2018年12月，美國航空航天學(xué)會（AIAA）主辦的出版物《美國航空航天》（Aerospace America）刊登了AIAA對2018年航空技術(shù)進(jìn)展的年度回顧。

在該回顧中，對于第三章“航空航天科學(xué)”（Aerospace Sciences），AIAA共發(fā)表13篇回顧，如下：

——《流體動(dòng)力學(xué)：利用模擬加速準(zhǔn)確的工程學(xué)答案》（Fluid Dynamics： Accelerating accurate engineeringanswers with simulations）；

——《地面測試：設(shè)施重新啟動(dòng)和升級凸顯了地面測試的繁忙一年》（Ground Testing： Facility reactivation and upgradeshighlight busy year for ground testing）；

——《制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制：“重型獵鷹”創(chuàng)造了歷史，“帕克”探測器掠過太陽》（Guidance， Navigation and Control： Falcon Heavy makeshistory， Parker probe skims by sun）；

——《大氣和空間環(huán)境：預(yù)測空間氣象以保護(hù)旅客》（Atmospheric and Space Environments： Forecasting spaceweather to protect travelers）；

——《天體動(dòng)力學(xué)：標(biāo)志性的發(fā)射是未來行星探索的信號》（Astrodynamics： Landmark launches are signals of futureplanetary exploration）；

——《網(wǎng)格化、可視化團(tuán)體在2030年計(jì)算流體力學(xué)愿景中的工作》（Meshing， visualization community works on CFD Vision2030）；

——《熱物理學(xué)：推動(dòng)熱物理學(xué)的新技術(shù)》（Thermophysics： New technologies advancing thermophysic）；

——《等離子體動(dòng)力學(xué)和激光：處在研究最前沿的等離子體診斷》（Plasmadynamics and Lasers： Plasma diagnostics inforefront of research）；

——《氣動(dòng)聲學(xué)：預(yù)測，減少超聲速噴氣式飛機(jī)和無人駕駛飛機(jī)的噪聲》（Aeroacoustics： Predicting， reducing noise fromsupersonic jets and unmanned aircraft）；

——《大氣飛行力學(xué)：自學(xué)習(xí)飛機(jī)、火星登陸技術(shù)和“追夢者”的進(jìn)步》（Atmospheric Flight Mechanics： Progress seen onself－learning aircraft， Mars landing tech and Dream Chaser）；

——《應(yīng)用空氣動(dòng)力學(xué)：真實(shí)世界的幾何學(xué)、風(fēng)洞試驗(yàn)帶來改進(jìn)的結(jié)果》（Applied Aerodynamics： Real－world geometries， wind tunneltests bring improved results）；

——《空氣動(dòng)力學(xué)測量技術(shù)：研究人員測量低濃度的氙，演示測量粒子速度的新方法》（Aerodynamic Measurement Technology： Researchers measurexenon at low concentrations， demo novel approach to measuring particlevelocities）；

——《建模與仿真：訓(xùn)練飛行員的空中交通管制模擬》（Modeling and Simulation： Simulating air traffic controlfor training pilots）。

AIAA對2018年航空技術(shù)進(jìn)展的年度回顧，第三章“航空航天科學(xué)”的回顧文章清單（美國航空航天學(xué)會圖片）

本篇為上述回顧中第7篇的譯文。其他部分回顧的譯文，請參見我中心的另一個(gè)微信公眾號：“民機(jī)戰(zhàn)略觀察”（文后附有二維碼，可掃碼關(guān)注）。

熱物理技術(shù)委員會正在推進(jìn)相關(guān)研究，以闡明熱能在氣體、液體和固體中傳遞和儲存機(jī)制，并促進(jìn)研究成果的應(yīng)用。

位于加利福尼亞州的美國航空航天局（NASA）艾姆斯研究中心于2018年10月開始了一項(xiàng)試驗(yàn)測試，使用新型激光增強(qiáng)電弧噴射裝置（LEAF－Lite）對試驗(yàn)件進(jìn)行加熱，使試驗(yàn)件同時(shí)接收對流與輻射兩種形式的加熱熱流，以營造更接近實(shí)際飛行條件的試驗(yàn)環(huán)境。LEAF－Lite使用多個(gè)50千瓦連續(xù)波激光器，從而模擬對熱防護(hù)材料的輻射加熱。輻射加熱常見于具有較高的大氣進(jìn)入速度的任務(wù)中，如“獵戶座”飛船或行星際科學(xué)探測器。使用這種新的測試系統(tǒng)，研究人員可以使用激光和電弧噴射的方式在試驗(yàn)件上同時(shí)模擬輻射和對流換熱兩種形式的加熱過程。在2017年10月的初步測試中，激光器對6英寸×6英寸（152毫米×152毫米）Avcoat（一種酚醛燒蝕材料）楔形樣品施加輻射，功率密度達(dá)到405瓦／平方厘米；同時(shí)，電弧噴射提供160瓦／平方厘米的對流加熱；輻射與對流加熱的總熱流量為565瓦／平方厘米。2018年10月針對“獵戶座”飛船的熱防護(hù)系統(tǒng)的測試活動(dòng)中，激光加熱尺寸擴(kuò)大到17英寸×17英寸（432毫米×432毫米）。

