（chéng）受这种非线性响（xiǎng）应。因此（cǐ），AFRL要（yào）求利用1/9缩比遥控飞行器（RPV）进行飞行（háng）试验，旨在利用这种经济而有效的（de）方式对相（xiàng）关非线性（xìng）气动（dòng）弹性响应进行研究并对原（yuán）有（yǒu）的计算模型进（jìn）行验证。
JWSC的飞行试验计划包（bāo）括两（liǎng）项阶段（duàn）性计划，分别为（wéi）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）的概念设计，这种飞行器具有等效刚体（tǐ）动力学（xué）特性（也即（jí）保持原有的空气动力（lì）学特性（xìng）、总体质量和（hé）惯性矩，但是不（bú）进（jìn）行气动弹性缩比（bǐ））。飞行（háng）验证计划的设计内容包括（kuò）：确定建（jiàn）造方法、进行（háng）飞行试验（yàn）设（shè）备选（xuǎn）择与集成（chéng）、控制（zhì）系统调适（shì）、制定飞（fēi）行试验（yàn）计划。飞行验证计划还涉及建造一些初级模型并（bìng）进（jìn）行试飞，以确定飞（fēi）行质量（liàng）和调适（shì）需（xū）求。
气动弹性响应研究计划涉及建造和（hé）研发（fā）实现了气动弹性调适（shì）的RPV并（bìng）且进一步制定后（hòu）一阶段的飞行试验计划。该项工作的目的（de）是设计第二组机（jī）翼，以便用（yòng）于已实现几何缩比的（de）飞（fēi）行器。该项设计完成（chéng）后，将对完成了（le）气（qì）动（dòng）弹调适的飞（fēi）行器进行飞行试验，以便对试验飞行器在飞行中的非线性响应（yīng）进行（háng）量化。
JWSC的飞行试验计划采用循（xún）序渐进的方（fāng）式，并且为此研发了一系列飞行（háng）器，其复杂程度和（hé）风（fēng）险程度逐（zhú）渐提高，目的是（shì）解决包括临（lín）界（jiè）稳定性在内的各种设计问题。
5 结束（shù）语
传感器飞行器（qì）是未来战场信息传（chuán）递的关键平（píng）台，连（lián）接翼构（gòu）型是传感（gǎn）器飞行器最有希望的候选构型（xíng）。由于（yú）其内在特点, 连接翼构型传感器飞行器（qì）的研制过程要（yào）求不同学科和技术的相互交叉融合。对（duì）连接翼构型传感器飞行器设计起（qǐ）决（jué）定作用（yòng）的技术是多（duō）学科设计优化技术、多功能复合材料设计制造技（jì）术以及主动气（qì）动弹性（xìng）设（shè）计技术。（来源（yuán）：海鹰资（zī）讯，作者：航天三院三（sān）部 刘大勇 刘（liú）佳)
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