超级军网21世纪的新概念飞机（上）
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/28 22:41:57
21世纪的新概念飞机（上） (转自中国兵器工业集团公司网)
（2003年10月15日）
编者按：本文作者就近期或不久的将来可能出现的新概念飞机及相关新技术，采访了空军科研部原部长朱宝流研究员、中国航空工业第一集团公司科技委副主任顾诵芬院士等有关专家，本文根据访谈内容编写。
新概念飞机是指尚处于研制或探索中的一类飞行器，与传统飞机相比其设计思路、气动布局和飞行原理均有显著不同，具有以下主要特征：①创新性。新概念飞机在许多方面有突破与创新，是创新思维和高新技术相结合的产物。②高效性。军用新概念飞机在作战效能方面有重大突破，可在未来高技术战争中发挥巨大作用，并满足各种新的作战任务需要。民用新概念飞机则在经济效率方面有大幅度提高。③时代性。新概念飞机是一个相对、动态的概念系统。随着社会发展和科技进步，某一时代的新概念飞机将日趋成熟并得到广泛应用。④探索性。新概念飞机的高技术含量远比传统飞机大，探索性强，可利用价值高，并能在近期或不久的将来得以实现。
专家指出，新概念飞机的出现主要基于需求发展和技术推动。从需求发展方面看，替代能源是人们近期期待解决的主题；从技术推动方面看，先进技术的迅猛发展为人类实现多年的梦想提供了技术保障。目前正在发展的典型新概念飞机主要有“氢燃料”飞机、太阳能飞机、旋翼-固定翼复合式飞机、智能变形飞机、单人飞行器、“旋转”机翼飞机以及采用各种新颖布局的飞机等，这些新概念飞机在一定程度上代表了未来飞行器的发展方向。
“氢燃料”飞机
目前，国外正在积极探索可取代石油的飞机发动机燃料，其中液态氢被认为最具应用前途。氢用作飞机发动机燃料，具有燃烧热值高、无污染、资源丰富等优点，但达到实用化尚需解决三个问题：①发明获取氢的新技术。目前，人们采用电解方法获得氢，为获得一个能量单位的氢，需要付出三个能量单位的代价，成本昂贵，经济上不合算。②研制可储存压缩氢的特殊燃料箱。氢气很轻，必须经过压缩或在低温下液化，而且氢易气化、着火、爆炸，所以要求在低温下将液氢贮存在特殊容器里。③配备氢燃料供应站。现今，遍布世界各地的机场都已配备石油燃料供应系统，改用氢燃料需要对机场地面设施进行技术改造，是一项耗资极大的工程。
在探索氢燃料飞机方面，1988年前苏联曾将一架“图”-154飞机改装后使用氢燃料进行过试飞，1996年德国和俄罗斯联合提出“低温燃料飞机”研制计划，将一架DO.328飞机改装成氢燃料飞机验证机。2000年欧盟提出CRYOPLANE计划，目的是研究飞机使用液氢燃料的可行性，研究内容涉及飞机外形及性能、系统与元件、非传统推进系统、飞行安全性、环境兼容性、燃料生产与分销的基础设施、航空港等。根据欧盟这项雄伟计划，以空中客车工业公司为首的35家欧洲企业和研究中心经过两年多研究指出，液氢作为未来航空燃料在技术上是可行的，使用液氢不但能极大降低飞机飞行对环境的影响，而且也能充分满足目前世界航空适航性的安全要求。研究表明，相同重量液氢的能量含量比煤油高2.8倍，因而可以大大降低飞机起飞重量或增加飞机装载货物量。但研究也表明，液氢的体积以及必要的隔离设施将极大地改变目前飞机外形设计，因此还需要深入研究飞机燃料供应系统各种部件的组合。此外，如何处理氢燃料燃烧后排出的大量水(比煤油燃烧后多2.8倍)?会不会对飞行产生影响?这些问题需要通过试飞予以解决。
太阳能飞机
美国研制成功能够昼夜飞行的“太阳神”号高空长航时太阳能无人机。在2001年一次试飞中，该机飞行高度突破29.5km，创造了无火箭动力飞机的飞行高度纪录。“太阳神”无人机空重600kg，最大起飞重量929kg，长3.7m，活动机翼全面伸展时达75m，机翼面积为183.6m2。翼型采用特殊设计方法，以确保机翼在空气稀薄的高空保持足够的升力。主要承重结构采用碳纤维复合材料，其他结构部分采用特殊木制板。该机由地面人员通过电脑遥控飞行，机身上装有14个螺旋桨，动力来自机翼上的太阳能电池板。目前，“太阳神”无人机只能飞行18h，未来将安装轻型燃料电池，以便将白天剩余的电能储存起来供夜间使用，实现长达几个月的不间断飞行。
据称，高空长航时太阳能无人机具有十分广阔的应用前景，包括：取代目前使用的一些通信卫星和科学观测卫星，从而节省相当可观的使用成本；能到核爆现场采样；在预定空域长时间盘旋侦查敌情；校炮或者为战机指引攻击目标；探查地球资源、监视农作物病虫害、探测空气污染情况；在台风上空飞行，跟踪和检测暴风雨。但专家认为，太阳能飞机的最大缺点是单位面积的能量太小，能量转化率较低。目前太阳能电池的能量转化率大约为30%，预计随着技术发展可提高至50%。另外，太阳能飞机速度过慢，“太阳神”无人机的起飞速度和自行车速度相当，巡航速度仅为3Okm/h~40km/h。所以专家认为太阳能飞机只适于无人机形式，没必要发展有人驾驶太阳能飞机。
旋翼-固定翼复合式飞机
如何将固定翼飞机和直升机这两种飞行方式结合起来，使飞机既能像直升机一样垂直起降，又具有固定翼飞机的水平飞行速度，一直是飞机设计人员追求的目标。美国贝尔/波音直升机公司研制的V-22“鱼鹰”倾转旋翼飞机是迄今较为成功的一种复合式飞机。该机在起飞着陆时旋翼处于垂直状态，因此可以像直升机一样垂直升降；当升至预定高度时旋翼从垂直状态逐渐转至水平状态，飞机也从垂直飞行过渡到水平飞行。
