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美空军研究实验室实施新的机载能量系统基础科研计划

导读: 美空军一直十分重视机载能量系统技术研究,并已实施多个科研计划。2018年10月25日美空军研究实验室又开始了“电力、能量、热、综合和控制”计划(PETIC计划)招标,以继续推动相关技术发展,使之成为美军未来航空装备的关键优势技术。

机载能量系统是航空器上涉及能量供给、能量转化、热量排散系统的总称。这些系统不仅保证和支持当前飞机机载系统的正常工作,极大影响其作战效能,并直接决定未来作战飞机能否安装定向能武器,以及高超声速飞机是否能投入实用等。美空军一直十分重视机载能量系统技术研究,并已实施多个科研计划。2018年10月25日美空军研究实验室又开始了“电力、能量、热、综合和控制”计划(PETIC计划)招标,以继续推动相关技术发展,使之成为美军未来航空装备的关键优势技术。

美空军研究实验室在美国“联邦商机”网站上发布“电力、能量、热、综合和控制”计划征求书(美国联邦政府“联邦商机”网站图片)

一、计划的投资背景与研究基础

1.以满足未来军用航空平台能量与电力需求为目标

美空军认为,为了在未来对抗环境中保持空中优势,下一代战斗机必须具备电子攻击、激光打击、更高隐身等先进能力,这对电力系统和热管理系统都提出了严峻挑战。此外,复合材料蒙皮、高效率发动机和高度嵌入式的系统将使得飞机散热更加困难,加剧了对热管理技术研究的挑战。为此,须围绕实际作战需要,通过持续科研工作寻求机载能量系统技术新突破,使之成为未来航空装备的促进性而非瓶颈性技术。

美空军在2015年提出的机载激光武器技术路线图(美空军图片,中国航空工业发展研究中心汉化)

2.已连年实施多个综合演示验证计划,促进部件和子系统技术成熟

美空军已针对未来装备需求,实施了多个预研计划和演示验证计划,促进了部件和子系统技术的成熟。

针对第五代战斗机需求,从1990年左右开始先后实施了多电飞机计划子系统综合技术计划和“联合攻击机综合子系统”演示验证计划。这些计划研究并验证了高压直流电机、电作动器、动力与热管理系统等机载能量系统关键技术,并在F-35等型号上获得应用。

针对未来空中优势平台需求,实施了“飞行器能量综合”计划(INVENT“综合动力与热管理验证机”计划等。前一计划重点发展自适应动力与热管理系统、鲁棒电源系统和高性能电作动系统三大子系统,2016年年底完成地面综合演示验证;后一计划2011-2014年实施,重点开发了包含电气模拟器和武器载荷模拟器等的综合验证平台,并集成到前一计划形成的系统综合设施中。

美空军在“飞行器能量综合技术”计划中,围绕能量综合,通过基于模型的设计,针对发动机(ENGINE)、燃油热管理系统(FTMS)、自适应电力与热管理系统(APTMS)、飞行器系统(AVS)、高性能机电作动系统(HPEAS)、鲁棒的电源系统(REPS)建立了综合模型(美空军图片)

3.持续投资机载能量系统基础科研,探索推动新技术发展应用

除了上述演示验证机计划,美空军还先后实施了多个基础科研计划,探索和研究机载能量系统相关的基础科学和材料、器件、建模仿真等技术。

2003-2010年,实施了“航空航天电力与热技术”计划,在发电、电能管理与分配、储能和子系统综合四个技术领域开展基础科研,先后开展了电力组件、固体氧化物燃料电池、用于电绝缘的纳米填充聚合物、高温超导体、高性能永磁体、高能量密度聚合物薄膜电介质、先进导体和热科学等研究。

2012年起,启动了“电力、能量和热科学研究”计划,继续在上述四个技术领域开展研究。招标书中规定该计划在2012~2018年实施,目前还在进行当中。已经公开的一项研究为电力、热与控制技术与工艺实验研究,包括飞控机电作动器热管理研究、评价飞控机电作动系统的实验室设备等内容。

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