美国空军研究实验室向俄亥俄州阿克托斯技术解决方案公司授予一份900 万美元合同,为吸气式高速飞行器研发新一代气动热弹性结构技术。该研究旨在攻克高超音速飞行领域最难解决的工程难题之一。
这份合同经过竞标产生,共收到两家投标方案,履约期限至 2031 年 6 月 30 日。项目为期五年,由阿克托斯公司与空军研究实验室联合攻关,研究飞行器结构如何承受高超音速飞行产生的热载荷与气动载荷耦合作用。
相关工作将在该公司俄亥俄州比弗克里克工厂,以及同州赖特-帕特森空军基地开展,空军研究实验室总部便设于此。合同签署当期先行拨付 2026 财年研发测试评估经费14.423 万美元,剩余款项将在整个履约周期内分批到位,合同总额 900 万美元。
气动热弹性力学,是融合空气动力学、传热学、结构力学的交叉学科。在亚音速和低超音速条件下,三者相互影响有限,可分开研究;但在通常5 马赫及以上的高超音速区间,这种割裂研究的方式完全失效。
飞行器以该速度飞行时,前端空气温度可飙升至2000 摄氏度以上。机身蒙皮、前缘、操纵面不仅要承受极端高温,同时会在气动压力下形变、在热负荷中膨胀弱化,还会与气流产生动态耦合,实时改变飞行器操控特性与结构完整性。精准预测高超音速机体在全任务剖面下的复合载荷响应,以及结构因疲劳、热老化失效的寿命极限,正是本次项目要攻克的核心工程难题。
合同重点针对空军研究实验室梳理出的两大技术短板:一是吸气式高速飞行器响应与寿命预测,通过建模仿真提前预判高超音速结构在实战工况下的表现,减少破坏性试验与高昂试飞失败成本;二是高温环境下强化测试能力,搭建地面试验设施,模拟飞行器真实飞行的热环境与气动条件,用实测数据验证仿真模型,提前预判潜在失效模式。
吸气式高超音速飞行器不靠自带氧化剂,而是利用大气氧气燃烧,是高超音速领域研发难度极高的分支。超燃冲压动力巡航导弹、打击飞行器需要长时间在大气层内持续飞行,其结构必须耐受长期高温与气动负荷,有别于弹道飞行器再入阶段短时高热冲击。吸气式发动机的进气道、燃烧室、尾喷管长期处于极热环境,同时还要承担机身结构功能,直接影响整气动布局与飞行性能。
在控制重量与成本的前提下,设计出能适配全任务工况、兼顾多重性能的飞行器结构,现有工程手段尚无法完全实现,这也是美国空军研究实验室投入资金推进相关技术攻关的根本原因。
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