目前，波音公司又推出一种更具革新性的复合式飞机，即“蜻蜓”鸭式旋翼/机翼无人机。该机在起降时旋翼如同直升机上的螺旋桨，当垂直升到一定高度时旋翼被锁定在机身上成为固定机翼，所以飞机既具有直升机一样的需直起降和空中悬停能力，又能像固定翼飞机那样高速巡航飞行。这种设计不仅融合了两种不同飞机的飞行性能，提高各自的飞行包线，而且还具有较低的信号特征和很好的高速飞行生存性。“蜻蜓”无人机采用鸭式布局，除设有一对前翼和平尾外，最大特点是有一副兼有旋翼和机翼功能的“旋翼/机翼”，动力装置采用常规涡扇发动机。当“蜻蜓”无人机以垂直起降模式起飞时，发动机通过装在旋翼/机翼翼梢的喷口喷气，使旋翼/机翼旋转产生升力；前飞时，发动机通过飞机后部的尾喷口喷气提供推力，同时将旋转的旋翼/机翼锁定成机翼，并与鸭式前翼一起共同为飞机提供升力。该无人机长5.4m,高2m，机身前部的前翼翼展2.71m，机身后部的水平尾翼翼展2.47m，机身中部的旋翼直径3.65m，目前飞行速度不超过277km/h。按设想，实用的有人驾驶和无人驾驶型鸭式旋翼/机翼飞机要求达到693km/h的巡航速度和10668m的飞行高度。有人驾驶型的操纵任务相对来说比较简单，飞行员只管指定飞行方向以及起飞和着陆，其他操作全靠自动飞行控制系统实施。
波音公司已制造出两架“蜻蜓”无人驾驶样机，其中编号为X-5OA的无人机已完成地面测试工作，准备近期首飞，试验重点是旋翼模式与固定翼模式之间的转换。当飞行速度达到222km/h时，该机前部的前翼和后部的水平安定面产生的升力将平衡X-50A的重量，在240km/h时进行旋翼模式与固定翼模式之间的转换。值得指出的是，按照实用飞行器的标准，“蜻蜓”无人机目前仍处在发展初期，有许多技术问题需要解决，比如如何将桨叶从椭圆边缘过渡到低阻翼型和如何将叶尖喷嘴适时关闭等。但是，由于“蜻蜓”无人机比常规直升机飞得更快、更高、更远，并具有更大的机动性，同时与常规喷气式固定翼飞机相比又具有垂直起降和更好的使用灵活性，所以受到美军重视。美海军和海军陆战队拟用较小尺寸的“蜻蜓”作为舰载无人机，用于对沿海地区提供军事支援，海军陆战队还计划采用有人驾驶型“蜻蜓”飞机作为下一代有人垂直起降攻击机，并用作V-22“鱼鹰”倾转旋翼机的武装护航机。另外，“蜻蜓”无人机也是美陆军提出的无人战斗旋翼机计划的候选机型，主要用于执行低空侦察和攻击任务。
“旋转”机翼飞机
传统上，飞机主要靠改变机翼的形状获得更多的升力，但国外一直在探索产生升力的新方法。一位英籍美国人最近发明一种称为“旋转”机翼飞机的新式飞行器，它将螺旋桨和固定机翼合二为一，机翼类似一个长圆筒，内装有螺旋桨叶片，发动机驱动螺旋桨叶片，转动的叶片使机翼翼面上方的气流快速流动，降低局部压力，从而产生向上的升力，所以飞机可以像直升机一样垂直起飞。同时，空气流经螺旋桨也产生动力，推动飞行器向前运动，机翼前缘的副翼控制进入螺旋桨的气流，改变两端副翼的角度使飞机转向。“旋转”机翼飞机体现了一种全新的飞行技术，它结合了直升机和传统固定翼飞机的诸多特点，如起降方便，并具有耗油量小、噪声小、生产与使用成本低等优点。但是，现行设计的“旋转”机翼飞机模型还存在许多致命缺点，例如飞机几乎没有滑翔能力，一旦发动机熄灭就会急速下坠；空中飞鸟很容易飞入高速旋转的叶片之间，卡住螺旋桨，导致升力下降。尽管如此，“旋转”机翼飞机发展前景光明，甚至2004年有望进入市场。
智能变形机翼飞机
美国近年提出研制一种可以在不同飞行状态像鸟一样改变外形的智能变形机翼。2002年，NASA制订了“21世纪航空发展展望”规划，其中最引人注目的是预计将于2030年问世的“变形”飞机，它可以像鸟一样随意在空中进行盘旋、倒飞和侧向滑行。 NASA认为，“变形”飞机将采用新型机翼、革命性机体概念、先进智能结构与控制系统等一系列新技术。其机翼像鸟翅膀一样柔软，通过应用灵敏的传感器和动作装置，平稳又持续地改变形状，以响应不断变化的飞行条件。虽然某些现役飞机，如美海军F-14“雄猫”战斗机和B -1超音速轰炸机具有调整机翼的能力，但它们的机翼是刚性结构，需要用大型枢轴装置与机身连接，而“变形”飞机将采用具有“形状记忆”能力的智能材料，这种材料能够“感觉”压力和按指令弯曲，使机翼形成不同的结构形状，从而使飞机的外形结构更适合于不同飞行任务和飞行条件下的性能要求。另一种重要的智能材料是压电陶瓷，这种材料可以对电压、温度等多种环境因素的变化作出灵敏反应。利用压电陶瓷制造智能谐振器，可减少机翼由于气流压力而产生的振动和噪声。“变形”飞机还将采用一种具有自我复原功能的材料，这种材料在一定温度下能恢复形状，例如当一颗炮弹穿透飞机结构后，这种材料将通过自修复功能，使飞机结构“痊愈”，从而大大提高可靠性和生存能力。
单人飞行器
专家认为，单人飞行器具有广阔应用前景，特别适于军事用途。例如在未来单兵或城市作战中，单兵或特种作战部队士兵可利用单人飞行器在任何地形起飞和降落，能完成许多超出人类极限能力的任务。
美国防部正在资助研制一种名为“单飞客”的单人垂直起降飞行器，它携带一名操纵者飞行，无机身，但有一个似三角形机翼，可以固定在操纵者的背上，机翼根部内置一台两冲程活塞式发动机，用于驱动一对对转函道风扇。操纵者双手握住手轮式操纵柄，左手控制油门，右手控制飞行方向，通过头盔显示器获取飞行信息。发动机启动后，飞行器垂直升起，只要操纵者前倾15°~20°，飞行器就可前向飞行。“单飞客”长1.57m，宽2.64m，高2.3m，空重125kg，最大起飞重量为325kg，最大速度128km/h，续航时间1.5h，航程为240km，虽然飞行高度距地仅30m，但最大悬停高度可达2440m.2001年底，“单飞客”首次载人飞行，但飞行器上装有系绳，且仅在距地不足1m的高度旋停了20s。按计划，2003年“单飞客”飞行器将交付美国特种作战司令部试验评估。另外，研制商在“单飞客”飞行器的基础上提出一种衍生型构想，即“双飞客”。“双飞客”是一种低噪声、低可探测、低红外特征的飞行器，长4.82m，翼展2.44m，最大起飞重量657kg，能携带108kg有效载荷飞行555km，可在空中悬停/巡航2h。该飞行器将完全采用机械操纵系统，操纵简单，并将配备自动弹射降落伞救生系统。(原载《国防科技》2003年第17期)21世纪的新概念飞机（上） (转自中国兵器工业集团公司网)
