中國要不要造變形飛機？

王學健

可以任意伸展翅膀、具有變形金剛一樣強大威力的飛機，不只出現在描繪未來戰爭的美國科幻電影中，而是已經真實地走進了中國科學家的視野。2009年6月25日，以“智能可變形飛行器發展前景及我們的選擇”為主題的中國科協第32期新觀點新學說學術沙龍在安徽合肥市召開。在學術沙龍的討論中，中國人要不要造智能可變形飛行器、如何造等問題已經嚴峻地擺在了中國科學家面前。

變形飛行器是從概念到實踐的挑戰

飛機的機翼一定是固定的嗎?人類能否設計出可以智能變形的飛機?若干年來，人類從仿生學出發，在智能可變形飛行器領域進行了不懈的探索。幾十年后的軍用、民用飛機是什么樣子?“對于軍用飛機而言，未來變體飛機采用智能變形技術，可以解決不同設計點氣動布局的矛盾，改善多功能性，可在短跑道上起飛，大大增加航程，提高其經濟性和作戰效能。民用飛機采用變體技術可以針對飛行各階段的不同要求改變機翼的平面形狀，如在巡航階段可增大機翼的展長或改變彎度，以達到提高飛機升阻比，增大航程的目的；或利用發動機進氣道和尾噴口變形技術，在保持同樣航程的情況下，達到降低噪聲，節省燃油的目的。”中國科學家在中國科協的學術沙龍上，以不落后于人的精神開始了對智能可變形飛行器的實實在在的描摹。

“可變形飛行器是指飛行器在飛行過程中可以改變外形，以適應寬廣變化的飛行環境，完成各種任務使命，有效實施控制，提高飛行器的機動能力，改善飛行性能。它與現有飛行器離散改變后掠角或控制面角度的傳統方法不同，可以有效地實現外形的分布式連續式變形。”中國科學院院士、中國航天空氣動力技術研究院顧問崔爾杰給出了可變形飛機的定義。

“目前，智能可變形飛行器已經成為國際航空航天界的前沿和熱點研究內容，但我們中國人不能簡單跟風，應該在充分分析發展方向的基礎上再投入力量。”崔爾杰說：“不能外國人一起哄，我們就跟風。”

資料顯示，美國希望正在研制的可變形飛行器和傳統飛行器相比相關指標要達到：機翼展弦比變化200％，機翼面積變化50％，機翼扭轉變化50％，機翼后掠角變化20度，機翼的質量不超過傳統機翼。

崔爾杰說，我們的智能變形飛機有沒有必要適應這么寬的飛行環境變化?這值得好好探討。為此，崔爾杰提出發展飛行器可變形技術的五大問題。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對?第四是面臨的技術難題能否順利解決?第五是如何選擇我們的發展道路。

中國人應該造智能可變形飛行器

“中國人要不要研制智能可變形飛行器?怎樣研制?同樣的問題，恐怕是政治家、軍事家持一種觀點，科學家、工程師可能會持另外一種觀點，甚至在科學家和工程師之間也有很大分歧。”在中國科學院院士、北京理工大學校長胡海巖看來，雖然大家看待智能可變形飛行器技術的角度不同，但可以取得基本共識，這就是要立足長遠，從現在就開始謀劃“路線圖”并積極展開研究。

胡海巖說，智能可變形飛行器研究將給技術科學和工程實現帶來巨大挑戰，從而推動相關科學技術的巨大進步。人們在朝著一個遠大科技目標努力的過程中，會產生很多科學發現和技術創新的副產品，有時副產品的價值甚至會超過原來的主攻目標。在科學技術發展史上，有很多這樣的例子。

“就開展智能可變形飛行器研究而言，它將會對飛行器總體技術、空氣動力學、功能材料、智能結構、自動控制等研究產生直接推動，還會促進仿生結構、流固耦合、機電驅動等新興交叉技術的發展，甚至帶來飛行器設計、載運工具設計的革命性變化。”胡海巖說，“從這些方面看，智能可變形飛行器研究對我們有很大的吸引力。”

航天科工集團科技委研究員花祿森也認為，開展智能可變形飛行器的研究會對我國科學技術產生很大的帶動作用。“不能因為智能可變形飛行器是前沿技術，需要基礎研究和技術集成的時間長，我們就放棄。如果等著一切都成熟了再去做，那就已經晚了。”

“智能可變形飛行器可以提高我國航空航天的綜合設計水平，牽引相關技術的發展。”沈陽飛機設計研究所研究員邱濤表示，通過開展變體飛機技術的研制，將極大促進相關學科的發展和交叉、融合。它涉及力學、材料學、控制科學、仿生學、電子學、計算數學信息科學等學科。如計算力學和材料科學的交叉導致多尺度、跨層次計算；空氣動力學與仿生學的交叉產生新流型以及氣動彈性分析技術的發展；空氣動力學、結構力學、氣動彈性力學、數學與材料科學的交叉，形成飛機外形、結構和材料的多種綜合優化設計的發展；智能材料、控制理論和信息科學的交叉促進智能結構及其主動控制的發展，形成飛機多學科優化設計和總體設計集成的理論與方法。

需要制定遠期近期研制方案

在沙龍上，邱濤介紹了我國變體飛行器的研究現狀：從20世紀90年代起，許多科研院所和高校開展了變體智能材料領域的研究。盡管我國多家單位在變體飛機相關的基礎技術研究方面做了一定的工作，但如何將單項技術集成起來研究發展新一代飛行器，還沒有總體牽頭單位。邱濤說：“僅靠單項技術的突破不可能研制出創新的飛行器。”

在談到我國開展變體飛行器的研究目標時，邱濤認為，以變形機翼為牽引，開展先期綜合集成研究，經過15年左右的時間突破各專業的關鍵技術，經地面試驗和試飛驗證之后，推廣應用到軍用飛機、民用飛機以及航天工程上。

在中國目前的國情下，怎么來思考智能可變形飛行器技術發展的未來?對此，胡海巖表示，決不能僅僅是跟蹤國外技術。對于智能可變形飛行器這樣一個具有遠景的研究來看，由于沒有直接的型號需求或者背景需求，我們應該立足國情，準確把握國內已有的技術優勢，把這些優勢綜合起來，制訂適當的中長期奮斗目標，分階段實施。

中國科學院院士周恒表示，對于智能可變形飛行器研究而言，應該提出一個很明確的目標，包括技術上的近期、遠期的可行性，表明想要達到什么效果。

中國科學院院士、中國科學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得到重要啟示，因此我們要高度重視仿生學等基礎性研究，包括昆蟲和鳥類的飛行原理，抗風穩定飛行的能力，乃至生物材料和結構等。有些問題雖然很難，但不能因為難就放棄，要從實際需求出發，用系統工程的觀點加以安排。

對于如何確定我國研制智能可變形飛行器的路線圖，花祿森表示，從我國航空航天的研究現狀看，要想不增加飛行器的重量就實現智能可變形，目前還不太可能，因為目前的材料水平、驅動器水平等等都差距很大。從實際情況看，飛行器的全面變形，目前還難以實現；而局部變形，在可承受的范圍內，實現飛行器性能的提高并不是不可能的。

花祿森說，循序漸進可能比較好，技術成熟一點用一點，同時加大基礎研究，這需要耐心、毅力和韌勁。