高超聲速武器作為美國國防部重點發(fā)展的復雜工程項目撇眯，在技術(shù)開發(fā)與成熟方式上并不完全支持工業(yè)化解決方案。而采用數(shù)字工程方法可以使高超聲速武器從開發(fā)到生產(chǎn)棺耍、組裝和保障的全生命周期的虛擬化贡未，為實現(xiàn)裝備更快的設計、無縫裝配和升級打開了方便之門蒙袍，為高超聲速武器開發(fā)中存在的問題提供解決辦法俊卤。

美國國防部在2018年正式發(fā)布數(shù)字工程戰(zhàn)略（Digital Engineering Strategy），并將其定義為一種集成的數(shù)字方法害幅，通過在全生命周期內(nèi)跨學科消恍、跨領(lǐng)域地連續(xù)傳遞模型和數(shù)據(jù)，借助超級計算以现、數(shù)據(jù)分析哺哼、人工智能和機器學習等創(chuàng)新技術(shù)以提升工程能力，實現(xiàn)敏捷采辦叼风、夯實工業(yè)基礎(chǔ)虽柜、促進制造業(yè)變革。

B-52轟炸機發(fā)射ARRW導彈

被寄予厚望的數(shù)字工程

近年來威众，美國自認為在高超聲速武器進展方面處于相對被動的局面财偶。大國競爭戰(zhàn)略下對未來高超聲速武器庫規(guī)模需求，導致美國投入更大精力以提升高超聲速武器產(chǎn)能哼股。美國最新發(fā)布的“國家高超聲速倡議2.0”（NHI2.0）是一份面向未來的長遠計劃课枉，希望幫助其獲得“破壞性和先進的作戰(zhàn)能力”，在全球舞臺上重獲競爭優(yōu)勢荧肴。美國國防部認為杆赃，為了實現(xiàn)可負擔的能力莲疤，美國必須打破陳舊方式，以更先進的方式實現(xiàn)更多宣忧、更快生產(chǎn)砍机。而美國發(fā)展數(shù)字工程，就是要對其敏捷供給能力體系進行升級锤扣，數(shù)字化能力將在美國高超聲速武器的“設計—研發(fā)—制造”全生命周期發(fā)揮重要作用铭莱，支持高超聲速武器系統(tǒng)的快速規(guī)劃、敏捷設計遣妥、高效制造與精準保障擅编，以更經(jīng)濟和可持續(xù)的方式向作戰(zhàn)部隊快速交付先進高超聲速武器。

2022年7月箫踩，為得到制造高超聲速武器所需吸氣式發(fā)動機的能力信息爱态，美國空軍在向工業(yè)界發(fā)布的征詢書中，除了要求從事美國國防部高超聲速項目的公司概述其當前和未來的生產(chǎn)能力預測外境钟，還要指出在高超聲速發(fā)動機方面的技術(shù)創(chuàng)新以及是否應用了數(shù)字工程等要素肢藐。數(shù)字工程與高超聲速武器研發(fā)的聯(lián)系愈加緊密。

數(shù)字工程在現(xiàn)有高超聲速項目的應用

2022年7月12日吱韭，美國國防部高超聲速武器負責人邁克·懷特（Michael White）在高超聲速論壇中圍繞如何最大限度地提供高超聲速能力發(fā)表專題演講吆豹，指出國防部正在制訂一項名為“國家高超聲速倡議2.0”的未來戰(zhàn)略，希望創(chuàng)造一個更強大的能力通道和采辦生態(tài)環(huán)境理盆，以負擔得起痘煤、負責任和穩(wěn)健的方式加快美國高超聲速技術(shù)發(fā)展。NHI2.0戰(zhàn)略中降低成本和提高設計制造能力的目標與美國國防部正在實施的數(shù)字工程戰(zhàn)略不謀而合猿规，一些軍工企業(yè)紛紛應用數(shù)字工程技術(shù)促進高超聲速武器的研發(fā)衷快。

洛馬公司開設智能制造工廠

洛克希德-馬丁（洛馬）公司承擔了美國空海陸三軍的多個高超聲速武器項目么缴，在美國國防部數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮下贬市，洛馬公司積極參與數(shù)字工程建設，在多個項目中采用了數(shù)字線索（digital thread）和數(shù)字孿生（digital twin）技術(shù)犁式。

2018年啟動的“空射快速響應武器”（ARRW）項目旨在發(fā)展一型戰(zhàn)術(shù)機載高超聲速助推滑翔武器劈警。作為該項目的總承包研商，洛馬公司在2021年開設了兩大智能工廠蚌汁，助力ARRW導彈的制造遵盼。