（2003年10月15日）
编者按：本文作者就近期或不久的将来可能出现的新概念飞机及相关新技术，采访了空军科研部原部长朱宝流研究员、中国航空工业第一集团公司科技委副主任顾诵芬院士等有关专家，本文根据访谈内容编写。
新概念飞机是指尚处于研制或探索中的一类飞行器，与传统飞机相比其设计思路、气动布局和飞行原理均有显著不同，具有以下主要特征：①创新性。新概念飞机在许多方面有突破与创新，是创新思维和高新技术相结合的产物。②高效性。军用新概念飞机在作战效能方面有重大突破，可在未来高技术战争中发挥巨大作用，并满足各种新的作战任务需要。民用新概念飞机则在经济效率方面有大幅度提高。③时代性。新概念飞机是一个相对、动态的概念系统。随着社会发展和科技进步，某一时代的新概念飞机将日趋成熟并得到广泛应用。④探索性。新概念飞机的高技术含量远比传统飞机大，探索性强，可利用价值高，并能在近期或不久的将来得以实现。
专家指出，新概念飞机的出现主要基于需求发展和技术推动。从需求发展方面看，替代能源是人们近期期待解决的主题；从技术推动方面看，先进技术的迅猛发展为人类实现多年的梦想提供了技术保障。目前正在发展的典型新概念飞机主要有“氢燃料”飞机、太阳能飞机、旋翼-固定翼复合式飞机、智能变形飞机、单人飞行器、“旋转”机翼飞机以及采用各种新颖布局的飞机等，这些新概念飞机在一定程度上代表了未来飞行器的发展方向。
“氢燃料”飞机
目前，国外正在积极探索可取代石油的飞机发动机燃料，其中液态氢被认为最具应用前途。氢用作飞机发动机燃料，具有燃烧热值高、无污染、资源丰富等优点，但达到实用化尚需解决三个问题：①发明获取氢的新技术。目前，人们采用电解方法获得氢，为获得一个能量单位的氢，需要付出三个能量单位的代价，成本昂贵，经济上不合算。②研制可储存压缩氢的特殊燃料箱。氢气很轻，必须经过压缩或在低温下液化，而且氢易气化、着火、爆炸，所以要求在低温下将液氢贮存在特殊容器里。③配备氢燃料供应站。现今，遍布世界各地的机场都已配备石油燃料供应系统，改用氢燃料需要对机场地面设施进行技术改造，是一项耗资极大的工程。
在探索氢燃料飞机方面，1988年前苏联曾将一架“图”-154飞机改装后使用氢燃料进行过试飞，1996年德国和俄罗斯联合提出“低温燃料飞机”研制计划，将一架DO.328飞机改装成氢燃料飞机验证机。2000年欧盟提出CRYOPLANE计划，目的是研究飞机使用液氢燃料的可行性，研究内容涉及飞机外形及性能、系统与元件、非传统推进系统、飞行安全性、环境兼容性、燃料生产与分销的基础设施、航空港等。根据欧盟这项雄伟计划，以空中客车工业公司为首的35家欧洲企业和研究中心经过两年多研究指出，液氢作为未来航空燃料在技术上是可行的，使用液氢不但能极大降低飞机飞行对环境的影响，而且也能充分满足目前世界航空适航性的安全要求。研究表明，相同重量液氢的能量含量比煤油高2.8倍，因而可以大大降低飞机起飞重量或增加飞机装载货物量。但研究也表明，液氢的体积以及必要的隔离设施将极大地改变目前飞机外形设计，因此还需要深入研究飞机燃料供应系统各种部件的组合。此外，如何处理氢燃料燃烧后排出的大量水(比煤油燃烧后多2.8倍)?会不会对飞行产生影响?这些问题需要通过试飞予以解决。
太阳能飞机
美国研制成功能够昼夜飞行的“太阳神”号高空长航时太阳能无人机。在2001年一次试飞中，该机飞行高度突破29.5km，创造了无火箭动力飞机的飞行高度纪录。“太阳神”无人机空重600kg，最大起飞重量929kg，长3.7m，活动机翼全面伸展时达75m，机翼面积为183.6m2。翼型采用特殊设计方法，以确保机翼在空气稀薄的高空保持足够的升力。主要承重结构采用碳纤维复合材料，其他结构部分采用特殊木制板。该机由地面人员通过电脑遥控飞行，机身上装有14个螺旋桨，动力来自机翼上的太阳能电池板。目前，“太阳神”无人机只能飞行18h，未来将安装轻型燃料电池，以便将白天剩余的电能储存起来供夜间使用，实现长达几个月的不间断飞行。
据称，高空长航时太阳能无人机具有十分广阔的应用前景，包括：取代目前使用的一些通信卫星和科学观测卫星，从而节省相当可观的使用成本；能到核爆现场采样；在预定空域长时间盘旋侦查敌情；校炮或者为战机指引攻击目标；探查地球资源、监视农作物病虫害、探测空气污染情况；在台风上空飞行，跟踪和检测暴风雨。但专家认为，太阳能飞机的最大缺点是单位面积的能量太小，能量转化率较低。目前太阳能电池的能量转化率大约为30%，预计随着技术发展可提高至50%。另外，太阳能飞机速度过慢，“太阳神”无人机的起飞速度和自行车速度相当，巡航速度仅为3Okm/h~40km/h。所以专家认为太阳能飞机只适于无人机形式，没必要发展有人驾驶太阳能飞机。
旋翼-固定翼复合式飞机
如何将固定翼飞机和直升机这两种飞行方式结合起来，使飞机既能像直升机一样垂直起降，又具有固定翼飞机的水平飞行速度，一直是飞机设计人员追求的目标。美国贝尔/波音直升机公司研制的V-22“鱼鹰”倾转旋翼飞机是迄今较为成功的一种复合式飞机。该机在起飞着陆时旋翼处于垂直状态，因此可以像直升机一样垂直升降；当升至预定高度时旋翼从垂直状态逐渐转至水平状态，飞机也从垂直飞行过渡到水平飞行。
