2018年12月，美國航空航天學會（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)進展的年度回顧。

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

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

——《地面測試：設(shè)施重新啟動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、導航與控制：“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：預測空間氣象以保護旅客》（Atmospheric and Space Environments： Forecasting spaceweather to protect travelers）；

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

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

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

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

——《氣動聲學：預測，減少超聲速噴氣式飛機和無人駕駛飛機的噪聲》（Aeroacoustics： Predicting， reducing noise fromsupersonic jets and unmanned aircraft）；

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

——《應(yīng)用空氣動力學：真實世界的幾何學、風洞試驗帶來改進的結(jié)果》（Applied Aerodynamics： Real－world geometries， wind tunneltests bring improved results）；

——《空氣動力學測量技術(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)進展的年度回顧，第三章“航空航天科學”的回顧文章清單（美國航空航天學會圖片）

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微信公眾號：“民機戰(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制，并促進研究成果的應(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月開始了一項試驗測試，使用新型激光增強電弧噴射裝置（LEAF－Lite）對試驗件進行加熱，使試驗件同時接收對流與輻射兩種形式的加熱熱流，以營造更接近實際飛行條件的試驗環(huán)境。LEAF－Lite使用多個50千瓦連續(xù)波激光器，從而模擬對熱防護材料的輻射加熱。輻射加熱常見于具有較高的大氣進入速度的任務(wù)中，如“獵戶座”飛船或行星際科學探測器。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件上同時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，功率密度達到405瓦／平方厘米；同時，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”飛船的熱防護系統(tǒng)的測試活動中，激光加熱尺寸擴大到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微觀結(jié)構(gòu)進行解析研究。位于加利福尼亞州的勞倫斯伯克利國家實驗室的高級光源實驗中心利用一年時間開展了相關(guān)實驗，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)進行非破壞性成像。材料的纖維結(jié)構(gòu)以三維模式進行解析，呈現(xiàn)了前所未有的細節(jié)水平，采用該方法能夠?qū)Σ牧线M行高分辨率交互式檢查，并對其結(jié)構(gòu)的可變性進行統(tǒng)計表征。對顯微斷層掃描獲得的數(shù)據(jù)進行分析，能夠支撐材料特性的計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)模計算方法。

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

美國航空航天局分布式電推進實驗飛機X－57“麥克斯韋”想象圖（美國航空航天局圖片）

2018年9月，美空軍研究實驗室（AFRL）的第2型先進結(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。ASETS－2由3個輕質(zhì)、低成本振蕩熱管和1個電子試驗控制箱組成。3個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已實現(xiàn)了兩個主要的科學目標。ASETS－2今年進行了多次為期6周的測試，創(chuàng)造了最長的連續(xù)在軌運行記錄。飛行試驗硬件在返回后將進行測試，以觀測熱管在軌道上運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

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