美國國防部斥資2550萬美元研發鈮合金增材制造發動機部件，以加速高超音速技術研究
時間：2021-10-10 12:42 來源：未知 作者：admin 閱讀：次
為了進一步加快高超音速飛行方面的研究，美國國防部（DOD）已經對18個大學領導的項目投入了總計2550萬美元的資金，這些項目主要涵蓋了3D打印、機器學習和非破壞性測試等前沿技術。據悉，這些研究項目合同將在三年內發放，參與者將被授予大學應用高超音速技術聯盟（UCAH）的成員。顧名思義，UCAH旨在推進高超音速技術的發展，并在聯合高超音速技術過渡辦公室（JHTO）下運作。獲獎者包括來自28所大學、15個工業伙伴、3個國家實驗室和另外4個國際伙伴大學的參與者。
JHTO主任GillianBussey說："這些獎項是國防部和大學聯盟的一個重要步驟，每個項目都由UCAH大學合作伙伴領導，匯集了全國各地的專業知識，以解決棘手的高超音速問題。這些項目促使我們的能力更上一層樓，同時也為學生參與高超音速研究提供了途徑，并與工業界和國家實驗室建立聯系，培養我們未來需要的專業人才。"
△2020年3月19日，美國在夏威夷考艾島的太平洋導彈靶場設施上測試了一個高超音速滑翔體。圖片來自美國海軍。
為什么要發展高超音速飛行技術？
高超音速飛行被定義為5馬赫以上的速度，是音速的5倍，或大約每小時6800英里。從該技術的商業應用來看，理論上高超音速飛機可以在三個小時內從歐洲飛到澳大利亞，大大縮短了洲際飛行時間。當然，這一概念在國防方面也有應用，特別是在高超音速導彈方面。在5馬赫及以上的速度下，飛行物對于導彈防御系統來說更難攔截。這使得高超音速導彈成為武庫中極其有用的戰略工具，特別是如果與核彈頭一起使用。
鈮合金的增材制造
UCAH的獲獎項目清單包括對復合飛機材料、飛行控制系統，甚至固體推進燃料的研究。但有一個項目尤其引人注意，它就是弗吉尼亞大學的"用于噴氣式飛機的高性能鈮合金部件的增材制造“。據稱，鈮合金增材部件的性能遠超傳統合金C103。
鈮是一種難熔金屬，其特點是強度高、熔點高（2410°C）、抗化學侵蝕性能好。由于其抗氧化性和低重量，這種金屬的C-103合金長期以來一直被用于航空航天領域的關鍵高溫噴氣發動機部件，如火箭噴嘴、排氣噴嘴和后燃器襯墊。
弗吉尼亞大學領導項目的下一步目標，就是將尋求采用以前未使用的鈮合金來3D打印高溫部件，這可以為更復雜的幾何形狀節省大量時間和成本。研究人員期望這些擬議的3D打印能力最終能夠應用于scramjets（一種高超音速噴氣發動機），可以滿足在超音速氣流中進行燃燒的苛刻要求。
Bussey說："如果我們要在突破技術和培養人才方面取得進展，跨學科和高超音速世界的不同參與者之間的合作是至關重要的。這是我們去年建立大學聯盟的關鍵原因之一，我們收到的提案包含了強大的、多組織和跨學科的團隊，這是我們非常期待看到的結果。"
△獵鷹9號的第二級噴嘴是由鈮合金制成的。圖片來自SpaceX
此外，這并不是增材制造被應用于高超音速飛行技術的第一個例子。就在上個月，澳大利亞RMIT大學的研究人員開發了一套用于高速飛機的新一代3D打印冷卻裝置。這種所謂的3D打印催化劑，本質上是涂有被稱為沸石的合成礦物質的金屬熱交換器。該團隊認為它們可以用來解決過熱的問題，據說這是高超音速飛行的最大障礙之一。
在其他地方，美國應用科技研究組織ASTRO之前已經完成了一項由美國國防高級研究計劃局（DARPA）委托的研究，以加速高超音速導彈的生產。這項研究詳細說明了高超音速生產加速器設施（HPAF）的設計計劃，該設施將3D打印和其他先進制造技術結合在一起。
(責任編輯：admin)
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