目前，波音公司又推出一种更具革新性的复合式飞机，即“蜻蜓”鸭式旋翼/机翼无人机。该机在起降时旋翼如同直升机上的螺旋桨，当垂直升到一定高度时旋翼被锁定在机身上成为固定机翼，所以飞机既具有直升机一样的需直起降和空中悬停能力，又能像固定翼飞机那样高速巡航飞行。这种设计不仅融合了两种不同飞机的飞行性能，提高各自的飞行包线，而且还具有较低的信号特征和很好的高速飞行生存性。“蜻蜓”无人机采用鸭式布局，除设有一对前翼和平尾外，最大特点是有一副兼有旋翼和机翼功能的“旋翼/机翼”，动力装置采用常规涡扇发动机。当“蜻蜓”无人机以垂直起降模式起飞时，发动机通过装在旋翼/机翼翼梢的喷口喷气，使旋翼/机翼旋转产生升力；前飞时，发动机通过飞机后部的尾喷口喷气提供推力，同时将旋转的旋翼/机翼锁定成机翼，并与鸭式前翼一起共同为飞机提供升力。该无人机长5.4m,高2m，机身前部的前翼翼展2.71m，机身后部的水平尾翼翼展2.47m，机身中部的旋翼直径3.65m，目前飞行速度不超过277km/h。按设想，实用的有人驾驶和无人驾驶型鸭式旋翼/机翼飞机要求达到693km/h的巡航速度和10668m的飞行高度。有人驾驶型的操纵任务相对来说比较简单，飞行员只管指定飞行方向以及起飞和着陆，其他操作全靠自动飞行控制系统实施。
波音公司已制造出两架“蜻蜓”无人驾驶样机，其中编号为X-5OA的无人机已完成地面测试工作，准备近期首飞，试验重点是旋翼模式与固定翼模式之间的转换。当飞行速度达到222km/h时，该机前部的前翼和后部的水平安定面产生的升力将平衡X-50A的重量，在240km/h时进行旋翼模式与固定翼模式之间的转换。值得指出的是，按照实用飞行器的标准，“蜻蜓”无人机目前仍处在发展初期，有许多技术问题需要解决，比如如何将桨叶从椭圆边缘过渡到低阻翼型和如何将叶尖喷嘴适时关闭等。但是，由于“蜻蜓”无人机比常规直升机飞得更快、更高、更远，并具有更大的机动性，同时与常规喷气式固定翼飞机相比又具有垂直起降和更好的使用灵活性，所以受到美军重视。美海军和海军陆战队拟用较小尺寸的“蜻蜓”作为舰载无人机，用于对沿海地区提供军事支援，海军陆战队还计划采用有人驾驶型“蜻蜓”飞机作为下一代有人垂直起降攻击机，并用作V-22“鱼鹰”倾转旋翼机的武装护航机。另外，“蜻蜓”无人机也是美陆军提出的无人战斗旋翼机计划的候选机型，主要用于执行低空侦察和攻击任务。
“旋转”机翼飞机
传统上，飞机主要靠改变机翼的形状获得更多的升力，但国外一直在探索产生升力的新方法。一位英籍美国人最近发明一种称为“旋转”机翼飞机的新式飞行器，它将螺旋桨和固定机翼合二为一，机翼类似一个长圆筒，内装有螺旋桨叶片，发动机驱动螺旋桨叶片，转动的叶片使机翼翼面上方的气流快速流动，降低局部压力，从而产生向上的升力，所以飞机可以像直升机一样垂直起飞。同时，空气流经螺旋桨也产生动力，推动飞行器向前运动，机翼前缘的副翼控制进入螺旋桨的气流，改变两端副翼的角度使飞机转向。“旋转”机翼飞机体现了一种全新的飞行技术，它结合了直升机和传统固定翼飞机的诸多特点，如起降方便，并具有耗油量小、噪声小、生产与使用成本低等优点。但是，现行设计的“旋转”机翼飞机模型还存在许多致命缺点，例如飞机几乎没有滑翔能力，一旦发动机熄灭就会急速下坠；空中飞鸟很容易飞入高速旋转的叶片之间，卡住螺旋桨，导致升力下降。尽管如此，“旋转”机翼飞机发展前景光明，甚至2004年有望进入市场。
智能变形机翼飞机
美国近年提出研制一种可以在不同飞行状态像鸟一样改变外形的智能变形机翼。2002年，NASA制订了“21世纪航空发展展望”规划，其中最引人注目的是预计将于2030年问世的“变形”飞机，它可以像鸟一样随意在空中进行盘旋、倒飞和侧向滑行。 NASA认为，“变形”飞机将采用新型机翼、革命性机体概念、先进智能结构与控制系统等一系列新技术。其机翼像鸟翅膀一样柔软，通过应用灵敏的传感器和动作装置，平稳又持续地改变形状，以响应不断变化的飞行条件。虽然某些现役飞机，如美海军F-14“雄猫”战斗机和B -1超音速轰炸机具有调整机翼的能力，但它们的机翼是刚性结构，需要用大型枢轴装置与机身连接，而“变形”飞机将采用具有“形状记忆”能力的智能材料，这种材料能够“感觉”压力和按指令弯曲，使机翼形成不同的结构形状，从而使飞机的外形结构更适合于不同飞行任务和飞行条件下的性能要求。另一种重要的智能材料是压电陶瓷，这种材料可以对电压、温度等多种环境因素的变化作出灵敏反应。利用压电陶瓷制造智能谐振器，可减少机翼由于气流压力而产生的振动和噪声。“变形”飞机还将采用一种具有自我复原功能的材料，这种材料在一定温度下能恢复形状，例如当一颗炮弹穿透飞机结构后，这种材料将通过自修复功能，使飞机结构“痊愈”，从而大大提高可靠性和生存能力。
单人飞行器
专家认为，单人飞行器具有广阔应用前景，特别适于军事用途。例如在未来单兵或城市作战中，单兵或特种作战部队士兵可利用单人飞行器在任何地形起飞和降落，能完成许多超出人类极限能力的任务。
美国防部正在资助研制一种名为“单飞客”的单人垂直起降飞行器，它携带一名操纵者飞行，无机身，但有一个似三角形机翼，可以固定在操纵者的背上，机翼根部内置一台两冲程活塞式发动机，用于驱动一对对转函道风扇。操纵者双手握住手轮式操纵柄，左手控制油门，右手控制飞行方向，通过头盔显示器获取飞行信息。发动机启动后，飞行器垂直升起，只要操纵者前倾15°~20°，飞行器就可前向飞行。“单飞客”长1.57m，宽2.64m，高2.3m，空重125kg，最大起飞重量为325kg，最大速度128km/h，续航时间1.5h，航程为240km，虽然飞行高度距地仅30m，但最大悬停高度可达2440m.2001年底，“单飞客”首次载人飞行，但飞行器上装有系绳，且仅在距地不足1m的高度旋停了20s。按计划，2003年“单飞客”飞行器将交付美国特种作战司令部试验评估。另外，研制商在“单飞客”飞行器的基础上提出一种衍生型构想，即“双飞客”。“双飞客”是一种低噪声、低可探测、低红外特征的飞行器，长4.82m，翼展2.44m，最大起飞重量657kg，能携带108kg有效载荷飞行555km，可在空中悬停/巡航2h。该飞行器将完全采用机械操纵系统，操纵简单，并将配备自动弹射降落伞救生系统。(原载《国防科技》2003年第17期)