美國航空航天局酚碳燒蝕材料FiberFormd的微觀形貌。渲染圖為邊長1．66毫米的立方體（美國航空航天局圖片）

2018年研究者首次采用顯微斷層掃描技術(shù)，對NASA航天器返回大氣層過程中使用的熱防護(hù)微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析研究。位于加利福尼亞州的勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的高級光源實(shí)驗(yàn)中心利用一年時(shí)間開展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，利用上述技術(shù)能夠在數(shù)百納米到厘米的區(qū)間內(nèi)對三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行非破壞性成像。材料的纖維結(jié)構(gòu)以三維模式進(jìn)行解析，呈現(xiàn)了前所未有的細(xì)節(jié)水平，采用該方法能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行高分辨率交互式檢查，并對其結(jié)構(gòu)的可變性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)表征。對顯微斷層掃描獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠支撐材料特性的計(jì)算和微米尺度材料響應(yīng)的模擬。為了擁有微米級的材料數(shù)據(jù)，美國航空航天局和學(xué)術(shù)界已向該研究方向投入了積極的研究工作，希望開發(fā)基于數(shù)字顯微結(jié)構(gòu)的大規(guī)模計(jì)算方法。

2018年3月，對NASA的X－57“麥克斯韋”（Maxwell）實(shí)驗(yàn)飛機(jī)高升力電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)審查。X－57旨在作為分布式電力推進(jìn)技術(shù)的測試平臺，該飛機(jī)在翼尖處安裝了兩個(gè)螺旋槳，在起飛和著陸期間由分布在機(jī)翼上的12個(gè)高升力電動(dòng)機(jī)和螺旋槳增強(qiáng)升力。這些技術(shù)提供了有益的推進(jìn)－機(jī)身相互作用，通過減小機(jī)翼平面區(qū)域等方式大大提高了巡航效率。在用于高升力電動(dòng)機(jī)和相關(guān)電動(dòng)機(jī)控制器的新型熱管理技術(shù)中，熱管是一種有效的被動(dòng)冷卻方式。熱管利用對流換熱形式，將電力系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量傳遞到機(jī)翼短艙，進(jìn)而通過蒙皮將熱量排散。計(jì)劃于2019年開始的飛行試驗(yàn)將利用新的任務(wù)規(guī)劃工具，在軌跡優(yōu)化計(jì)算中考慮電力系統(tǒng)熱負(fù)荷，在滿足全電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)特殊的熱管理要求的同時(shí)，最大化其航程。

美國航空航天局分布式電推進(jìn)實(shí)驗(yàn)飛機(jī)X－57“麥克斯韋”想象圖（美國航空航天局圖片）

2018年9月，美空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）的第2型先進(jìn)結(jié)構(gòu)嵌入式散熱器（ASETS－2）在5號軌道測試器上通過了一年的在軌飛行試驗(yàn)。ASETS－2由3個(gè)輕質(zhì)、低成本振蕩熱管和1個(gè)電子試驗(yàn)控制箱組成。3個(gè)振蕩熱管具有不同的配置型式（均為中央加熱，冷卻為單側(cè)或雙側(cè)）和不同的工作流體介質(zhì)，以控制感興趣的特定性能參數(shù)。截至2018年11月，ASETS－2在飛行試驗(yàn)中沒有表現(xiàn)出任何性能退化，通過測量初始在軌熱性能和服役后熱性能，ASETS－2已實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)主要的科學(xué)目標(biāo)。ASETS－2今年進(jìn)行了多次為期6周的測試，創(chuàng)造了最長的連續(xù)在軌運(yùn)行記錄。飛行試驗(yàn)硬件在返回后將進(jìn)行測試，以觀測熱管在軌道上運(yùn)行是否形成了不凝氣體。

（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心  穆作棟）

本篇供稿：系統(tǒng)工程研究所

運(yùn) 營：李沅栩