航空航天知識技術(2)
航空航天知識技術
現在，美國國防部正在制定第三個國家級推進技術計劃——“支撐經濟可承受及任務能力的先進渦輪發動機技術”(ATTAM)計劃，該計劃的制定工作由美國空軍研究實驗室(AFRL)牽頭，已進行了一年時間，將首次包括徹底集成動力與熱管理系統的內容，最早將在2017年啟動。
五是高效率(Efficiency)。為了降低油耗或排放，航空運輸領域對提升效率的要求不會減少，對發動機而言將是“沒有最好，只有更好”。美國航空航天局(NASA)會繼續投入資金，與工業界一起發展可使美國保持領先的X飛機。
洛馬公司在AFRL的“高能量效率的革命性布局”(RCEE)項目中發展了“混合翼身”(HWB)布局的戰略運輸機。按照該公司的設計，該機除采用具有很高空氣動力效率的布局之外，還擬配裝超高涵道比渦扇發動機，可運載美國空軍當前使用C-5戰略運輸機才能運送的超大型貨物，并且耗油率比C-17戰略戰術運輸機可降低多達70%。
美國洛馬公司“混合翼身”(HWB)布局戰略運輸機想象圖(上圖)及該機采用空中加油配置、利用翼下吊艙實現雙點伸縮套管(硬式)加油的想象圖(下圖)
2016年2月，該布局4%的縮比模型在美國航空航天局蘭利研究中心的國家跨聲速風洞中進行了風洞試驗。按計劃，2016年秋季，該公司將完成有人駕駛的HWB演示驗證機的研究與分析工作。RCEE項目將在2017年結束，但美國航空航天局已將HWB布局驗證機與波音公司的“翼身融合體”(BWB)布局驗證機視為其下一個X飛機的競爭方案
六是材料(Materials)。先進制造技術并不僅止于3D打印。從鋁到鈦，再到碳纖維，新材料已經點燃了航空航天領域革命的火種。美國希望領導下一場革命，不管它是源自由納米增強的復合材料、在原子尺度裝配的新合金、生物工程學材料還是生物啟發的結構。通過推進計算和建模來支撐更快的新材料認證也是關鍵。
DARPA正在實施“從原子到產品”(A2P)項目，其目標是開發裝配尺寸接近原子的納米級工件的技術和工藝，裝配形成至少毫米級尺寸的系統、零件或材料。DARPA認為，許多常見材料在納米級制造時會展示出獨特和很不尋常物理性能，這些原子級性能具有重要的國防應用潛能，包括量子化的電流-電壓特性、極大降低熔點并具有極高的比熱。現在面臨的挑戰是，如何在較大尺寸的產品級(一般幾厘米)器件和系統上保持這種原子級材料的特性。
A2P項目重點關注裝配，其次是納米級獨特性的開發。通過A2P項目形成的系統、零件或材料將通過納米級裝配實現獨特的材料性能、小型化、3D結構和異質(材料和幾何形狀)
七是定向能(Directed Energy)。精確制導武器曾在冷戰時期賦予美國抵消蘇聯數量優勢的能力，并使美軍能夠在反恐戰爭中實施外科手術式的打擊。但是，它們已變成了普遍事物。現在，在美國看來，其潛在對手不僅數量龐大，而且裝備精良。美國需要定向能武器的精確性和近乎無限的“儲彈量”，這種武器正在走出實驗室，進行作戰評估和早期部署。
目前，美國的彈載高功率微波戰斗部技術和戰術飛機機載激光武器技術正在取得突破。以下面的兩張圖為例，上圖為2012年10月，采用高功率微波戰斗部的AGM-86C空射巡航導彈正在被裝入B-52H轟炸機內埋彈艙中的“通用戰略武器旋轉發射裝置”。下圖為DARPA的“高能液體激光區域防御系統”(HELLADS)項目成果配裝轟炸機和戰斗機，用于攔截導彈的想象圖。HELLADS發射功率為150千瓦，目標質量為758千克，功率密度達到5千克/千瓦的極高水平。該樣機已從2015年夏季開始在新墨西哥州的白沙導彈試驗場進行試驗，但此后再未公布任何進展。