（2003年10月15日）
编者按：本文作者就近期或不久的将来可能出现的新概念飞机及相关新技术，采访了空军科研部原部长朱宝流研究员、中国航空工业第一集团公司科技委副主任顾诵芬院士等有关专家，本文根据访谈内容编写。
新概念飞机是指尚处于研制或探索中的一类飞行器，与传统飞机相比其设计思路、气动布局和飞行原理均有显著不同，具有以下主要特征：①创新性。新概念飞机在许多方面有突破与创新，是创新思维和高新技术相结合的产物。②高效性。军用新概念飞机在作战效能方面有重大突破，可在未来高技术战争中发挥巨大作用，并满足各种新的作战任务需要。民用新概念飞机则在经济效率方面有大幅度提高。③时代性。新概念飞机是一个相对、动态的概念系统。随着社会发展和科技进步，某一时代的新概念飞机将日趋成熟并得到广泛应用。④探索性。新概念飞机的高技术含量远比传统飞机大，探索性强，可利用价值高，并能在近期或不久的将来得以实现。
专家指出，新概念飞机的出现主要基于需求发展和技术推动。从需求发展方面看，替代能源是人们近期期待解决的主题；从技术推动方面看，先进技术的迅猛发展为人类实现多年的梦想提供了技术保障。目前正在发展的典型新概念飞机主要有“氢燃料”飞机、太阳能飞机、旋翼-固定翼复合式飞机、智能变形飞机、单人飞行器、“旋转”机翼飞机以及采用各种新颖布局的飞机等，这些新概念飞机在一定程度上代表了未来飞行器的发展方向。
“氢燃料”飞机
目前，国外正在积极探索可取代石油的飞机发动机燃料，其中液态氢被认为最具应用前途。氢用作飞机发动机燃料，具有燃烧热值高、无污染、资源丰富等优点，但达到实用化尚需解决三个问题：①发明获取氢的新技术。目前，人们采用电解方法获得氢，为获得一个能量单位的氢，需要付出三个能量单位的代价，成本昂贵，经济上不合算。②研制可储存压缩氢的特殊燃料箱。氢气很轻，必须经过压缩或在低温下液化，而且氢易气化、着火、爆炸，所以要求在低温下将液氢贮存在特殊容器里。③配备氢燃料供应站。现今，遍布世界各地的机场都已配备石油燃料供应系统，改用氢燃料需要对机场地面设施进行技术改造，是一项耗资极大的工程。
在探索氢燃料飞机方面，1988年前苏联曾将一架“图”-154飞机改装后使用氢燃料进行过试飞，1996年德国和俄罗斯联合提出“低温燃料飞机”研制计划，将一架DO.328飞机改装成氢燃料飞机验证机。2000年欧盟提出CRYOPLANE计划，目的是研究飞机使用液氢燃料的可行性，研究内容涉及飞机外形及性能、系统与元件、非传统推进系统、飞行安全性、环境兼容性、燃料生产与分销的基础设施、航空港等。根据欧盟这项雄伟计划，以空中客车工业公司为首的35家欧洲企业和研究中心经过两年多研究指出，液氢作为未来航空燃料在技术上是可行的，使用液氢不但能极大降低飞机飞行对环境的影响，而且也能充分满足目前世界航空适航性的安全要求。研究表明，相同重量液氢的能量含量比煤油高2.8倍，因而可以大大降低飞机起飞重量或增加飞机装载货物量。但研究也表明，液氢的体积以及必要的隔离设施将极大地改变目前飞机外形设计，因此还需要深入研究飞机燃料供应系统各种部件的组合。此外，如何处理氢燃料燃烧后排出的大量水(比煤油燃烧后多2.8倍)?会不会对飞行产生影响?这些问题需要通过试飞予以解决。
太阳能飞机
美国研制成功能够昼夜飞行的“太阳神”号高空长航时太阳能无人机。在2001年一次试飞中，该机飞行高度突破29.5km，创造了无火箭动力飞机的飞行高度纪录。“太阳神”无人机空重600kg，最大起飞重量929kg，长3.7m，活动机翼全面伸展时达75m，机翼面积为183.6m2。翼型采用特殊设计方法，以确保机翼在空气稀薄的高空保持足够的升力。主要承重结构采用碳纤维复合材料，其他结构部分采用特殊木制板。该机由地面人员通过电脑遥控飞行，机身上装有14个螺旋桨，动力来自机翼上的太阳能电池板。目前，“太阳神”无人机只能飞行18h，未来将安装轻型燃料电池，以便将白天剩余的电能储存起来供夜间使用，实现长达几个月的不间断飞行。
据称，高空长航时太阳能无人机具有十分广阔的应用前景，包括：取代目前使用的一些通信卫星和科学观测卫星，从而节省相当可观的使用成本；能到核爆现场采样；在预定空域长时间盘旋侦查敌情；校炮或者为战机指引攻击目标；探查地球资源、监视农作物病虫害、探测空气污染情况；在台风上空飞行，跟踪和检测暴风雨。但专家认为，太阳能飞机的最大缺点是单位面积的能量太小，能量转化率较低。目前太阳能电池的能量转化率大约为30%，预计随着技术发展可提高至50%。另外，太阳能飞机速度过慢，“太阳神”无人机的起飞速度和自行车速度相当，巡航速度仅为3Okm/h~40km/h。所以专家认为太阳能飞机只适于无人机形式，没必要发展有人驾驶太阳能飞机。
旋翼-固定翼复合式飞机
如何将固定翼飞机和直升机这两种飞行方式结合起来，使飞机既能像直升机一样垂直起降，又具有固定翼飞机的水平飞行速度，一直是飞机设计人员追求的目标。美国贝尔/波音直升机公司研制的V-22“鱼鹰”倾转旋翼飞机是迄今较为成功的一种复合式飞机。该机在起飞着陆时旋翼处于垂直状态，因此可以像直升机一样垂直升降；当升至预定高度时旋翼从垂直状态逐渐转至水平状态，飞机也从垂直飞行过渡到水平飞行。
