中國(guó)要不要造變形飛機(jī)？

王學(xué)健

可以任意伸展翅膀、具有變形金剛一樣強(qiáng)大威力的飛機(jī)，不只出現(xiàn)在描繪未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的美國(guó)科幻電影中，而是已經(jīng)真實(shí)地走進(jìn)了中國(guó)科學(xué)家的視野。2009年6月25日，以“智能可變形飛行器發(fā)展前景及我們的選擇”為主題的中國(guó)科協(xié)第32期新觀點(diǎn)新學(xué)說(shuō)學(xué)術(shù)沙龍?jiān)诎不蘸戏适姓匍_(kāi)。在學(xué)術(shù)沙龍的討論中，中國(guó)人要不要造智能可變形飛行器、如何造等問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)峻地?cái)[在了中國(guó)科學(xué)家面前。

變形飛行器是從概念到實(shí)踐的挑戰(zhàn)

飛機(jī)的機(jī)翼一定是固定的嗎?人類能否設(shè)計(jì)出可以智能變形的飛機(jī)?若干年來(lái)，人類從仿生學(xué)出發(fā)，在智能可變形飛行器領(lǐng)域進(jìn)行了不懈的探索。幾十年后的軍用、民用飛機(jī)是什么樣子?“對(duì)于軍用飛機(jī)而言，未來(lái)變體飛機(jī)采用智能變形技術(shù)，可以解決不同設(shè)計(jì)點(diǎn)氣動(dòng)布局的矛盾，改善多功能性，可在短跑道上起飛，大大增加航程，提高其經(jīng)濟(jì)性和作戰(zhàn)效能。民用飛機(jī)采用變體技術(shù)可以針對(duì)飛行各階段的不同要求改變機(jī)翼的平面形狀，如在巡航階段可增大機(jī)翼的展長(zhǎng)或改變彎度，以達(dá)到提高飛機(jī)升阻比，增大航程的目的；或利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道和尾噴口變形技術(shù)，在保持同樣航程的情況下，達(dá)到降低噪聲，節(jié)省燃油的目的?！敝袊?guó)科學(xué)家在中國(guó)科協(xié)的學(xué)術(shù)沙龍上，以不落后于人的精神開(kāi)始了對(duì)智能可變形飛行器的實(shí)實(shí)在在的描摹。

“可變形飛行器是指飛行器在飛行過(guò)程中可以改變外形，以適應(yīng)寬廣變化的飛行環(huán)境，完成各種任務(wù)使命，有效實(shí)施控制，提高飛行器的機(jī)動(dòng)能力，改善飛行性能。它與現(xiàn)有飛行器離散改變后掠角或控制面角度的傳統(tǒng)方法不同，可以有效地實(shí)現(xiàn)外形的分布式連續(xù)式變形?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院顧問(wèn)崔爾杰給出了可變形飛機(jī)的定義。

“目前，智能可變形飛行器已經(jīng)成為國(guó)際航空航天界的前沿和熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，但我們中國(guó)人不能簡(jiǎn)單跟風(fēng)，應(yīng)該在充分分析發(fā)展方向的基礎(chǔ)上再投入力量?！贝逘柦苷f(shuō)：“不能外國(guó)人一起哄，我們就跟風(fēng)?！?/p>

資料顯示，美國(guó)希望正在研制的可變形飛行器和傳統(tǒng)飛行器相比相關(guān)指標(biāo)要達(dá)到：機(jī)翼展弦比變化200％，機(jī)翼面積變化50％，機(jī)翼扭轉(zhuǎn)變化50％，機(jī)翼后掠角變化20度，機(jī)翼的質(zhì)量不超過(guò)傳統(tǒng)機(jī)翼。

崔爾杰說(shuō)，我們的智能變形飛機(jī)有沒(méi)有必要適應(yīng)這么寬的飛行環(huán)境變化?這值得好好探討。為此，崔爾杰提出發(fā)展飛行器可變形技術(shù)的五大問(wèn)題。第一是究竟要研制什么樣的智能變形飛行器?第二是智能可變形飛行器是否要如此全能?第三是如此大的特征性變化如何應(yīng)對(duì)?第四是面臨的技術(shù)難題能否順利解決?第五是如何選擇我們的發(fā)展道路。

中國(guó)人應(yīng)該造智能可變形飛行器

“中國(guó)人要不要研制智能可變形飛行器?怎樣研制?同樣的問(wèn)題，恐怕是政治家、軍事家持一種觀點(diǎn)，科學(xué)家、工程師可能會(huì)持另外一種觀點(diǎn)，甚至在科學(xué)家和工程師之間也有很大分歧?！痹谥袊?guó)科學(xué)院院士、北京理工大學(xué)校長(zhǎng)胡海巖看來(lái)，雖然大家看待智能可變形飛行器技術(shù)的角度不同，但可以取得基本共識(shí)，這就是要立足長(zhǎng)遠(yuǎn)，從現(xiàn)在就開(kāi)始謀劃“路線圖”并積極展開(kāi)研究。

胡海巖說(shuō)，智能可變形飛行器研究將給技術(shù)科學(xué)和工程實(shí)現(xiàn)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，從而推動(dòng)相關(guān)科學(xué)技術(shù)的巨大進(jìn)步。人們?cè)诔粋€(gè)遠(yuǎn)大科技目標(biāo)努力的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生很多科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新的副產(chǎn)品，有時(shí)副產(chǎn)品的價(jià)值甚至?xí)^(guò)原來(lái)的主攻目標(biāo)。在科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上，有很多這樣的例子。

