菱形飞翼——“天箭座”缩比验证机完成首次飞行

文/温杰

7月18日，空中客车防务与空间公司与德国多所高校联合研制的“天箭座”（Sagitta）无人驾驶技术验证机在南非的奥弗贝格（Overberg）成功完成了首次飞行。此次飞行持续了大约7分钟，在此期间，验证机通过数据链与地面控制站保持联系。空客公司在声明中表示，这架喷气式技术验证机沿着一条预编程航线完全自主地飞行，创新的飞翼构型在测试中表现出优异的飞行特性。首次飞行标志着“天箭座”验证机经过一系列地面测试后，成功完成了第一个测试阶段。

“天箭座”验证机是根据空客公司与德国4所大学共同发起的“开放式创新”（Open Innovation）/“天箭座”国家计划研制和生产的。作为未来项目的技术探索与研究，这项计划于2010年启动，涉及工业界和学术界在基础研究方面的合作，目的是更快、更有效地发展先进的无人驾驶技术，为此开始了飞翼构型的可行性研究。

作为一项联合“开放式创新”计划，空中客车公司与慕尼黑工学院、开姆尼茨工学院、位于慕尼黑的联邦武装力量大学、因戈尔施塔特应用科技大学和德国航空航天中心（DLR）开展了密切合作。该计划重点研究7个领域，分别是初步飞机设计、空气动力学和飞行控制系统、通信和数据处理、基于视觉的飞行控制和空中加油、材料和结构、自主飞行和任务控制、模拟和系统集成。

在设计初期，如何确定飞行器空气动力的特性至关重要。早期的概念图显示，“天箭座”验证机最初设计为一种无尾、菱形平面布局的无人驾驶飞机，翼展为12米。设计方案采用具有后缘前掠角的菱形翼主要出于无人机隐身性能考虑，但在气动性能方面也存在着一定的风险。

为此，慕尼黑玻尔兹曼工业大学空气动力学与流体力学研究所针对无尾菱形翼和附加双垂尾菱形翼两种构型，通过风洞测试了不同构型的纵向和横向气动力、力矩及其相关参数，发现数值计算结果和实验测试数据具有良好一致性。研究还表明，由于没有偏转控制气动面，无尾菱形翼构型缺乏横向偏航稳定性。

“天箭座”缩比验证机成功完成首飞

为了更加稳妥地验证这种气动构型，研究团队决定制造一个1∶4的缩比验证机，通过试飞来测试一些新技术。根据风洞研究结果，“天箭座”验证机采用了附加垂尾的构型,以提供偏航稳定性。据空客防务公司介绍，这架缩比验证机由碳纤维复合材料制造，机长和翼展均为3米，采用两台300牛推力的喷气发动机，最大起飞重量为150千克。

“天箭座”验证机的设计标准包括高度自主性、可变任务外形和低可探测性。作为一个试验平台，该机采用了考虑到隐身性能，采用了钻石状的飞翼式布局，机身下表面平整光滑，在机身后部增加了一对小型双垂尾。整个机翼平面成菱形，每侧机翼后缘装有副翼和襟翼，前机身下部设计了埋入式进气道。

该机采用可收放的起落架，可以通过人工操纵，在常规跑道上起飞和着陆。除了刹车装置外，这架验证机还采用了机电制动器，替代了传统的液压装置。

除了低可探测性平台的设计外，“天箭座”计划发展的核心技术还包括自适应飞行控制、新颖的控制装置（包括推力矢量）、自主任务管理和变形结构（包括覆盖在襟翼间隙上的遮蔽装置）。该机具有自主起飞和着陆能力，但也内置了一种安全操作人员/驾驶员的能力。机上配备有4条数据链，其中一条数据链专门用于应急飞行终止功能的执行，确保验证机在紧急情况下打开回收降落伞。

空客防务与空间公司负责工程研制的格拉齐亚·维塔蒂尼表示：“随着‘天箭座’验证机成功完成首飞，我们充分证明了工业界与学术界伙伴之间的密切合作可以在基础研究领域取得成功。我们正在越来越多地将注意力转移到这些创新概念上，特别是无人机的发展，以便我们可以快速有效地研制出多种产品，满足不断增长的市场需求。”

“天箭座”缩比验证机在试飞中表现出优异的飞行性能将有助于未来研制与发展可以批量生产的无人机。按照最初估计，“天箭座”验证机的试飞阶段至少需要两年时间，甚至有可能进一步延长。