目前，波音公司又推出一种更具革新性的复合式飞机，即“蜻蜓”鸭式旋翼/机翼无人机。该机在起降时旋翼如同直升机上的螺旋桨，当垂直升到一定高度时旋翼被锁定在机身上成为固定机翼，所以飞机既具有直升机一样的需直起降和空中悬停能力，又能像固定翼飞机那样高速巡航飞行。这种设计不仅融合了两种不同飞机的飞行性能，提高各自的飞行包线，而且还具有较低的信号特征和很好的高速飞行生存性。“蜻蜓”无人机采用鸭式布局，除设有一对前翼和平尾外，最大特点是有一副兼有旋翼和机翼功能的“旋翼/机翼”，动力装置采用常规涡扇发动机。当“蜻蜓”无人机以垂直起降模式起飞时，发动机通过装在旋翼/机翼翼梢的喷口喷气，使旋翼/机翼旋转产生升力；前飞时，发动机通过飞机后部的尾喷口喷气提供推力，同时将旋转的旋翼/机翼锁定成机翼，并与鸭式前翼一起共同为飞机提供升力。该无人机长5.4m,高2m，机身前部的前翼翼展2.71m，机身后部的水平尾翼翼展2.47m，机身中部的旋翼直径3.65m，目前飞行速度不超过277km/h。按设想，实用的有人驾驶和无人驾驶型鸭式旋翼/机翼飞机要求达到693km/h的巡航速度和10668m的飞行高度。有人驾驶型的操纵任务相对来说比较简单，飞行员只管指定飞行方向以及起飞和着陆，其他操作全靠自动飞行控制系统实施。
波音公司已制造出两架“蜻蜓”无人驾驶样机，其中编号为X-5OA的无人机已完成地面测试工作，准备近期首飞，试验重点是旋翼模式与固定翼模式之间的转换。当飞行速度达到222km/h时，该机前部的前翼和后部的水平安定面产生的升力将平衡X-50A的重量，在240km/h时进行旋翼模式与固定翼模式之间的转换。值得指出的是，按照实用飞行器的标准，“蜻蜓”无人机目前仍处在发展初期，有许多技术问题需要解决，比如如何将桨叶从椭圆边缘过渡到低阻翼型和如何将叶尖喷嘴适时关闭等。但是，由于“蜻蜓”无人机比常规直升机飞得更快、更高、更远，并具有更大的机动性，同时与常规喷气式固定翼飞机相比又具有垂直起降和更好的使用灵活性，所以受到美军重视。美海军和海军陆战队拟用较小尺寸的“蜻蜓”作为舰载无人机，用于对沿海地区提供军事支援，海军陆战队还计划采用有人驾驶型“蜻蜓”飞机作为下一代有人垂直起降攻击机，并用作V-22“鱼鹰”倾转旋翼机的武装护航机。另外，“蜻蜓”无人机也是美陆军提出的无人战斗旋翼机计划的候选机型，主要用于执行低空侦察和攻击任务。
“旋转”机翼飞机
传统上，飞机主要靠改变机翼的形状获得更多的升力，但国外一直在探索产生升力的新方法。一位英籍美国人最近发明一种称为“旋转”机翼飞机的新式飞行器，它将螺旋桨和固定机翼合二为一，机翼类似一个长圆筒，内装有螺旋桨叶片，发动机驱动螺旋桨叶片，转动的叶片使机翼翼面上方的气流快速流动，降低局部压力，从而产生向上的升力，所以飞机可以像直升机一样垂直起飞。同时，空气流经螺旋桨也产生动力，推动飞行器向前运动，机翼前缘的副翼控制进入螺旋桨的气流，改变两端副翼的角度使飞机转向。“旋转”机翼飞机体现了一种全新的飞行技术，它结合了直升机和传统固定翼飞机的诸多特点，如起降方便，并具有耗油量小、噪声小、生产与使用成本低等优点。但是，现行设计的“旋转”机翼飞机模型还存在许多致命缺点，例如飞机几乎没有滑翔能力，一旦发动机熄灭就会急速下坠；空中飞鸟很容易飞入高速旋转的叶片之间，卡住螺旋桨，导致升力下降。尽管如此，“旋转”机翼飞机发展前景光明，甚至2004年有望进入市场。
智能变形机翼飞机
美国近年提出研制一种可以在不同飞行状态像鸟一样改变外形的智能变形机翼。2002年，NASA制订了“21世纪航空发展展望”规划，其中最引人注目的是预计将于2030年问世的“变形”飞机，它可以像鸟一样随意在空中进行盘旋、倒飞和侧向滑行。 NASA认为，“变形”飞机将采用新型机翼、革命性机体概念、先进智能结构与控制系统等一系列新技术。其机翼像鸟翅膀一样柔软，通过应用灵敏的传感器和动作装置，平稳又持续地改变形状，以响应不断变化的飞行条件。虽然某些现役飞机，如美海军F-14“雄猫”战斗机和B -1超音速轰炸机具有调整机翼的能力，但它们的机翼是刚性结构，需要用大型枢轴装置与机身连接，而“变形”飞机将采用具有“形状记忆”能力的智能材料，这种材料能够“感觉”压力和按指令弯曲，使机翼形成不同的结构形状，从而使飞机的外形结构更适合于不同飞行任务和飞行条件下的性能要求。另一种重要的智能材料是压电陶瓷，这种材料可以对电压、温度等多种环境因素的变化作出灵敏反应。利用压电陶瓷制造智能谐振器，可减少机翼由于气流压力而产生的振动和噪声。“变形”飞机还将采用一种具有自我复原功能的材料，这种材料在一定温度下能恢复形状，例如当一颗炮弹穿透飞机结构后，这种材料将通过自修复功能，使飞机结构“痊愈”，从而大大提高可靠性和生存能力。
单人飞行器
专家认为，单人飞行器具有广阔应用前景，特别适于军事用途。例如在未来单兵或城市作战中，单兵或特种作战部队士兵可利用单人飞行器在任何地形起飞和降落，能完成许多超出人类极限能力的任务。
美国防部正在资助研制一种名为“单飞客”的单人垂直起降飞行器，它携带一名操纵者飞行，无机身，但有一个似三角形机翼，可以固定在操纵者的背上，机翼根部内置一台两冲程活塞式发动机，用于驱动一对对转函道风扇。操纵者双手握住手轮式操纵柄，左手控制油门，右手控制飞行方向，通过头盔显示器获取飞行信息。发动机启动后，飞行器垂直升起，只要操纵者前倾15°~20°，飞行器就可前向飞行。“单飞客”长1.57m，宽2.64m，高2.3m，空重125kg，最大起飞重量为325kg，最大速度128km/h，续航时间1.5h，航程为240km，虽然飞行高度距地仅30m，但最大悬停高度可达2440m.2001年底，“单飞客”首次载人飞行，但飞行器上装有系绳，且仅在距地不足1m的高度旋停了20s。按计划，2003年“单飞客”飞行器将交付美国特种作战司令部试验评估。另外，研制商在“单飞客”飞行器的基础上提出一种衍生型构想，即“双飞客”。“双飞客”是一种低噪声、低可探测、低红外特征的飞行器，长4.82m，翼展2.44m，最大起飞重量657kg，能携带108kg有效载荷飞行555km，可在空中悬停/巡航2h。该飞行器将完全采用机械操纵系统，操纵简单，并将配备自动弹射降落伞救生系统。(原载《国防科技》2003年第17期)21世纪的新概念飞机（上） (转自中国兵器工业集团公司网)
