研究人員最初將他們的目光放在建造一個雙V形機(jī)翼的傳感器飛機(jī)上在這種飛機(jī)上，傳感器環(huán)繞在整個飛機(jī)的外表面上。但是，近期的發(fā)展允許低波段雷達(dá)元件進(jìn)行360度掃描，這個進(jìn)步為飛行機(jī)翼結(jié)構(gòu)的研究開啟了大門 圖片來源：中國網(wǎng)

   從美國空軍機(jī)庫拖出來的下一代新型飛機(jī)可能是一個功率強(qiáng)大的傳感器。位于俄亥俄州的萊特－派特森空軍基地的美國空軍研究實驗室的科學(xué)家們，已經(jīng)研發(fā)了一些雷達(dá)陣列，這些雷達(dá)陣列能夠做成飛機(jī)蒙皮和結(jié)構(gòu)零件。他們的研究將完全能夠開發(fā)新的雷達(dá)能力和促進(jìn)材料的發(fā)展。這項工作來源于傳感器飛機(jī)項目，這個項目的目標(biāo)是生產(chǎn)出一種能在關(guān)注地區(qū)上空徘徊40到50個小時的高空無人機(jī)（信號雜志，2001年2月，16頁）。當(dāng)這個項目與下個十年內(nèi)生產(chǎn)的飛行器相適合的時候，在特種監(jiān)視與偵察飛行器交付使用之前，現(xiàn)存的飛機(jī)將取得一些發(fā)展。

　　傳感器飛機(jī)的關(guān)鍵在于它的外殼。這種飛行器是一種用先進(jìn)傳感器建造的飛機(jī)而不是裝備先進(jìn)傳感器的飛機(jī)。美國空軍研究實驗室飛行器董事會負(fù)責(zé)傳感器飛機(jī)的領(lǐng)導(dǎo)約翰 波茲奧克解釋說，這個項目的雷達(dá)研究很大程度上集中在兩個領(lǐng)域：低波段天線和高波段天線。最初的飛機(jī)設(shè)計是以接合機(jī)翼結(jié)構(gòu)為特色，這種結(jié)構(gòu)類似兩個字母“V”在末端相連在一起。這種方法有利于將雷達(dá)天線放到飛機(jī)的外面，可以讓雷達(dá)徹底掃描飛機(jī)的外部。 

　　但是，實驗室的科學(xué)家們現(xiàn)在正在探索一種大家都知道的用于低波段雷達(dá)元件實施360度掃描的“Endfire”。波茲奧克解釋說，傳統(tǒng)的平面板雷達(dá)天線發(fā)射的信號與它的表面是垂直的。“Endfire”技術(shù)將發(fā)射雷達(dá)信號與飛機(jī)的外表平行。 

　　雷達(dá)能量能從平面板的四個側(cè)面發(fā)射出去，波茲奧克繼續(xù)說。信號不是連續(xù)的，但是這項技術(shù)能掃描四個側(cè)面。所以，設(shè)計者能用多個“Endfire”元件，建造更大的電子掃描陣列。這種天線將被嵌入到飛機(jī)機(jī)翼的表面中，能量能從機(jī)翼的前面和后面發(fā)射出來。 

　　這種新的能力會使工程師們看到一種完全不同的機(jī)身設(shè)計。飛機(jī)能有一個更加常規(guī)的與B-2機(jī)翼外形相似的后掠機(jī)翼，而不是接合機(jī)翼。 

　　電測試已經(jīng)證實“Endfire”元件在陣列周圍將掃描360度。工程師們已經(jīng)建立了幾種不同應(yīng)用這種技術(shù)的結(jié)構(gòu)，包括“5X5”的正方陣列。另一個正在建設(shè)的陣列將達(dá)到20英尺長，20英尺寬。這種矩陣列與將要形成機(jī)翼的那種天線更加一致，波茲奧克說。這種大型的構(gòu)造將經(jīng)歷電測試來確認(rèn)它的天線性能，經(jīng)歷結(jié)構(gòu)測試來確定它作為機(jī)翼組件的能力。這些由電評估開始的測試將在今年晚些時候開始，波茲奧克指出。 

