http://www.henanjusheng.com 2008-12-15 11:18 來(lái)源:中國(guó)網(wǎng)

研究人員最初將他們的目光放在建造一個(gè)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(gè)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(gè)進(jìn)步為飛行機(jī)翼結(jié)構(gòu)的研究開(kāi)啟了大門 圖片來(lái)源:中國(guó)網(wǎng)
從美國(guó)空軍機(jī)庫(kù)拖出來(lái)的下一代新型飛機(jī)可能是一個(gè)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(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)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(kāi)發(fā)新的雷達(dá)能力和促進(jìn)材料的發(fā)展。這項(xiàng)工作來(lái)源于傳感器飛機(jī)項(xiàng)目,這個(gè)項(xiàng)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(gè)小時(shí)的高空無(wú)人機(jī)(信號(hào)雜志,2001年2月,16頁(yè))。當(dāng)這個(gè)項(xiàng)目與下個(gè)十年內(nèi)生產(chǎn)的飛行器相適合的時(shí)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(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室飛行器董事會(huì)負(fù)責(zé)傳感器飛機(jī)的領(lǐng)導(dǎo)約翰 波茲奧克解釋說(shuō),這個(gè)項(xiàng)目的雷達(dá)研究很大程度上集中在兩個(gè)領(lǐng)域:低波段天線和高波段天線。最初的飛機(jī)設(shè)計(jì)是以接合機(jī)翼結(jié)構(gòu)為特色,這種結(jié)構(gòu)類似兩個(gè)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(shí)驗(yàn)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(shí)施360度掃描的“Endfire”。波茲奧克解釋說(shuō),傳統(tǒng)的平面板雷達(dá)天線發(fā)射的信號(hào)與它的表面是垂直的?!癊ndfire”技術(shù)將發(fā)射雷達(dá)信號(hào)與飛機(jī)的外表平行。
雷達(dá)能量能從平面板的四個(gè)側(cè)面發(fā)射出去,波茲奧克繼續(xù)說(shuō)。信號(hào)不是連續(xù)的,但是這項(xiàng)技術(shù)能掃描四個(gè)側(cè)面。所以,設(shè)計(jì)者能用多個(gè)“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(lái)。
這種新的能力會(huì)使工程師們看到一種完全不同的機(jī)身設(shè)計(jì)。飛機(jī)能有一個(gè)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(cè)試已經(jīng)證實(shí)“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(gè)正在建設(shè)的陣列將達(dá)到20英尺長(zhǎng),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(shuō)。這種大型的構(gòu)造將經(jīng)歷電測(cè)試來(lái)確認(rèn)它的天線性能,經(jīng)歷結(jié)構(gòu)測(cè)試來(lái)確定它作為機(jī)翼組件的能力。這些由電評(píng)估開(kāi)始的測(cè)試將在今年晚些時(shí)候開(kāi)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(shuō)工程師們已經(jīng)建造的實(shí)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(lái)確保天線工作正常的200個(gè)元件和必需的工作所起到的作用還有大。項(xiàng)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(shí)驗(yàn)室里符合要求了,科學(xué)家們將會(huì)建造更大的陣列。一個(gè)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(yàn)。它能承載超過(guò)50,000鎊的重量,波茲奧克報(bào)告說(shuō)。
另一項(xiàng)正在進(jìn)行的工作已經(jīng)生產(chǎn)出了一個(gè)試驗(yàn)樣品,這個(gè)樣品是20英尺長(zhǎng),2英尺寬。這個(gè)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(gè)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(kāi)支,波茲奧克承認(rèn)。由于缺少主動(dòng)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(yàn)。成功的試驗(yàn)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(shuō)。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(duì)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(yàn)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(shuō):“大量的活動(dòng)”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(gè)包。