（2003年10月15日）
编者按：本文作者就近期或不久的将来可能出现的新概念飞机及相关新技术，采访了空军科研部原部长朱宝流研究员、中国航空工业第一集团公司科技委副主任顾诵芬院士等有关专家，本文根据访谈内容编写。
新概念飞机是指尚处于研制或探索中的一类飞行器，与传统飞机相比其设计思路、气动布局和飞行原理均有显著不同，具有以下主要特征：①创新性。新概念飞机在许多方面有突破与创新，是创新思维和高新技术相结合的产物。②高效性。军用新概念飞机在作战效能方面有重大突破，可在未来高技术战争中发挥巨大作用，并满足各种新的作战任务需要。民用新概念飞机则在经济效率方面有大幅度提高。③时代性。新概念飞机是一个相对、动态的概念系统。随着社会发展和科技进步，某一时代的新概念飞机将日趋成熟并得到广泛应用。④探索性。新概念飞机的高技术含量远比传统飞机大，探索性强，可利用价值高，并能在近期或不久的将来得以实现。
专家指出，新概念飞机的出现主要基于需求发展和技术推动。从需求发展方面看，替代能源是人们近期期待解决的主题；从技术推动方面看，先进技术的迅猛发展为人类实现多年的梦想提供了技术保障。目前正在发展的典型新概念飞机主要有“氢燃料”飞机、太阳能飞机、旋翼-固定翼复合式飞机、智能变形飞机、单人飞行器、“旋转”机翼飞机以及采用各种新颖布局的飞机等，这些新概念飞机在一定程度上代表了未来飞行器的发展方向。
“氢燃料”飞机
目前，国外正在积极探索可取代石油的飞机发动机燃料，其中液态氢被认为最具应用前途。氢用作飞机发动机燃料，具有燃烧热值高、无污染、资源丰富等优点，但达到实用化尚需解决三个问题：①发明获取氢的新技术。目前，人们采用电解方法获得氢，为获得一个能量单位的氢，需要付出三个能量单位的代价，成本昂贵，经济上不合算。②研制可储存压缩氢的特殊燃料箱。氢气很轻，必须经过压缩或在低温下液化，而且氢易气化、着火、爆炸，所以要求在低温下将液氢贮存在特殊容器里。③配备氢燃料供应站。现今，遍布世界各地的机场都已配备石油燃料供应系统，改用氢燃料需要对机场地面设施进行技术改造，是一项耗资极大的工程。
在探索氢燃料飞机方面，1988年前苏联曾将一架“图”-154飞机改装后使用氢燃料进行过试飞，1996年德国和俄罗斯联合提出“低温燃料飞机”研制计划，将一架DO.328飞机改装成氢燃料飞机验证机。2000年欧盟提出CRYOPLANE计划，目的是研究飞机使用液氢燃料的可行性，研究内容涉及飞机外形及性能、系统与元件、非传统推进系统、飞行安全性、环境兼容性、燃料生产与分销的基础设施、航空港等。根据欧盟这项雄伟计划，以空中客车工业公司为首的35家欧洲企业和研究中心经过两年多研究指出，液氢作为未来航空燃料在技术上是可行的，使用液氢不但能极大降低飞机飞行对环境的影响，而且也能充分满足目前世界航空适航性的安全要求。研究表明，相同重量液氢的能量含量比煤油高2.8倍，因而可以大大降低飞机起飞重量或增加飞机装载货物量。但研究也表明，液氢的体积以及必要的隔离设施将极大地改变目前飞机外形设计，因此还需要深入研究飞机燃料供应系统各种部件的组合。此外，如何处理氢燃料燃烧后排出的大量水(比煤油燃烧后多2.8倍)?会不会对飞行产生影响?这些问题需要通过试飞予以解决。
太阳能飞机
美国研制成功能够昼夜飞行的“太阳神”号高空长航时太阳能无人机。在2001年一次试飞中，该机飞行高度突破29.5km，创造了无火箭动力飞机的飞行高度纪录。“太阳神”无人机空重600kg，最大起飞重量929kg，长3.7m，活动机翼全面伸展时达75m，机翼面积为183.6m2。翼型采用特殊设计方法，以确保机翼在空气稀薄的高空保持足够的升力。主要承重结构采用碳纤维复合材料，其他结构部分采用特殊木制板。该机由地面人员通过电脑遥控飞行，机身上装有14个螺旋桨，动力来自机翼上的太阳能电池板。目前，“太阳神”无人机只能飞行18h，未来将安装轻型燃料电池，以便将白天剩余的电能储存起来供夜间使用，实现长达几个月的不间断飞行。
据称，高空长航时太阳能无人机具有十分广阔的应用前景，包括：取代目前使用的一些通信卫星和科学观测卫星，从而节省相当可观的使用成本；能到核爆现场采样；在预定空域长时间盘旋侦查敌情；校炮或者为战机指引攻击目标；探查地球资源、监视农作物病虫害、探测空气污染情况；在台风上空飞行，跟踪和检测暴风雨。但专家认为，太阳能飞机的最大缺点是单位面积的能量太小，能量转化率较低。目前太阳能电池的能量转化率大约为30%，预计随着技术发展可提高至50%。另外，太阳能飞机速度过慢，“太阳神”无人机的起飞速度和自行车速度相当，巡航速度仅为3Okm/h~40km/h。所以专家认为太阳能飞机只适于无人机形式，没必要发展有人驾驶太阳能飞机。
旋翼-固定翼复合式飞机
如何将固定翼飞机和直升机这两种飞行方式结合起来，使飞机既能像直升机一样垂直起降，又具有固定翼飞机的水平飞行速度，一直是飞机设计人员追求的目标。美国贝尔/波音直升机公司研制的V-22“鱼鹰”倾转旋翼飞机是迄今较为成功的一种复合式飞机。该机在起飞着陆时旋翼处于垂直状态，因此可以像直升机一样垂直升降；当升至预定高度时旋翼从垂直状态逐渐转至水平状态，飞机也从垂直飞行过渡到水平飞行。