　　相類似的工作稱為高波段陣列的特征，這種陣列工作在X波段上。波茲奧克說工程師們已經(jīng)建造的實心外形的陣列，這種陣列是一種承重結(jié)構(gòu)。雷達(dá)的發(fā)射/接收機(jī)部分連結(jié)在用常規(guī)合成焊接技術(shù)的承重天線上。結(jié)果就有了一種能夠放到飛機(jī)外殼中的細(xì)小而緊湊的X波段的陣列。大尺寸的天線提供了更高的獲益，這種獲益依次允許最大化所有飛機(jī)雷達(dá)天線的功率性能。波茲奧克講，科學(xué)家們已經(jīng)研發(fā)了一平方英尺，能提出所有陣列需求的結(jié)構(gòu)。這種一平方英尺的X波段雷達(dá)所起到的作用比用來確保天線工作正常的200個元件和必需的工作所起到的作用還有大。項目面臨的挑戰(zhàn)之一是獲得高收益的陣列，他指出。 

　　一旦那一平方英尺陣列在實驗室里符合要求了，科學(xué)家們將會建造更大的陣列。一個用于主要結(jié)構(gòu)承重軸承的3英尺 x 1英尺陣列已經(jīng)得到了試驗。它能承載超過50,000鎊的重量，波茲奧克報告說。 

　　另一項正在進(jìn)行的工作已經(jīng)生產(chǎn)出了一個試驗樣品，這個樣品是20英尺長，2英尺寬。這個部件缺少必要的電子裝置和組件，但是它是以所有的天線元件，連同結(jié)合在一起的供給網(wǎng)為特色，這個供給網(wǎng)將附屬于發(fā)射/接收芯片。電子裝置和組件將被忽略成多余的開支，波茲奧克承認(rèn)。由于缺少主動雷達(dá)組件，這種結(jié)構(gòu)去年為經(jīng)受主要的飛機(jī)結(jié)構(gòu)負(fù)載成功地進(jìn)行了試驗。成功的試驗已經(jīng)證明了這種X波段天線的概念能被應(yīng)用到很多航空器領(lǐng)域，波茲奧克說。這些包括第三負(fù)載，如典型的飛機(jī)圓形罩；第二負(fù)載，如武器分隔艙的門或機(jī)身門和主要負(fù)載，如機(jī)翼結(jié)構(gòu)或主要的機(jī)身儀表板。 

　　“我們對這種在結(jié)構(gòu)上的能力真的感到興奮，”波茲奧克宣稱。他補(bǔ)充道，下一步是檢驗有關(guān)電的結(jié)構(gòu)。 

　　這些陣列是飛機(jī)的關(guān)鍵部分，但是飛機(jī)的結(jié)構(gòu)還正在經(jīng)歷大量的制造工藝。波茲奧克說：“大量的活動”目標(biāo)是使基本的飛機(jī)機(jī)身概念以及相關(guān)的飛行器技術(shù)成熟。 

　　首先，最初的想法是建造一種四周都是傳感器包的飛機(jī)，工程師們的工作是只是確定是什么組成那個包。他們的工作詳細(xì)說明了低波段和高波段雷達(dá)構(gòu)想導(dǎo)致兩種飛行器的變種——飛行機(jī)翼和接合機(jī)翼。任何一種飛行器的設(shè)計將要求一種非常大的，達(dá)到150英尺到200英尺長的翼展的那種飛行器，波茲奧克指出。有了這種紙上的大型概念設(shè)計，科學(xué)家們現(xiàn)在正在確定哪一種技術(shù)將被用來實現(xiàn)傳感器飛機(jī)這個目標(biāo)。飛行機(jī)翼版本，被比喻成B－2的外形，相對于轟炸機(jī)將有一個更高的機(jī)翼對機(jī)身的縱橫比。它的機(jī)翼非常長，這將導(dǎo)致機(jī)翼在飛行中產(chǎn)生相當(dāng)大的彎曲。太大的彎曲將會降低飛行器的雷達(dá)性能，所以飛行器的結(jié)構(gòu)樣式與空氣動力載荷之間的相互作用必須受控制。

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　　控制五種結(jié)構(gòu)模式中的一種方法是提高飛行器的硬度，但是這種方法將會增加重量，而增加重量會減少飛行器的航程和續(xù)航能力。一項研究計劃目的是想改變設(shè)計人員能夠成功地控制那些結(jié)構(gòu)模式。這種方法將允許減少航空飛行器的重量。 