他們的工作詳細(xì)說(shuō)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(jì)將要求一種非常大的,達(dá)到150英尺到200英尺長(zhǎng)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(jì),科學(xué)家們現(xiàn)在正在確定哪一種技術(shù)將被用來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感器飛機(jī)這個(gè)目標(biāo)。飛行機(jī)翼版本,被比喻成B-2的外形,相對(duì)于轟炸機(jī)將有一個(gè)更高的機(jī)翼對(duì)機(jī)身的縱橫比。它的機(jī)翼非常長(zhǎng),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(huì)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(dòng)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(huì)增加重量,而增加重量會(huì)減少飛行器的航程和續(xù)航能力。一項(xiàng)研究計(jì)劃目的是想改變?cè)O(shè)計(jì)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(dòng)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(guó)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(yàn)已經(jīng)模擬了這個(gè)模型的結(jié)構(gòu)模式。這允許設(shè)計(jì)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(gè)因數(shù),波茲奧克指出。在建造飛行器的時(shí)候,這種模式還將降低飛行器的結(jié)構(gòu)負(fù)載。
接下來(lái)的試驗(yàn)將在常規(guī)的傾斜-旋轉(zhuǎn)-俯沖結(jié)構(gòu)中評(píng)估半跨度機(jī)翼。然而,在第一系列的試驗(yàn)中,機(jī)翼被固定在風(fēng)洞墻上,這種試驗(yàn)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(dòng)力模型相關(guān)的大量分析的課題。波茲奧克提出未來(lái)對(duì)接合機(jī)翼版本的試驗(yàn)將會(huì)尋找與在飛行機(jī)翼模型上完成相同的結(jié)果?!拔覀兿胍故疚覀兡軌蛟陲L(fēng)洞中控制所有那些易變型的模式,”他說(shuō)。那項(xiàng)工作不會(huì)在今年秋天之前進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。
這項(xiàng)傳感器飛機(jī)項(xiàng)目包括一個(gè)高精密的傳感器管理器,這個(gè)管理器能夠幫助避免飛行器上主動(dòng)傳感器之間的相互破壞,波茲奧克報(bào)告說(shuō)。這個(gè)項(xiàng)目正好與實(shí)驗(yàn)室傳感器董事會(huì)合作開(kāi)始它的研發(fā)工作。這個(gè)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(méi)有預(yù)見(jiàn)到傳感器相互破壞會(huì)成為一個(gè)主要的問(wèn)題。一個(gè)長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間,高空無(wú)人機(jī)不會(huì)用有效功率進(jìn)行無(wú)線電脈沖。所以飛行器的全部傳感器組不可能在同一時(shí)間工作。雖然如此,傳感器管理器將成為一件主動(dòng)的電子設(shè)備體系機(jī)構(gòu),用來(lái)決定哪一個(gè)傳感器工作,在什么時(shí)候工作。實(shí)驗(yàn)室將要開(kāi)始一項(xiàng)研究工作,來(lái)使低波段/高波段工作關(guān)系機(jī)械化,他指出。
這個(gè)的試驗(yàn)課程還沒(méi)有困難和錯(cuò)誤。波茲奧克講了在五個(gè)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(lái)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。這些步驟比想象的要長(zhǎng),但是,所取得的進(jìn)步是扎實(shí)的。例如,工程師們已經(jīng)增加了很多中間的步驟,用來(lái)在焊接各種元件之前對(duì)它們進(jìn)行測(cè)試。
最大的障礙一直是理解“這種基本用雷達(dá)來(lái)完成任務(wù)的新的方法”的本質(zhì),波茲奧克承認(rèn)?!拔覀儚奈磭L試過(guò)與結(jié)構(gòu)X波段天線一樣費(fèi)勁的工作,”他說(shuō)。一旦所有的元件被焊接在一起了,將不會(huì)有主動(dòng)運(yùn)動(dòng)的部件。他將它比作成一種電子設(shè)備箱,在這個(gè)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(huì)犧牲功能。
被設(shè)計(jì)用來(lái)驗(yàn)證陣列和飛行器的結(jié)構(gòu)方面的成熟性的這些試驗(yàn),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(lái)適應(yīng)現(xiàn)存的平臺(tái),如寬機(jī)體的飛機(jī)。事實(shí)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(shí)驗(yàn)室已經(jīng)正在尋找機(jī)會(huì)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(jí)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(gè)問(wèn)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(shuō)。