1 传感器飞行器的概念
传感器飞行器（SensorCraft）概念由美国空军研究实验室（AFRL）提出，旨在为一种未来作战能力开发使能技术。作为一种吸气式飞行器，传感器飞行器被认为是全集成 ISR (情报、监视和侦察)系统的组成部分，该 ISR 系统能将整个空、天、地的 ISR 设施有机地集成到一起，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概念，实现了自动整合，使传感器性能大大提升，从而能够识别各种伪装的、隐蔽的和虚假的目标。此外，这种传感器无人机还能够与天基设施进行多点静态协同，并且能够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感知系统提供信息，按计划将于2015年投入使用。
2 传感器飞行器的构型
传感器飞行器是利用传感器构造的飞行器，而不是在飞行器上搭载传感器。它首次体现了传感器与飞行器的综合一体化设计思想，其设计理念要求突破传统飞行器设计中传感器的附属地位，将传感器性能发挥作为一种总体设计约束增加到系统的方案设计过程之中，真正体现了平台与载荷的无缝融合，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虑高度、航程、航时、有效载荷以及传感器视场等因素，或者说是必须对这些因素进行综合权衡。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。这些公司主要提出了6种传感器飞行器构型概念，大致可以分为3种类型，分别为连接翼构型（joined-wing configuration)、飞翼构型（flying-wingconfguration）和机翼机身尾翼组合构型（WBT,wing-body-tailconfguration）。
2.1 连接翼构型传感器飞行器（JWSC）
连接翼构型传感器飞行器（JWSC）由波音公司提出，该机型的设计航时为 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角较大，所以速度高于另外两种机型。速度较大能带来多种优势，但同时在气动弹性方面也会不可避免地存在气动非线性问题。
JWSC 具有两方面的优势，第一，当所有 4 个机翼上都嵌有传感器孔径时，它能够提供完全无遮拦的 360° 全方位传感器视界角覆盖面；第二，连接翼的拥护者相信，与常规 WBT 构型相比，在相同航时和有效载荷条件下，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。
即便不考虑 JWSC 能够改进空气动力或降低重量，单凭其传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后翼上为气动舵面提供许多可能的位置，使之对嵌在机翼上的传感器影响降到最低。
2.2 飞翼构型传感器飞行器
飞翼构型由格鲁曼公司提出,该机型的设计航时为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和动态稳定性非常困难。如果能够克服这些问题，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、速度、航时和高度相同的 WBT构型相比，其结构更加简单。
对传感器飞行器来说，这种特定构型同样能够保证在雷达孔径非常大的情况下获得 360° 的雷达覆盖面。通过把雷达孔径集成到蒙皮中作为主要的载荷承载结构，可以使大尺寸机翼成为天线，从而也使传感器覆盖面实现最大化。机翼后掠和天线位置相结合可以使前后部的集成结构天线实现360°角视场。
2.3 WBT 组合构型传感器飞行器
WBT组合构型传感器飞行器由洛马公司提出，该机型的最大设计航时为40h，巡航速度为 Ma = 0.6，有效载荷为 2724.00kg。
3 传感器飞行器的设计挑战
设计传感器飞行器面临许多挑战，其中包括在保证获得最小重量和阻力的同时将大尺寸天线阵列集成于机体、使流过后掠翼构型的层流得到延伸、进行多点气动设计优化、对柔性机体引发的气动弹性机体变形进行控制。
传感器飞行器研发计划中的飞行器结构性能提升技术，其中包括通过自适应结构实现飞行中形状改变、采用先进的主动气动弹性机翼设计原理、后掠翼层流控制、通过主动气流控制或常规舵面实现主动阵风载荷衰减。另外，研究人员也在考虑通过主动气流控制减缓由激波、结合部或其它非气动表面引起的气流分离。当然，这些技术只是传统飞行器设计优化技术的补充。
将大尺寸天线和孔径集成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和叶簇穿透雷达能力以及探测极端隐蔽目标的关键传感器模式。这种大孔径与结构的集成对于降低飞行器空载重量至关重要。传统天线与结构载荷相互隔离，而传感器飞行器的天线必须承受载荷，所以设计者必须使天线的每个构成部件，或者说天线的每一层都尽可能像结构一样有效。为了达到相应的质量，设计师必须满足诸多结构需求，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将共形叶簇穿透雷达天线集成到飞行器的前、后机翼上，以便提供持续的360° 雷达覆盖面。这种能力对于执行ISR任务非常有利，但同时也需要付出代价。先前对连接翼构型飞行器的计算研究表明，由于存在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非线性问题。通过加强机翼有可能消除这种非线性特性，但同时在飞行器展弦比和结构重量方面也会遭受很大损失，从而使飞行器的性能大打折扣。为避免这种损失，需要进行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任务时能够承受这种非线性响应。因此，AFRL要求利用1/9缩比遥控飞行器（RPV）进行飞行试验，旨在利用这种经济而有效的方式对相关非线性气动弹性响应进行研究并对原有的计算模型进行验证。
JWSC的飞行试验计划包括两项阶段性计划，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）的概念设计，这种飞行器具有等效刚体动力学特性（也即保持原有的空气动力学特性、总体质量和惯性矩，但是不进行气动弹性缩比）。飞行验证计划的设计内容包括：确定建造方法、进行飞行试验设备选择与集成、控制系统调适、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进行试飞，以确定飞行质量和调适需求。
气动弹性响应研究计划涉及建造和研发实现了气动弹性调适的RPV并且进一步制定后一阶段的飞行试验计划。该项工作的目的是设计第二组机翼，以便用于已实现几何缩比的飞行器。该项设计完成后，将对完成了气动弹调适的飞行器进行飞行试验，以便对试验飞行器在飞行中的非线性响应进行量化。
JWSC的飞行试验计划采用循序渐进的方式，并且为此研发了一系列飞行器，其复杂程度和风险程度逐渐提高，目的是解决包括临界稳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信息传递的关键平台，连接翼构型是传感器飞行器最有希望的候选构型。由于其内在特点, 连接翼构型传感器飞行器的研制过程要求不同学科和技术的相互交叉融合。对连接翼构型传感器飞行器设计起决定作用的技术是多学科设计优化技术、多功能复合材料设计制造技术以及主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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