　　工程師們已經(jīng)建造了一種飛行機(jī)翼版本的一半跨度的模式。那種一半跨度模型是按照動力學(xué)的比例展示與概念上完全大小的飛行器相同的結(jié)構(gòu)模式。在國家航空與宇宙航行局的蘭利研究中心的超音速風(fēng)洞進(jìn)行的試驗已經(jīng)模擬了這個模型的結(jié)構(gòu)模式。這允許設(shè)計人員決定他們能夠減少模型的結(jié)構(gòu)靈敏度達(dá)2.5個因數(shù)，波茲奧克指出。在建造飛行器的時候，這種模式還將降低飛行器的結(jié)構(gòu)負(fù)載。 

　　接下來的試驗將在常規(guī)的傾斜－旋轉(zhuǎn)－俯沖結(jié)構(gòu)中評估半跨度機(jī)翼。然而，在第一系列的試驗中，機(jī)翼被固定在風(fēng)洞墻上，這種試驗將模擬自由飛行條件。接合機(jī)翼版本，這種機(jī)翼也將展示很多相同的易曲結(jié)構(gòu)模式特性，它已經(jīng)成為與結(jié)構(gòu)和空氣動力模型相關(guān)的大量分析的課題。波茲奧克提出未來對接合機(jī)翼版本的試驗將會尋找與在飛行機(jī)翼模型上完成相同的結(jié)果。“我們想要展示我們能夠在風(fēng)洞中控制所有那些易變型的模式，”他說。那項工作不會在今年秋天之前進(jìn)行風(fēng)洞試驗。 

　　這項傳感器飛機(jī)項目包括一個高精密的傳感器管理器，這個管理器能夠幫助避免飛行器上主動傳感器之間的相互破壞，波茲奧克報告說。這個項目正好與實驗室傳感器董事會合作開始它的研發(fā)工作。這個設(shè)備將控制所有飛行器上的傳感器發(fā)射。 

　　然而，波茲奧克沒有預(yù)見到傳感器相互破壞會成為一個主要的問題。一個長續(xù)航時間，高空無人機(jī)不會用有效功率進(jìn)行無線電脈沖。所以飛行器的全部傳感器組不可能在同一時間工作。雖然如此，傳感器管理器將成為一件主動的電子設(shè)備體系機(jī)構(gòu)，用來決定哪一個傳感器工作，在什么時候工作。實驗室將要開始一項研究工作，來使低波段/高波段工作關(guān)系機(jī)械化，他指出。 

　　這個的試驗課程還沒有困難和錯誤。波茲奧克講了在五個元件陣列上的第一次嘗試是怎樣失敗的。工程師們回到畫圖板上，采取更為嚴(yán)格的組合來設(shè)計和試驗。這些步驟比想象的要長，但是，所取得的進(jìn)步是扎實的。例如，工程師們已經(jīng)增加了很多中間的步驟，用來在焊接各種元件之前對它們進(jìn)行測試。 

　　最大的障礙一直是理解“這種基本用雷達(dá)來完成任務(wù)的新的方法”的本質(zhì)，波茲奧克承認(rèn)。“我們從未嘗試過與結(jié)構(gòu)X波段天線一樣費勁的工作，”他說。一旦所有的元件被焊接在一起了，將不會有主動運動的部件。他將它比作成一種電子設(shè)備箱，在這個箱中，電路板伸縮和彎曲，以及電線變松。雷達(dá)的外殼的合成材料必須承受更大的壓力而并不會犧牲功能。 

　　被設(shè)計用來驗證陣列和飛行器的結(jié)構(gòu)方面的成熟性的這些試驗，正在產(chǎn)生這樣的結(jié)果，這些結(jié)果不只是局限于傳感器飛機(jī)，波茲奧克指出。平面板結(jié)構(gòu)陣列可以用來適應(yīng)現(xiàn)存的平臺，如寬機(jī)體的飛機(jī)。事實上，任何雷達(dá)天線屏蔽器、分隔艙門或機(jī)翼都能被用作成一種低或高波段雷達(dá)天線。實驗室已經(jīng)正在尋找機(jī)會在傳感器飛機(jī)交付使用之前，應(yīng)用這些技術(shù)。 

　　“這種結(jié)構(gòu)陣列是可升級的，所以你能把它們放到與傳感器飛機(jī)不一樣大常規(guī)的飛機(jī)上，這個問題早就預(yù)想到了，并且你還能獲得某些重大功能水平的提高，”他說。