2021年8月，洛馬公司在加利福尼亞州帕姆代爾的臭鼬工廠開設了一個占地2萬m²的先進制造廠鲸嫁，支持空軍ARRW的初始樣機建造工作刑映。該工廠具備數(shù)字基礎(chǔ)設施，能夠集成智能制造手段兜诞，搭載物聯(lián)網(wǎng)并快速翰鬓、經(jīng)濟地提供尖端解決方案忽畏，使項目的快速迭代設計成為可能。

2021年10月坟翠，洛馬公司又在亞拉巴馬州考特蘭啟用了4號導彈裝配大樓（MAB4）赖钞，重點支持ARRW后續(xù)制造工作。MAB4采用了先進的數(shù)字技術(shù)刃滓，如機器人熱防護應用能力、智能扭矩工具和基于混合現(xiàn)實的培訓與虛擬檢查等耸弄。同時咧虎，制造車間還采用數(shù)字線索技術(shù)，做到生產(chǎn)設施間的數(shù)字化連接计呈，對其狀態(tài)和運營優(yōu)化進行全維監(jiān)測砰诵，實現(xiàn)以最高效率優(yōu)化生產(chǎn)，提升高超聲速導彈制造效率捌显，降低生產(chǎn)成本茁彭。由于MAB4工廠匯集了洛馬公司最先進的生產(chǎn)技術(shù)，使科研人員能夠充分利用數(shù)字工程在時間和空間上的便利性扶歪，徹底改變了開發(fā)和生產(chǎn)高超聲速武器的方式理肺。

除了ARRW項目，基于數(shù)字化制造能力善镰，洛馬公司還向國防部交付了其他高超聲速武器項目的產(chǎn)品妹萨，包括常規(guī)快速打擊（CPS）和遠程高超聲速武器（LRHW）。在上述項目中措瑞，洛馬公司表示將與國防部和科研機構(gòu)長期合作剃杯，利用全公司最好的數(shù)字技術(shù)，為開發(fā)最先進的高超聲速打擊能力鋪平道路虹喉。

雷神技術(shù)公司采用新型設計流程

高超聲速吸氣式武器概念(HAWC)項目于2013年啟動沽糕，旨在發(fā)展一型速度達到Ma6的高超聲速巡航導彈。雷神技術(shù)公司在HAWC項目的開發(fā)過程中充分應用了數(shù)字工程技術(shù)啤糙，其項目負責人稱“所有的事情都在數(shù)字模型中完成”启血。

雷神技術(shù)公司的HAWC導彈

在過去的典型設計流程中，雷神技術(shù)公司一般是在一種集計算機輔助設計/制造/工程于一體的軟件Pro/Engineer或類似工具中完成機械模型锉累，以創(chuàng)建整個結(jié)構(gòu)的3D繪圖休台，進而執(zhí)行計算流體力學等操作，然后再開展性能模型測試等胰肆。在此過程中征啦，工程師需要從一個模型獲取結(jié)果并將其輸入另一個模型，帶來的問題是這種連續(xù)工作方法會驅(qū)使開發(fā)人員進行一系列迭代桦闪，在將模型傳遞到下一步后侠坎，需要繼續(xù)更新模型蚁趁，十分耗時。而在雷神技術(shù)公司的數(shù)字工程環(huán)境中实胸，所有這些模型都匯集在一起他嫡，避免了迭代的過程。同時庐完，隨著數(shù)字化模型繼續(xù)發(fā)展和成熟钢属，還可以找到區(qū)域解決方案，而不是一個點解決方案门躯。這使得整個工作變得有彈性淆党，進行了一定范圍的改動后仍能滿足任務需求，將更有利于生產(chǎn)讶凉。

為驗證HAWC項目數(shù)字模型和仿真的準確性染乌，技術(shù)團隊在高速風洞中測試一個縮比樣件。試驗結(jié)果顯示懂讯，數(shù)字化模型仿真結(jié)果非常準確荷憋，甚至能夠通過數(shù)字化模型仿真結(jié)果觀察到風洞試驗中存在的異常情況并進行糾正。通過用數(shù)字環(huán)境中的循環(huán)迭代學習代替硬件的制造和試飛以及簡化測試褐望，雷神技術(shù)公司在HAWC項目中驗證了對高超聲速飛行環(huán)境的建模能力搬雳。數(shù)字化設計和工程有能力使開發(fā)時間縮短30%或更多，甚至可能使試驗測試時間縮短更多锤观。

雷神技術(shù)公司對數(shù)字線索在高超聲速武器開發(fā)中的應用十分重視贵式，從采用開發(fā)—信息安全—運營（DevSecOps）的方式進行軟件研發(fā)開始，將使用拦袍、供應鏈和持續(xù)保障等環(huán)節(jié)整合到單一的數(shù)字線索中衬榕，從而使開發(fā)時間縮短一半，并降低研發(fā)成本誓拉。

諾格公司成立數(shù)字化研發(fā)機構(gòu)