八是可復用性(Reusability)。美國的經濟和安全高度依賴用于通信、導航與授時、監視、廣播、氣象預報、資源監測的衛星，但建造并發射航天器仍是漫長且昂貴的過程，并且在軌的衛星也是潛在的脆弱資產。美國必須推動相關技術的發展，實現以快速響應、完全可復用性的方式日常化地進入空間。
DARPA正在通過“實驗性太空飛機”(XS-1)項目發展可重復使用助推飛行器，目標是驗證可重復使用助推飛行器能夠在10天內完成10次飛行，同時將一個重900磅(約400千克)的試驗載荷送入軌道。DARPA還期望未來可以通過換裝更大型的一次性上面級來發射3000磅左右(約1400千克左右)的軌道載荷，并將這種載荷的單次發射成本控制在500萬美元(包括可重復使用助推飛行器和一次性上面級的費用)。
九是顛覆(Disruption)。在美國人看來，人類雖不能預測未來，但可以為未來做好準備。顛覆性技術和服務是一個威脅，對于現存的行業如航空是如此，對于固定的用戶們和規則制定方(如聯邦航空局和國防部)也是如此。如果美國的航空航天能力要繼續茁壯成長，就必須在企業和政府的官僚體系之間建立橋梁。
國內的航空航天技術
在8月28日舉辦的中國航空創新創業大會上，中航工業經濟技術研究院科技情報專業特級專家、系統工程研究所總師、研究院趙群力談到了目前航空領域幾項顛覆性技術，這些技術能夠給航空業帶來飛躍性的進步。
“顛覆性技術”的概念最早于1995年在《哈弗商業評論》中提出，指能夠建立新技術和新市場的突變式技術。2016年國務院發布的“十三五”科技創新規劃中也提到要“構造先發優勢”，重視顛覆性技術的作用。趙群力表示，顛覆性技術風險高，研發周期長，但卻是航空裝備升級換代的決定性力量。
一、高超音速技術
高超音速指物體的速度超過5倍音速。高超音速飛行器采用的超音速沖壓發動機被認為是繼螺旋槳和噴氣推進之后的“第三次動力革命”。美國、俄羅斯、法國、日本、印度等國正不斷開展實驗。
2013年，美國軍方最新研發的實驗型高超音速飛機X-51A以5倍多音速的速度飛行了3分多鐘;2014年，美國國防部先進研究項目局(DARPA)啟動了“高超音速吸氣式武器概念(HAWC)”和“戰術助推滑翔系統(TBG)”這兩個項目，將于2018年或2019年進行測試。
高超音速技術將主要用于運輸、攻擊、ISR、進入空間等。預計2020年，美軍可掌握高超聲速導彈的技術;2030年掌握有限用途和使用次數的高超聲速飛機技術;2040年掌握可多次、長時間使用高超聲速飛機技術。
二、無人機技術
這個無人機絕不是僅僅指目前網上有出售的那些遙感小型無人機，這項技術在軍事和商業領域都有很大的應用前景。
2016年6月，美國辛辛那提大學開發的“阿爾法”(ALPHA)智能超視距空戰系統通過了專家評估，并在空戰模擬器環境下，擊敗了有著豐富經驗的退役美國空軍上校吉恩·李。
三、變體飛機技術
變體飛機，既變形飛機，指飛行器在飛行過程中可以改變形狀，有效地實現外形的分布式連續式變形，以適應寬廣變化的飛行環境，完成各種任務使命。
2015年5月，美國柔性系統公司(FlexSys)的分布式柔性變形機翼技術取得重大進展，使用這種技術的變形襟翼在“灣流”III飛機上的偏轉角(固定設置)達到預期的30度，并成功驗證了飛行性能。
四、高速直升機技術
高速直升機是指保留直升機的飛行特征，且巡航速度達到400至500千米每小時的直升機，運輸效率和機動性優越。目前直升機的巡航速度一般為每小時200至300千米。美國從20世紀五六十年代開始探索高速直升機，歐洲、俄羅斯也在積極推進。
