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高超声速飞机在地球上空的艺术渲染
高超声速武器和飞机的速度至少是声速的5倍,即5马赫(约3800英里/小时)。|图片:德州农工工程

高超声速武器是美国防御措施的战略组成部分,世界各国都在采用这项技术。然而,高超声速能力并非国家安全努力的专利。高超声速技术在商业和国防市场上有无数的应用,企业正在迅速投资这一新兴行业。

高超声速武器和飞机的飞行速度至少是声速的5倍(约为每小时3500英里),大约从洛杉矶到纽约市只需不到45分钟。

来自德克萨斯农工大学的研究人员和来自全国各地的合作者正在与国防部合作,在高超声速技术的创新开发方面发挥领导作用。

“联合高超声速过渡办公室(JHTO)(国防部内部)已被国会授权更有效地将高超声速技术过渡到系统,并确保未来的工作人员做好准备,”国防部研究与工程高级能力副部长办公室JHTO的就职主任吉莉安·布西博士说。“大学应用高超声速联合会(UCAH)旨在通过应用研究和针对这一独特社区发展的活动来帮助实现这一目标。”UCAH是一个为期五年、耗资1亿美元的项目,旨在联合众多大学、实验室和行业合作伙伴进行高超声速应用研究。

UCAH于2020年在德州A&M大学成立,由德克萨斯大学管理德州农工工程实验站(TEES)在Rodney Bowersox博士的指导下,他是研究和董事副院长和福特航空航天工程教授。UCAH正在促进美国大学对国防部赞助的高超声速项目的应用研究,其中包括许多行业合作伙伴。由于高超声速研究复杂而昂贵,这些合作伙伴关系是应用研究突破和装备仍然不发达的劳动力的关键。Bowersox说:“在德州A&M大学建立UCAH利用了TEES经验丰富的项目管理专业知识和我们教师广泛的高超声速研究能力。”

像高超声速这样广泛而复杂的领域需要来自各个领域的专业知识,从材料科学家到航空航天和机械工程师,再到制造商和力学。

美国德州农工大学航空航天工程系教授、特聘教授理查德·迈尔斯博士表示:“高超声速技术将通常互不相干的不同领域和技术结合在一起。“因为一切都发展得如此之快,它也相互作用,这对热量、空气流动和冲击波等构成了挑战。”

这种增量式测试方法被德克萨斯州A&M航空航天实验室用于激光、电磁和光学(ALLEMO),在那里创建了模拟和计算模型来预测高超声速条件下的结果。这种测试精确地确定了特定的数据,并且比在高超声速条件下发射完全构造的高超声速飞行器更具成本效益。

德州农工大学有着丰富的跨学院合作传统。例如,德克萨斯A&M大学国家空气热化学和高超声速实验室近20年来,一直致力于提供一个跨学科的场所来提高非平衡气体流动及其表面相互作用的知识和控制。在这个实验室里,来自航空航天工程、化学、物理和机械工程的研究人员并肩工作,解决高超声速领域的挑战性问题,提供了独特的研究和教育经验。

另一个德州农工大学系统多学科测试设施目前正在建设中乔治·h·w·布什战斗发展综合体(BCDC)是弹道,航空光学和材料(BAM)测试范围。BAM将是一个大规模的、全封闭的多学科研究和开发设施,能够评估高能激光传播、高超声速空气热力学和材料和结构的超高速冲击响应。一旦完成,BAM测试靶场将成为美国同类设备中最大、设备最齐全的设施。该设施将为教师、研究科学家和学生提供独特的现实飞行测试和评估机会。

“国防部和国防工业对BAM试验场将为高超声速地面飞行和定向能测试提供的独特能力高度感兴趣,”BCDC主任蒂姆·格林少将说。“随着BAM试验场的开放,BCDC团队对有机会支持德克萨斯A&M系统对国家安全创新的承诺感到自豪和兴奋,并在全国重要的实验和测试设施中占据一席之地。”

田纳西大学空间研究所Hap Arnold主席和UCAH劳动力发展委员会负责人John Schmisseur博士说:“在我们发展实现新的高超声速能力所必需的劳动力时,重要的是要理解这包括当前进入高超声速项目的劳动力、构建我们系统的工艺力量以及代表未来劳动力的学生。”“学术界有能力培训这三个群体,但我们需要考虑如何有效地做到这一点。这促使我们探索新的非传统选择,如证书课程和短期课程。”

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