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美空军装备采办部门启动高超声速ISR飞机基础科研项目,为装备采办奠定基础

时间:2017-05-02 来源:战略前沿技术 点击:

本文由空天防务观察(ID:AerospaceWatch)授权转载,作者:中国航空工业发展研究中心  廖孟豪

2017年3月30日,美空军装备司令部负责装备采办的机构——空军寿命周期管理中心(AFLCMC)公开发布了“‘ISR未来’专项中面向‘高对抗突防型高超声速飞行器’(HCPHV)的基于物理的设计与分析能力”项目(简称“ISR未来-高超”项目)定向合同授予预告,就美空军向美国GHI公司定向授予一份价值不超过70万美元的成本加固定基本费用合同一事进行公示。新项目围绕高超声速情监侦(ISR)飞机装备概念开展基于物理的设计和分析技术研究,为后续高超声速平台概念深化研究、投资决策、需求论证及装备采办工作奠定基础。

美空军研究实验室展示的全新高超声速“突防型持久ISR和打击”概念(《飞行国际》2016年2月报道图片,与本项目无关)

一、公示新项目的情况简介


目前,美空军设立了一个名为“ISR未来”的发展规划项目,正在研究制定面向下一代猎杀任务集、信号情报任务集和高空长航时任务集的(装备和能力)发展路径。美空军目前已经将高超声速ISR平台纳入该规划,并且正在寻求采用CREATE-AV工具开展高超声速进气道概念权衡设计的能力。为此,特设立“ISR未来-高超”项目,用于识别各种仿真计算工具的优缺点,探索高逼真度参数化几何外形生成方法、应用恰当的CREATE-AV分析工具,并开展动导数计算研究。

项目目的:(1)支撑高超声速平台概念的开发,为后续深化研究和投资决策奠定基础;(2)深化高超声速早期概念研究,为权衡分析提供输入,支撑后续需求论证和装备采办工作。

项目目标:基于ISR任务规范开展高超声速平台概念研究,开发用于快速迭代分析的代理模型,采用CREATE-AV这类高逼真度CFD工具开展高超声速进气道性能研究等。

研究内容:(1)CREATE-AV工具集对比研究;(2)几何外形生成与参数化几何外形的集成;(3)高超声速飞行器设计分析工具集的应用;(4)飞行器动导数仿真计算;(5)形成研究报告。

交付成果:包括仿真工具对比分析结论、CREATE-AV工具的升级改进建议、几何模型、进气道分析结论等。

技术基础:该项目是美空军研究实验室(AFRL)2005年启动的某小企业创新研究(SBIR)项目的后续项目。该SBIR项目旨在开发一套高超声速内外流设计集成和优化工具,包含两个阶段的研究工作,最终取得了圆满成功。项目承研单位都是美国GHI公司。该公司是一家小型高科技公司,曾大量参与美国军方在SBIR计划渠道发布的高超声速飞发一体化、组合循环推进系统集成、超燃冲压发动机进气道/燃烧室等设计研究项目。

美空军寿命周期管理中心是美空军装备司令部专门负责装备采办和全寿命周期管理的机构(美空军网站图片)

二、美国高超声速作战飞机发展现状


美国高超声速作战飞机总体上仍处于“技术推动”状态的预研阶段。根据美空军和美国防部国防高级研究计划局(DARPA)近年来发布的预算申请材料,目前已经安排了高速/高超声速飞行器、自适应飞行控制、中等尺寸超燃冲压发动机、热防护材料、传感器等高超飞机涉及的关键技术科研项目,所有项目均限定在“应用研究”(6.2)类和“先进技术发展”(6.3)类范畴内,属于典型的探索或预研类项目。从投资强度上看,美空军和DARPA当前在高超技术上的年度公开投资强度大约都保持在1亿美元量级,且包含了高超声速平台和武器技术。这样的投资强度显然无法支撑开展型号或验证机研制。

美空军研究实验室(AFRL)和DARPA在2016年密集启动了一批重大项目,呈现出加速推动高超声速作战飞机技术成熟和验证的态势。这些项目包括:(1)“高频次、低成本高超声速飞行试验(台)”(HyRAX)项目,制造3架可重复使用的高超声速试飞平台(每架寿命200~400架次以上),在2020-2025年大量开展高超声速技术飞行试验,提升气动、控制、材料、推进、结构和机载系统等技术的成熟度,掌握高超声速科学测量方法及技术;(2)“先进全状态发动机”(AFRE)项目,旨在以速度马赫数5、航程2200千米的高超声速作战飞机为牵引,投资6500万美元在2020年前利用现货涡轮发动机完成马赫数0~5级全尺寸涡轮基冲压组合发动机模态转换的地面集成验证;(3)“高速作战系统支撑技术”(ETHOS)项目,计划投入7年周期和3亿美元预算,系统性地开展高速(马赫数3以上)作战平台部件级技术的识别、研发、成熟和验证等工作,以支撑在2025年前将高速作战平台相关技术的成熟度等级提升到6级,在2028年前完成可翻修后重复使用的高速作战系统验证机试飞验证,在2035年前完成可快速周转、不经翻修即可完全重复使用的验证机试飞验证。

DARPA在2016年启动的AFRE项目展示的TBCC概念示意图(DARPA网站图片)

三、简要分析


此次发布的“ISR未来-高超”项目虽然只能算是一个小项目(预算不超过70万美元,周期约11个月),但其主管机构和研究内容设定仍然透露出一些不同寻常的信息:

(1)美空军负责装备采办的机构已经开始介入高超声速作战飞机研发,为启动装备采办做好前期准备工作。此前美空军所有高超声速领域的科研活动均由掌管空军预研的美空军研究实验室(AFRL)来负责,且该项目的前序项目也是由AFRL主管的SBIR项目。而该项目的主管机构是美空军寿命周期管理中心(AFLCMC),该中心主要负责空军装备采办和装备从立项研制到退役全寿命周期的管理工作。此外,项目材料中明确提出,该项目的成果要用于支撑后续“联合能力集成与开发系统”(JCIDS)的相关工作,意味着美空军高超声速飞机科研工作即将实现从“技术推动”到“需求牵引”的转变,有望在近几年启动装备采办程序。

(2)美空军计划研制的首个高超声速作战飞机型号极可能是一型寿命有限的高超声速ISR飞机。美空军对高超声速作战飞机的任务定位主要聚焦在ISR和打击两个方向。近两年,美空军研究实验室和美空军首席科学家多次公开提出,美空军计划在2030年代率先装备一型使用寿命有限的高超声速作战飞机,在2040年代装备长寿命高性能的高超飞机。同时,预算材料显示,美空军在2016财年针对有限寿命高超声速ISR飞机正式启动了作战效能评估和定义优化等研究工作。从目前披露的高层规划、预算材料以及客观技术难度来看,美空军将遵循先易后难、逐步推进的原则,率先研制一型有限寿命高超声速ISR飞机,满足作战急需的同时,也为后续型号研制积累经验和降低风险。