目前，波音公司又推出一种更具革新性的复合式飞机，即“蜻蜓”鸭式旋翼/机翼无人机。该机在起降时旋翼如同直升机上的螺旋桨，当垂直升到一定高度时旋翼被锁定在机身上成为固定机翼，所以飞机既具有直升机一样的需直起降和空中悬停能力，又能像固定翼飞机那样高速巡航飞行。这种设计不仅融合了两种不同飞机的飞行性能，提高各自的飞行包线，而且还具有较低的信号特征和很好的高速飞行生存性。“蜻蜓”无人机采用鸭式布局，除设有一对前翼和平尾外，最大特点是有一副兼有旋翼和机翼功能的“旋翼/机翼”，动力装置采用常规涡扇发动机。当“蜻蜓”无人机以垂直起降模式起飞时，发动机通过装在旋翼/机翼翼梢的喷口喷气，使旋翼/机翼旋转产生升力；前飞时，发动机通过飞机后部的尾喷口喷气提供推力，同时将旋转的旋翼/机翼锁定成机翼，并与鸭式前翼一起共同为飞机提供升力。该无人机长5.4m,高2m，机身前部的前翼翼展2.71m，机身后部的水平尾翼翼展2.47m，机身中部的旋翼直径3.65m，目前飞行速度不超过277km/h。按设想，实用的有人驾驶和无人驾驶型鸭式旋翼/机翼飞机要求达到693km/h的巡航速度和10668m的飞行高度。有人驾驶型的操纵任务相对来说比较简单，飞行员只管指定飞行方向以及起飞和着陆，其他操作全靠自动飞行控制系统实施。
波音公司已制造出两架“蜻蜓”无人驾驶样机，其中编号为X-5OA的无人机已完成地面测试工作，准备近期首飞，试验重点是旋翼模式与固定翼模式之间的转换。当飞行速度达到222km/h时，该机前部的前翼和后部的水平安定面产生的升力将平衡X-50A的重量，在240km/h时进行旋翼模式与固定翼模式之间的转换。值得指出的是，按照实用飞行器的标准，“蜻蜓”无人机目前仍处在发展初期，有许多技术问题需要解决，比如如何将桨叶从椭圆边缘过渡到低阻翼型和如何将叶尖喷嘴适时关闭等。但是，由于“蜻蜓”无人机比常规直升机飞得更快、更高、更远，并具有更大的机动性，同时与常规喷气式固定翼飞机相比又具有垂直起降和更好的使用灵活性，所以受到美军重视。美海军和海军陆战队拟用较小尺寸的“蜻蜓”作为舰载无人机，用于对沿海地区提供军事支援，海军陆战队还计划采用有人驾驶型“蜻蜓”飞机作为下一代有人垂直起降攻击机，并用作V-22“鱼鹰”倾转旋翼机的武装护航机。另外，“蜻蜓”无人机也是美陆军提出的无人战斗旋翼机计划的候选机型，主要用于执行低空侦察和攻击任务。
“旋转”机翼飞机
传统上，飞机主要靠改变机翼的形状获得更多的升力，但国外一直在探索产生升力的新方法。一位英籍美国人最近发明一种称为“旋转”机翼飞机的新式飞行器，它将螺旋桨和固定机翼合二为一，机翼类似一个长圆筒，内装有螺旋桨叶片，发动机驱动螺旋桨叶片，转动的叶片使机翼翼面上方的气流快速流动，降低局部压力，从而产生向上的升力，所以飞机可以像直升机一样垂直起飞。同时，空气流经螺旋桨也产生动力，推动飞行器向前运动，机翼前缘的副翼控制进入螺旋桨的气流，改变两端副翼的角度使飞机转向。“旋转”机翼飞机体现了一种全新的飞行技术，它结合了直升机和传统固定翼飞机的诸多特点，如起降方便，并具有耗油量小、噪声小、生产与使用成本低等优点。但是，现行设计的“旋转”机翼飞机模型还存在许多致命缺点，例如飞机几乎没有滑翔能力，一旦发动机熄灭就会急速下坠；空中飞鸟很容易飞入高速旋转的叶片之间，卡住螺旋桨，导致升力下降。尽管如此，“旋转”机翼飞机发展前景光明，甚至2004年有望进入市场。
智能变形机翼飞机
美国近年提出研制一种可以在不同飞行状态像鸟一样改变外形的智能变形机翼。2002年，NASA制订了“21世纪航空发展展望”规划，其中最引人注目的是预计将于2030年问世的“变形”飞机，它可以像鸟一样随意在空中进行盘旋、倒飞和侧向滑行。 NASA认为，“变形”飞机将采用新型机翼、革命性机体概念、先进智能结构与控制系统等一系列新技术。其机翼像鸟翅膀一样柔软，通过应用灵敏的传感器和动作装置，平稳又持续地改变形状，以响应不断变化的飞行条件。虽然某些现役飞机，如美海军F-14“雄猫”战斗机和B -1超音速轰炸机具有调整机翼的能力，但它们的机翼是刚性结构，需要用大型枢轴装置与机身连接，而“变形”飞机将采用具有“形状记忆”能力的智能材料，这种材料能够“感觉”压力和按指令弯曲，使机翼形成不同的结构形状，从而使飞机的外形结构更适合于不同飞行任务和飞行条件下的性能要求。另一种重要的智能材料是压电陶瓷，这种材料可以对电压、温度等多种环境因素的变化作出灵敏反应。利用压电陶瓷制造智能谐振器，可减少机翼由于气流压力而产生的振动和噪声。“变形”飞机还将采用一种具有自我复原功能的材料，这种材料在一定温度下能恢复形状，例如当一颗炮弹穿透飞机结构后，这种材料将通过自修复功能，使飞机结构“痊愈”，从而大大提高可靠性和生存能力。
单人飞行器
专家认为，单人飞行器具有广阔应用前景，特别适于军事用途。例如在未来单兵或城市作战中，单兵或特种作战部队士兵可利用单人飞行器在任何地形起飞和降落，能完成许多超出人类极限能力的任务。
美国防部正在资助研制一种名为“单飞客”的单人垂直起降飞行器，它携带一名操纵者飞行，无机身，但有一个似三角形机翼，可以固定在操纵者的背上，机翼根部内置一台两冲程活塞式发动机，用于驱动一对对转函道风扇。操纵者双手握住手轮式操纵柄，左手控制油门，右手控制飞行方向，通过头盔显示器获取飞行信息。发动机启动后，飞行器垂直升起，只要操纵者前倾15°~20°，飞行器就可前向飞行。“单飞客”长1.57m，宽2.64m，高2.3m，空重125kg，最大起飞重量为325kg，最大速度128km/h，续航时间1.5h，航程为240km，虽然飞行高度距地仅30m，但最大悬停高度可达2440m.2001年底，“单飞客”首次载人飞行，但飞行器上装有系绳，且仅在距地不足1m的高度旋停了20s。按计划，2003年“单飞客”飞行器将交付美国特种作战司令部试验评估。另外，研制商在“单飞客”飞行器的基础上提出一种衍生型构想，即“双飞客”。“双飞客”是一种低噪声、低可探测、低红外特征的飞行器，长4.82m，翼展2.44m，最大起飞重量657kg，能携带108kg有效载荷飞行555km，可在空中悬停/巡航2h。该飞行器将完全采用机械操纵系统，操纵简单，并将配备自动弹射降落伞救生系统。(原载《国防科技》2003年第17期)