哈嘍,大家好,老寰這篇評論,主要來分析美國高超音速材料測試獲突破 秒級預判防熱性能
![]()
當航天器以5倍以上音速穿越大氣層時,外表面溫度會飆升至數千攝氏度,高溫、高壓等極端環境對隔熱材料提出嚴苛要求。
![]()
此前,評估這類材料性能需超級計算機運算數天,而桑迪亞國家實驗室團隊歷經三年研發,推出一種革命性測試方法,幾秒鐘內就能完成預判。
這一突破不僅加速新型防熱材料開發,更助力美國在高超音速武器和深空探索領域鞏固技術優勢。
多維度測試:復刻極端環境拆解物理難題
![]()
高超音速飛行中,材料需同時應對高溫、高壓、劇烈振動和化學反應等多重挑戰。
為滿足國防部快速評估材料性能的需求,研究團隊整合了計算機模擬、地面實驗和實際飛行測試三種手段。
測試材料涵蓋石墨、先進碳基復合材料等多種類型,材料科學團隊在橡樹嶺國家實驗室協助下,制備了數百個樣品。
地面測試中,德克薩斯大學的等離子體炬能產生超太陽表面的溫度,可量化材料燒蝕過程;
![]()
桑迪亞國家太陽能熱測試設施則通過聚焦太陽光,實現大面積均勻加熱;高超音速激波風洞還能模擬馬赫10(約12000公里/小時)的氣流條件。
![]()
核心創新:降階模型實現千倍提速
![]()
團隊的關鍵突破在于降階模型的開發。建模團隊先利用實驗數據構建全物理模型,雖能精準描述材料行為,但超級計算機運算仍需數天。
工程師隨后利用全物理模型數據訓練出簡化的降階模型,類似機器學習中的代理建模,抓住關鍵特征后,在標準計算機上僅需幾秒就能完成計算,速度提升數千倍。
![]()
這讓工程師可短時間內評估數十上百種材料配方和結構設計,大幅縮短研發周期。兩次亞軌道火箭任務的飛行測試數據,也驗證了模型的準確性。
雙重價值:賦能軍事武器與深空探索
![]()
在軍事領域,高超音速武器因速度快、機動性強,能突破現有防空系統,其一次性隔熱罩需在單次任務中可靠工作,新型燒蝕材料的快速研發至關重要。
![]()
民用航天領域,隔熱罩技術同樣不可或缺。NASA的獵戶座載人飛船及未來火星探測任務,返回時再入速度遠超近地軌道,熱流密度更高,先進防熱材料是深空探索的必要條件。
跨學科協作:引領工程設計范式轉變
![]()
該項目的成功離不開材料科學、計算流體力學等多領域的跨學科協作,這種模式為其他先進技術開發提供了借鑒。
從行業趨勢看,這一快速評估方法體現了工程設計的范式轉變。
傳統依賴物理原型測試的方式成本高、周期長,現代設計更注重虛擬測試優化,降階模型正是結合了高保真模擬的準確性與快速評估的效率,成為工程師的強大工具。
特別聲明:以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布,本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.