最新進展中，值得關注的有西科斯基、貝爾直升機公司以及極光公司的三個方案。
上圖第一幅顯示的是西科斯基/波音的SB-1方案。該直升機最大起飛重量約為13.6噸，可在高溫、高原環境下搭載4名機組成員和12名全副武裝的士兵，最大飛行速度能夠達到250節(463千米/時)。預計將在2016年晚些時候開始總裝，2017年下半年完成首飛。
第二大方案是貝爾直升機公司V-280方案(上圖)，采用傾轉旋翼設計，設計速度達280節，航程800海里，可乘坐4名機組人員及14名武裝人員，有效載荷為12000磅，計劃2017年首飛。
極光公司的“雷擊”方案(上圖)，設計的持續飛行速度達到556-741千米/小時，懸停效率不低于75%;巡航狀態升阻比不低于10，有用載重(燃油和有效載荷)不低于總重的40%，有效載荷不低于總重的12.5%。
五、偽衛星技術
偽衛星技術可以使對位置測算的精確度更高，負責實時接收GPS信號并測出偽距誤差，把誤差數據提供給本地用戶，用戶則以此更正自己測得的偽距，使計算出的位置精度更高。
目前的方案包括英國“西風”太陽能無人機，巡航高度為7萬英尺(21336米)，續航時間可達3月，可攜帶有效載荷5公斤。據說英國國防部已經訂購了兩架，計劃2016年首飛。
美國的“禿鷹”太陽能無人機概念方案中，無人機能攜帶1000磅、5千瓦的載荷，最長可以在空中連續工作5年，但由于技術難度太大，項目已經終止。
六、空基發射航天器技術
1990年代，軌道科學公司就改裝了洛克希德公司(現洛克希德·馬丁公司)研制的三發動機寬體噴氣式客機L-1011，來發射“飛馬座”火箭，其近地軌道運載能力443kg，成功發射過幾十次。
2002年，DARPA啟動“空中發射輔助太空進入(ALASA)”項目，目標是在24小時內將100磅衛星發射進入地球低衛星軌道，而且每次發射成本不超過100萬美元。
七、分布式電推進技術
分布式混合電推進系統，是指通過傳統燃氣渦輪發動機為分布在機翼和機身的多個電機/風扇提供電力，并由電機驅動風扇提供絕大多數或全部的推力的新型推進系統。
這項技術的最大優勢是能極大地降低推進系統燃油消耗量和各種排放，并且減少噪聲，對商用或軍用飛機都有應用價值。歐洲、美國政府都將分布式混合電推進系統視為潛力技術，在2030年后投入使用。
NASA的X-57分布式電推進技術驗證機將在2017年首飛。空客已經開始研究基于分布式混合電推進系統的翼身融合飛機方案。
八、機載激光武器技術
1990年代，美國空軍啟動了基于氧碘激光器的ABL和ATL機載激光武器研究計劃，用于戰區彈道導彈助推段防御及其他戰術目標防御，具有反衛星能力。2010年，由于試驗未達到預期目標，以及使用維護上的諸多困難，空軍停止了這項計劃。盡管如此，美國在目標搜索與跟蹤、激光大氣傳輸補償、抖動控制和高能激光束管理等方面取得了重要進展。
九、計算材料技術
材料對航空設備的更新與完善至關重要。計算材料技術的主要用途是，可以通過理論模型和計算，預測或設計材料結構與性能，從而大幅提高新材料的研發效率，并且可以按照特定的要求設計出滿足工程需要的特種材料和超材料。
其關鍵技術是材料建模技術、材料仿真技術、材料數據庫。2011年，奧巴馬政府曾正式決定進行材料基因組計劃，目標是將新材料的研發周期縮短一半。
美國奎斯泰克(Questek)公司已經使用計算材料技術開發新型材料。2014年，該公司開發出多種高性能結構鋼且在飛機上得到應用。
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