“就開(kāi)展智能可變形飛行器研究而言，它將會(huì)對(duì)飛行器總體技術(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)、功能材料、智能結(jié)構(gòu)、自動(dòng)控制等研究產(chǎn)生直接推動(dòng)，還會(huì)促進(jìn)仿生結(jié)構(gòu)、流固耦合、機(jī)電驅(qū)動(dòng)等新興交叉技術(shù)的發(fā)展，甚至帶來(lái)飛行器設(shè)計(jì)、載運(yùn)工具設(shè)計(jì)的革命性變化。”胡海巖說(shuō)，“從這些方面看，智能可變形飛行器研究對(duì)我們有很大的吸引力。”

航天科工集團(tuán)科技委研究員花祿森也認(rèn)為，開(kāi)展智能可變形飛行器的研究會(huì)對(duì)我國(guó)科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生很大的帶動(dòng)作用?！安荒芤?yàn)橹悄芸勺冃物w行器是前沿技術(shù)，需要基礎(chǔ)研究和技術(shù)集成的時(shí)間長(zhǎng)，我們就放棄。如果等著一切都成熟了再去做，那就已經(jīng)晚了?！?/p>

“智能可變形飛行器可以提高我國(guó)航空航天的綜合設(shè)計(jì)水平，牽引相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?！鄙蜿?yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所研究員邱濤表示，通過(guò)開(kāi)展變體飛機(jī)技術(shù)的研制，將極大促進(jìn)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展和交叉、融合。它涉及力學(xué)、材料學(xué)、控制科學(xué)、仿生學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)信息科學(xué)等學(xué)科。如計(jì)算力學(xué)和材料科學(xué)的交叉導(dǎo)致多尺度、跨層次計(jì)算；空氣動(dòng)力學(xué)與仿生學(xué)的交叉產(chǎn)生新流型以及氣動(dòng)彈性分析技術(shù)的發(fā)展；空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、氣動(dòng)彈性力學(xué)、數(shù)學(xué)與材料科學(xué)的交叉，形成飛機(jī)外形、結(jié)構(gòu)和材料的多種綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展；智能材料、控制理論和信息科學(xué)的交叉促進(jìn)智能結(jié)構(gòu)及其主動(dòng)控制的發(fā)展，形成飛機(jī)多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)和總體設(shè)計(jì)集成的理論與方法。

需要制定遠(yuǎn)期近期研制方案

在沙龍上，邱濤介紹了我國(guó)變體飛行器的研究現(xiàn)狀：從20世紀(jì)90年代起，許多科研院所和高校開(kāi)展了變體智能材料領(lǐng)域的研究。盡管我國(guó)多家單位在變體飛機(jī)相關(guān)的基礎(chǔ)技術(shù)研究方面做了一定的工作，但如何將單項(xiàng)技術(shù)集成起來(lái)研究發(fā)展新一代飛行器，還沒(méi)有總體牽頭單位。邱濤說(shuō)：“僅靠單項(xiàng)技術(shù)的突破不可能研制出創(chuàng)新的飛行器。”

在談到我國(guó)開(kāi)展變體飛行器的研究目標(biāo)時(shí)，邱濤認(rèn)為，以變形機(jī)翼為牽引，開(kāi)展先期綜合集成研究，經(jīng)過(guò)15年左右的時(shí)間突破各專業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)地面試驗(yàn)和試飛驗(yàn)證之后，推廣應(yīng)用到軍用飛機(jī)、民用飛機(jī)以及航天工程上。

在中國(guó)目前的國(guó)情下，怎么來(lái)思考智能可變形飛行器技術(shù)發(fā)展的未來(lái)?對(duì)此，胡海巖表示，決不能僅僅是跟蹤國(guó)外技術(shù)。對(duì)于智能可變形飛行器這樣一個(gè)具有遠(yuǎn)景的研究來(lái)看，由于沒(méi)有直接的型號(hào)需求或者背景需求，我們應(yīng)該立足國(guó)情，準(zhǔn)確把握國(guó)內(nèi)已有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，把這些優(yōu)勢(shì)綜合起來(lái)，制訂適當(dāng)?shù)闹虚L(zhǎng)期奮斗目標(biāo)，分階段實(shí)施。

中國(guó)科學(xué)院院士周恒表示，對(duì)于智能可變形飛行器研究而言，應(yīng)該提出一個(gè)很明確的目標(biāo)，包括技術(shù)上的近期、遠(yuǎn)期的可行性，表明想要達(dá)到什么效果。

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院研究生院教授童秉綱提出，智能可變形飛行器研究可以從自然界生物的飛行和游動(dòng)得到重要啟示，因此我們要高度重視仿生學(xué)等基礎(chǔ)性研究，包括昆蟲和鳥(niǎo)類的飛行原理，抗風(fēng)穩(wěn)定飛行的能力，乃至生物材料和結(jié)構(gòu)等。有些問(wèn)題雖然很難，但不能因?yàn)殡y就放棄，要從實(shí)際需求出發(fā)，用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)加以安排。

對(duì)于如何確定我國(guó)研制智能可變形飛行器的路線圖，花祿森表示，從我國(guó)航空航天的研究現(xiàn)狀看，要想不增加飛行器的重量就實(shí)現(xiàn)智能可變形，目前還不太可能，因?yàn)槟壳暗牟牧纤?、?qū)動(dòng)器水平等等都差距很大。從實(shí)際情況看，飛行器的全面變形，目前還難以實(shí)現(xiàn)；而局部變形，在可承受的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)飛行器性能的提高并不是不可能的。

花祿森說(shuō)，循序漸進(jìn)可能比較好，技術(shù)成熟一點(diǎn)用一點(diǎn)，同時(shí)加大基礎(chǔ)研究，這需要耐心、毅力和韌勁。