今天能作证是我的荣幸。感谢你们给我这个机会。我是卡内基国际和平基金会的高级研究员兼核政策项目联席主任。我拥有理论物理学博士学位,过去五年来,我一直在从技术和政策角度研究美国、中国和俄罗斯的高超音速武器的发展。我想重点谈谈从飞行试验中可以了解到中国高超音速助推滑翔武器计划的情况,以及该计划对美国及其盟友安全的影响。高超音速武器技术“高超音速”通常定义为至少五倍音速。有三种基本方法可以以这样的速度在远距离准确地运送有效载荷:高超音速巡航导弹、末端制导弹道导弹和助推滑翔武器。我不会深入讨论高超音速巡航导弹,但我会指出,包括马克·斯托克斯和我以前的卡内基同事罗拉·萨尔曼在内的许多专家已经发现了大量证据表明中国和美国一样正在对该领域进行广泛研究。有报道称中国已经试飞了一种超燃冲压发动机——这是持续高超音速飞行所需的推进系统——尽管我无法评估这些报道的真实性。话虽如此,如果这些报道不正确,也不足为奇。
在概念设计期间,预测抖振起始边界时会出现一个问题。由于有效载荷航程和巡航高度能力面临的压力,改善抖振起始边界往往非常重要。它是确定运输机低音速和跨音速性能的主要限制之一。抖振是一种由气流分离或冲击波振荡引起的高频不稳定性,可看作是一种随机受迫振动。根据攻角和自由流速度,气流分离可产生气动激励。后缘的分离边界层会产生湍流尾流,如果此尾流撞击水平尾翼面等,抖振就会影响飞机结构的尾部。由于抖振会限制设计升力系数,因此可能会限制飞机的最大升阻比和运行上限。这意味着,如果没有准确考虑抖振,设计师进行的性能计算可能与飞机的实际性能不符,因为 Breguet 射程方程和耐久性方程都是升力和阻力特性的函数。简而言之,本论文研究的主要动机是创建一种更先进但快速的跨音速抖振起始预测工具,以便在概念设计阶段实现更大的设计自由度。这意味着该工具应该比传统工具更快,它应该可靠并且能够处理非常规配置。此外,它应该以模块化方式构建,以便于使用、更改和更换工具的部件。
火箭发动机的再生冷却结构承受着极大的负荷。负荷是由热燃烧气体(CH4/OX 约为 3500 K)和冷冷却通道流(LCH4 约为 100 K)相互作用引起的,这导致结构中存在较大的温度梯度和高温(铜合金最高可达 1000 K 左右),同时两种流体之间存在较高的压力差。本研究旨在更好地了解三个主要组成部分的物理行为:结构、热气体和冷却剂流,以及它们的相互作用,特别是结构的寿命。自 20 世纪 70 年代以来,已经对燃烧室结构进行了一些寿命实验。Quentmeyer 研究了 GH LOX 2/ 燃烧室 [1] 的 21 个圆柱形 LH 2 冷却测试段的低周热疲劳。在小尺寸燃烧室内安装了一个水冷中心体,以减少燃料消耗并形成火箭发动机的燃烧、音速喉部和膨胀区域。研究了三种不同的材料。热电偶被放置在冷却通道肋条和冷却剂的入口和出口歧管中。测试是在 41.4 bar 的室内压力和 6.0 的混合比(氧气与燃料之比)下进行的。喉部区域的热通量达到 54 MW/m 2 。循环重复测试,直到通过感测冷却剂通道泄漏检测到燃烧室故障。没有定量研究热气壁的变形。单个冷却剂质量均未
哈佛·洛马克斯 (1922-1999) 哈佛·洛马克斯是计算流体力学 (CFD) 领域的先驱,他将有限差分技术应用于大规模并行计算,加速了该领域的发展。从 1944 年到 1994 年,他的研究生涯长达 50 年,奠定了 NASA 艾姆斯研究中心在该领域的领导地位。高层管理人员认识到洛马克斯工作的理论和实践潜力,将 CFD 确立为实验室的战略方向。他们为艾姆斯研究中心带来了许多在洛马克斯指导下精通计算机的空气动力学家。20 世纪 70 和 80 年代,随着管理层为研究人员提供的计算机能力不断增强,CFD 在艾姆斯研究中心也不断发展,使得数值风洞取代真实风洞成为评估气流的主要方法。洛马克斯对 CFD 的主要贡献是计算了飞机在达到音速时周围的非稳定气流。洛马克斯并不是 CFD 的发明者。该领域的创始人应归功于约翰·冯·诺依曼,他在二战后在洛斯阿拉莫斯国家实验室从事有限差分技术研究。1 此外,埃姆斯的其他理论家,包括米尔顿·范戴克、弗兰克·富勒和比尔·默斯曼,对流体流动的计算工作都早于洛马克斯。然而,当其他人还在计算亚音速和超音速流动的影响时,洛马克斯已经解决了最复杂流动的方程,这为