DARPA werkt aan nieuwe generatie materialen voor hypersonische voertuigen

• DARPA heeft een nieuw programma aangekondigd met de naam MACH dat een nieuw ontwerp en nieuwe materialen wil bouwen voor hypersonische voertuigen.
• Het doel is om scherpe toonaangevende oplossingen te ontwikkelen die hoge warmtestromen aankunnen en prestaties leveren die verder gaan dan de bestaande op koolstof-koolstofcomposiet gebaseerde systemen.

Hypersonische vliegtuigen en wapens zijn misschien een droom van de toekomst, maar om dit te realiseren, moeten onderzoekers geavanceerde materialen bedenken die een ongelooflijk vermogen hebben om extreem hoge temperaturen aan te kunnen die worden gecreëerd met hypersonische snelheden.

Voor degenen die het niet weten, alles dat sneller reist dan Mach 5 - vijf keer de snelheid van het geluid - is hypersonisch. Sommige voertuigen hebben zulke ongelooflijk hoge snelheden bereikt, maar slechts voor een korte periode. De Noord-Amerikaanse X-15 was bijvoorbeeld een experimenteel bemand vliegtuig dat in 1967 het hoogste snelheidsrecord van Mach 6,7 vestigde.

Het ontwerpen van constructies die duizenden graden hitte kunnen weerstaan ​​bij zulke hoge snelheden is een uitdagende taak, vooral voor leading edge's die de maximale hoeveelheid hitte ervaren.

Nu is DARPA een stap verder gegaan om deze technische uitdaging aan te gaan. Het bureau heeft een nieuw programma aangekondigd met de naam MACH (afkorting van Material Architectures and Characterization for Hypersonics) dat een nieuw ontwerp en nieuwe materialen voor hypersonische voertuigen wil bouwen.

Hoewel ingenieurs hebben gewerkt aan manieren om de hete voorranden van het hypersonische voertuig te koelen, hebben ze tijdens de vlucht geen haalbaar concept kunnen leveren. Recente ontwikkelingen op het gebied van thermische engineering kunnen echter schaalbare materiaalarchitecturen mogelijk maken die warmte efficiënt kunnen afwijzen en hypersonische prestaties kunnen verbeteren.

MACH-programmastructuur

Het hoofddoel is het creëren van een nieuw type thermisch beheerde, scherpe toonaangevende architectuur voor hypersonische luchtvoertuigen met een hoge hef-tot-sleepverhouding die kunnen werken bij intense hittestromen. Deze niet-eroderende voorranden zullen de operationele capaciteit van voertuigen verbeteren, waardoor ze sneller en verder vliegen.

Het MACH-programma richt zich op twee dingen:

T1. Geïntegreerde thermische beheersystemen ontwikkelen en testen voor een geavanceerde voorsprong.
T2. Materiaalonderzoek van de volgende generatie voor hypersonische voertuigen om indrukwekkende geavanceerde mogelijkheden te bereiken.

Afbeelding tegoed:DARPA

Het is een vierjarig inspanningsprogramma in twee fasen. De eerste fase wordt over 27 maanden uitgevoerd en de volgende fase krijgt de resterende 21 maanden.

In T2 zal DARPA proberen toonaangevende capaciteiten te verkrijgen die verder gaan dan de T1-prestatiestatistieken, waaronder nieuwe methoden voor thermisch beheer, keramiek, metalen en coatings, samen met nieuwe functies die nodig zijn om deze materialen en technieken te ontwikkelen.

Referentie:Fbo.gov | DARPA 

Succesvolle benaderingen zullen onderzoeken:

1. Nieuwe materialen, zoals keramische composities, nieuwe metaallegeringen en coatingprestaties bij temperaturen van meer dan 2.200 graden Celsius.
2. Subcomponenttechnologieën, inclusief methodologieën om extreme koeling te verkrijgen.
3. Modelfuncties om de ontwikkeling van missiespecifieke materialen te versnellen.

Bovendien zullen alle materiaalontwikkelingstechnieken gebruik maken van het ICME-raamwerk (afkorting van Integrated Computational Materials Engineering) om materiaaloptimalisatie te verbeteren en prestatieprojectie op systeemniveau mogelijk te maken.

Lezen:DARPA zal laserlichtbron gebruiken om kleine vliegtuigen on the fly aan te drijven

Als alles volgens plan verloopt, zouden we in de komende vier jaar een doorbraak kunnen zien in het verminderen van het aerothermische effect - dat zou uiteindelijk de hypersonische prestaties verbeteren.