菱形飛翼
——“天箭座”縮比驗證機完成首次飛行

文/溫杰

7月18日，空中客車防務與空間公司與德國多所高校聯合研制的“天箭座”（Sagitta）無人駕駛技術驗證機在南非的奧弗貝格（Overberg）成功完成了首次飛行。此次飛行持續了大約7分鐘，在此期間，驗證機通過數據鏈與地面控制站保持聯系。空客公司在聲明中表示，這架噴氣式技術驗證機沿著一條預編程航線完全自主地飛行，創新的飛翼構型在測試中表現出優異的飛行特性。首次飛行標志著“天箭座”驗證機經過一系列地面測試后，成功完成了第一個測試階段。

“天箭座”驗證機是根據空客公司與德國4所大學共同發起的“開放式創新”（Open Innovation）/“天箭座”國家計劃研制和生產的。作為未來項目的技術探索與研究，這項計劃于2010年啟動，涉及工業界和學術界在基礎研究方面的合作，目的是更快、更有效地發展先進的無人駕駛技術，為此開始了飛翼構型的可行性研究。

作為一項聯合“開放式創新”計劃，空中客車公司與慕尼黑工學院、開姆尼茨工學院、位于慕尼黑的聯邦武裝力量大學、因戈爾施塔特應用科技大學和德國航空航天中心（DLR）開展了密切合作。該計劃重點研究7個領域，分別是初步飛機設計、空氣動力學和飛行控制系統、通信和數據處理、基于視覺的飛行控制和空中加油、材料和結構、自主飛行和任務控制、模擬和系統集成。

在設計初期，如何確定飛行器空氣動力的特性至關重要。早期的概念圖顯示，“天箭座”驗證機最初設計為一種無尾、菱形平面布局的無人駕駛飛機，翼展為12米。設計方案采用具有后緣前掠角的菱形翼主要出于無人機隱身性能考慮，但在氣動性能方面也存在著一定的風險。

為此，慕尼黑玻爾茲曼工業大學空氣動力學與流體力學研究所針對無尾菱形翼和附加雙垂尾菱形翼兩種構型，通過風洞測試了不同構型的縱向和橫向氣動力、力矩及其相關參數，發現數值計算結果和實驗測試數據具有良好一致性。研究還表明，由于沒有偏轉控制氣動面，無尾菱形翼構型缺乏橫向偏航穩定性。

“天箭座”縮比驗證機成功完成首飛

為了更加穩妥地驗證這種氣動構型，研究團隊決定制造一個1∶4的縮比驗證機，通過試飛來測試一些新技術。根據風洞研究結果，“天箭座”驗證機采用了附加垂尾的構型,以提供偏航穩定性。據空客防務公司介紹，這架縮比驗證機由碳纖維復合材料制造，機長和翼展均為3米，采用兩臺300牛推力的噴氣發動機，最大起飛重量為150千克。

“天箭座”驗證機的設計標準包括高度自主性、可變任務外形和低可探測性。作為一個試驗平臺，該機采用了考慮到隱身性能，采用了鉆石狀的飛翼式布局，機身下表面平整光滑，在機身后部增加了一對小型雙垂尾。整個機翼平面成菱形，每側機翼后緣裝有副翼和襟翼，前機身下部設計了埋入式進氣道。

該機采用可收放的起落架，可以通過人工操縱，在常規跑道上起飛和著陸。除了剎車裝置外，這架驗證機還采用了機電制動器，替代了傳統的液壓裝置。

除了低可探測性平臺的設計外，“天箭座”計劃發展的核心技術還包括自適應飛行控制、新穎的控制裝置（包括推力矢量）、自主任務管理和變形結構（包括覆蓋在襟翼間隙上的遮蔽裝置）。該機具有自主起飛和著陸能力，但也內置了一種安全操作人員/駕駛員的能力。機上配備有4條數據鏈，其中一條數據鏈專門用于應急飛行終止功能的執行，確保驗證機在緊急情況下打開回收降落傘。

空客防務與空間公司負責工程研制的格拉齊亞·維塔蒂尼表示：“隨著‘天箭座’驗證機成功完成首飛，我們充分證明了工業界與學術界伙伴之間的密切合作可以在基礎研究領域取得成功。我們正在越來越多地將注意力轉移到這些創新概念上，特別是無人機的發展，以便我們可以快速有效地研制出多種產品，滿足不斷增長的市場需求。”

“天箭座”縮比驗證機在試飛中表現出優異的飛行性能將有助于未來研制與發展可以批量生產的無人機。按照最初估計，“天箭座”驗證機的試飛階段至少需要兩年時間，甚至有可能進一步延長。