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美国国防部以2550万美元的研发奖励加速高超音速技术研究

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这个美国国防部(国防部)已经授予18个大学主导的项目,总额为2550万美元,通过3D打印、机器学习和无损测试等技术来加速高超音速飞行研究。

这些研究合同将在三年内发放,并授予该委员会的成员应用高超音速技术大学联合会(UCAH)。顾名思义,UCAH旨在推进高超音速技术的发展,并在联合高超音速过渡办公室(JHTO)下运作。获奖者包括来自28所大学、15个行业合作伙伴、3个国家实验室和另外4所国际合作大学的参与者。

JHTO主任Gillian Bussey说:“这些合同对国防部和大学联盟来说是重要的一步。“每个项目都由UCAH大学的合作伙伴领导,汇集了全国各地的专家来解决高超音速难题。这些项目允许我们将能力提升到下一个梯级,也提供了一种方式,让学生参与高超音速研究,并与工业和国家实验室建立联系,建设我们未来需要的劳动力。”

2020年3月19日,美国在夏威夷考艾岛的太平洋导弹靶场测试了高超音速滑翔体。照片来自美国海军。
2020年3月19日,美国在夏威夷考艾岛的太平洋导弹靶场测试了高超音速滑翔体。照片来自美国海军。

为什么要发展高超音速飞行技术?

高超音速飞行的定义是速度超过5马赫,这是音速的5倍或大约6800英里每小时。从这项技术的商业应用来看,高超音速飞机理论上可以在3小时内从欧洲飞到澳大利亚,大大缩短洲际飞行时间。

当然,这一概念也适用于国防,特别是高超音速导弹。在马赫数5及以上时,导弹防御系统更难拦截飞行物体。这使得高超音速导弹成为武器库中极其有用的战略工具,特别是与核弹头结合使用时。

铌合金的添加剂制造

UCAH获奖项目清单包括对复合飞机材料、飞行控制系统甚至固体推进燃料的研究。但有一件事我们特别感兴趣,那就是弗吉尼亚大学“超燃冲压发动机用高性能铌合金部件的添加剂制造:超越C103合金”。

铌是一种难熔金属,具有高强度、高熔点(2410°C)和优异的耐化学腐蚀性能。C-103合金具有抗氧化性和重量轻的特点,长期以来一直用于航空航天领域的关键高温喷气发动机部件,如火箭喷管、排气喷管、加力燃烧器内衬等。

更进一步,弗吉尼亚大学领导的项目将寻求3D打印由以前未使用的铌合金制成的高温部件,这可以为更复杂的几何形状节省巨大的时间和成本。人们希望这些拟议的3D打印功能最终将应用于超燃冲压发动机——一种超音速喷气发动机,在超音速气流中燃烧。

Bussey说:“如果我们要在发展能力和劳动力方面取得进展,高超音速世界中不同学科和不同参与者之间的合作至关重要。”。“这是我们去年成立大学联盟的关键原因之一,我很高兴看到我们收到的建议包含了强大的、多组织的和跨学科的团队。”

猎鹰9号的第二级喷嘴由铌合金制成。通过SpaceX的照片。
猎鹰9号的第二级喷嘴由铌合金制成。照片通过SpaceX拍摄。

这不是第一次将增材制造应用于高超音速飞行技术。就在上个月,研究人员在RMIT大学该公司开发了一套下一代芯片用于高速飞机的3D打印冷却装置. 这种3D打印的催化剂,正如他们所说的,本质上是金属热交换器,包裹着被称为沸石的合成矿物。研究小组相信,它们可以用来解决过热问题,据报道,过热是高超音速飞行的最大障碍之一。

在别处阿斯特罗美洲美国应用科学与技术研究组织此前已经完成了美国国防高级研究计划局(美国国防部高级研究计划局)-委托研究加速生产高超音速导弹. 该研究详细介绍了高超音速生产加速器设施(HPAF)的设计计划,该设施将3D打印和其他先进制造技术结合在一起。

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特色图片显示,美国于2020年3月19日在夏威夷考艾岛的太平洋导弹靶场设施测试一个高超音速滑翔体。照片通过美国海军。

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