作為美國高超聲速巡航導彈超燃沖壓發(fā)動機的重要供應商杈夜，諾斯羅普-格魯門（諾格）公司在其高超聲速項目中積極應用數(shù)字工程。諾格公司的研究篓羊、技術(shù)和工程部門正在盡其所能盹组，努力創(chuàng)造最先進的三維設計技術(shù)，并將數(shù)字設計與數(shù)字制造技術(shù)結(jié)合起來六赢，更快哄避、更有效地提供更好的產(chǎn)品，優(yōu)化作戰(zhàn)人員的體驗劳景。

2021年7月誉简，諾格公司宣布興建高超聲速卓越中心以支持高超聲速武器的設計、開發(fā)、生產(chǎn)和集成闷串，配備先進的生產(chǎn)技術(shù)并采用成熟的數(shù)字工程實踐經(jīng)驗瓮钥，使諾格公司能夠快速應對技術(shù)的不斷發(fā)展及客戶需求的變化，以支持美國軍隊及其盟友應對新興威脅烹吵。新的高超聲速生產(chǎn)設施將優(yōu)化開發(fā)效率碉熄，降低生產(chǎn)成本，能更快地將武器交付給作戰(zhàn)人員肋拔。此外锈津，卓越中心通過運用數(shù)字工程，可實現(xiàn)無損檢測的自動化處理凉蜂，并部署自動化裝置來提高安全性和可靠性琼梆，優(yōu)化高超聲速導彈開發(fā)效率，降低生產(chǎn)成本跃惫。

諾格公司試驗超燃沖壓發(fā)動機

2021年8月叮叹，諾格公司在亨茨維爾成立了新的導彈防御未來實驗室（MDFL）顿储，采用了全面的建模溺联、仿真和可視化技術(shù)，以促進開發(fā)人員和作戰(zhàn)人員之間的創(chuàng)新和協(xié)作遮店。該實驗室憑借定制的服務器捻境，以及處理和中繼來自導彈探測衛(wèi)星和地面站數(shù)據(jù)的能力，支持導彈防御系統(tǒng)工程師的研究戳酒、建模和模擬炸鹅，協(xié)助開發(fā)跟蹤軟件，以應對核威脅和其他威脅伟杂。諾格公司表示肮渣，通過與客戶在預研和設計之初開始合作，該公司將在國防工業(yè)進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中處于領(lǐng)先地位名挪。

數(shù)字工程在新增高超聲速項目的應用

除了以上所述項目距肯，根據(jù)最新發(fā)布的2022財年預算，還可以看到數(shù)字工程在美國其他高超聲速項目中的應用绵笆，包括高超聲速進攻巡航導彈（HACM）項目和高超聲速空射（HALO）項目等棺衬。

HACM項目是美國空軍在2022財年新增的研發(fā)項目，旨在研發(fā)以超燃沖壓發(fā)動機為動力的高超聲速巡航導彈原型機并開展演示驗證时鸵。預算報告顯示胶逢，該項目將支持原型機的技術(shù)開發(fā)和測試，支持數(shù)字工程饰潜、開放系統(tǒng)架構(gòu)初坠、建模分析和高性能計算環(huán)境建設等，為演示驗證做技術(shù)儲備。

HALO項目在美國海軍2022財年預算中被首次披露某筐，時稱“進攻性反水面戰(zhàn)武器增量II”（OASuW Inc II）比搭，作為進攻性反水面戰(zhàn)武器（OASuW）的后續(xù)型號。據(jù)預算信息南誊，美國海軍將通過可選方案分析身诺、原型設計及技術(shù)演示驗證，有針對性地成熟子系統(tǒng)技術(shù)抄囚，并對組件和全尺寸原型進行設計霉赡。在項目的采辦計劃中，該項目將使用數(shù)字工程和基于模型的系統(tǒng)工程實踐進行需求確定幔托、設計穴亏、貿(mào)易研究及分析，并完成未來作戰(zhàn)條件下的系統(tǒng)鑒定细周、組件/子系統(tǒng)試驗毯创、制造和維護的相關(guān)技術(shù)規(guī)劃。

x`x結(jié)束語

當前谒酌，以美國雷神技術(shù)公司苫七、洛馬公司和諾格公司為代表的軍工企業(yè)積極響應和應用數(shù)字工程技術(shù)，促進高超聲速武器裝備的開發(fā)和生產(chǎn)遮结。隨著數(shù)字化模型的仿真度在所有行業(yè)中的提高尼送，美國國防部對數(shù)字化仿真能力的信心迅速提升，工業(yè)界也將更快落地曾负、啟動更多具有代表性的數(shù)字技術(shù)鸭荡，以期幫助美國通過創(chuàng)新在高超聲速項目中獲得競爭優(yōu)勢。

（張強 李茜 航空動力 期刊）

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