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2020年高超声速技术研究进展概述

2020年12月,美国航空航天学会主办的《美国航宇》(Aerospace America)杂志概述了2020年高超声速技术研究进展。

高超声速技术和航空航天飞机技术委员会致力于拓展高超声速的知识库,通过地面和飞行试验促进高超声速技术的持续进步。2020年,新冠疫情的爆发并没有减缓高超声速技术进步的步伐,高超声速技术在建模与仿真、设计、地面试验设施和飞行试验等方面都取得了显著进展。2020年10月,美国国防部研究与工程副部长办公室的联合高超声速过渡办公室(JHTO)邀请德克萨斯A&M大学的工程实验站建立和管理一个应用高超声速技术的大学联盟,并将在未来5年的时间里,每年向其支付2000万美元的研究经费。JHTO主任吉莉安·布西(Gillian Bussey)表示:“这项工作不仅着力于技术开发,还注重资助大学开展应用研究,以连接学术界、政府和工业界的研究人员。”

先进建模与仿真方面

2020年6月,美国能源部桑迪亚国家实验室的研究人员演示了桑迪亚并行空气动力学和再入轨程序(SPARC)的性能可移植性。这次演示突显了下一代异构计算机架构的优势,以对实际再入轨迹的高超声速仿真为例,在能源部基于图形处理单元的Sierra超级计算机上的运行速度比基于中央处理单元的高性能计算集群要快16倍。2020年6月至7月,利用Cart3D的自适应网络优化能力,美国航空航天局(NASA)在加州的艾姆斯研究中心的“翼龙”(Pterodactyl)项目开发了多个非推力控制系统概念,实现对可部署入轨飞行器的精确定位。2020年4月,德国航空航天中心的发射阶段高速返回飞行关键技术(STORT)项目通过了初步设计审查。后续的飞行试验将展示主动和被动热管理概念和陶瓷基复合材料结构,以及进行激波边界层之间相互作用的测量。

设计方面

2020年1月,NASA的高超声速技术项目确定了两用先进高超声速飞行器的挑战范围。8月,美国空军授予佐治亚州的初创公司赫麦斯(Hermeus)公司一份合同,要求基于其现有的5马赫客机进行高超声速运输飞机的概念设计。

地面试验设施方面

2020年,尽管大学的试验设施运营成本降低,但试验能力得到了提高。德克萨斯农工(A&M)大学建成了一个大型高超声速扩展风洞,已于2月全面投入使用。该风洞可提供高达15马赫的风速,并在激光、电磁和光学航空航天实验室的帮助下引入了大量先进的激光诊断技术。10月,德克萨斯大学阿灵顿分校在其弧形射流风洞中展示了第一个飞秒级(一秒的一千万亿分之一)双光子吸收激光诱导荧光和飞秒激光电子激发标记诊断测量技术。

飞行试验方面

2020年各国进行了多次高超声速飞行试验。2020年1月,中国公布了东风-26导弹在一次军事演习中的发射画面,并称其飞行速度可达马赫数18,射程可达6000千米。(作者注:原文如此。本文按原文译出,不代表任何证实)2020年3月,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)在日本北部的角田(Kakuda)研究中心的高超声速风洞中测试了超燃冲压发动机。同样在3月,美国国防部完成了其高超声速滑翔飞行器的第二次试验,在试验中向飞行器施加了额外的压力,完成了设计验证。该设计已准备好交接给美陆军和海军的武器系统开发研制。2020年9月,印度国防部研究与发展部宣布其自主研制的高超声速技术演示飞行器首飞成功。同样在9月,中国在经过多次试验后发射了一个可重复使用的试验航天器,以确保其在高超声速再入轨时的控制可靠性。(中国航空工业发展研究中心 韩杨楠冰)

本篇供稿:系统工程研究所

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