DARPA arbeitet an Materialien der nächsten Generation für Hyperschallfahrzeuge

• DARPA hat ein neues Programm namens MACH angekündigt, das darauf abzielt, neues Design und neue Materialien für Hyperschallfahrzeuge zu entwickeln.
• Das Ziel besteht darin, hochmoderne Lösungen zu entwickeln, die mit hohen Wärmeströmen umgehen und eine Leistung liefern, die über die bestehenden Systeme auf Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundbasis hinausgeht.

Hyperschallflugzeuge und -waffen sind vielleicht ein Traum der Zukunft, aber um dies zu verwirklichen, müssen Forscher fortschrittliche Materialien entwickeln, die unglaubliche Fähigkeiten haben, mit extrem hohen Temperaturen, die bei Hyperschallgeschwindigkeiten erzeugt werden, umzugehen.

Für diejenigen, die es nicht wissen:Alles, was sich schneller als Mach 5 bewegt – fünfmal so schnell wie der Schall – ist Hyperschall. Manche Fahrzeuge haben so unglaublich hohe Geschwindigkeiten erreicht, aber nur für kurze Zeit. Die North American X-15 war beispielsweise ein experimentelles bemanntes Flugzeug, das 1967 mit Mach 6,7 den höchsten Geschwindigkeitsrekord aufstellte.

Das Entwerfen von Strukturen, die Tausenden von Grad Hitze bei so hohen Geschwindigkeiten standhalten können, ist eine anspruchsvolle Aufgabe, insbesondere für Vorderkanten, die der maximalen Hitze ausgesetzt sind.

Jetzt ist DARPA einen Schritt weiter gegangen, um sich dieser technischen Herausforderung zu stellen. Die Agentur hat ein neues Programm namens MACH (kurz für Material Architectures and Characterization for Hypersonics) angekündigt, das darauf abzielt, neues Design und neue Materialien für Hyperschallfahrzeuge zu entwickeln.

Obwohl Ingenieure daran gearbeitet haben, die heißen Vorderkanten des Hyperschallfahrzeugs zu kühlen, konnten sie kein praktikables Konzept im Flug liefern. Die jüngsten Fortschritte in der Wärmetechnik könnten jedoch skalierbare Materialarchitekturen ermöglichen, die Wärme effizient ableiten und die Hyperschallleistung verbessern können.

MACH-Programmstruktur

Das Hauptziel besteht darin, eine neue Art von thermisch gesteuerter, scharfkantiger Architektur für Hyperschall-Luftfahrzeuge mit hohem Auftrieb-zu-Widerstands-Verhältnis zu schaffen, die bei intensiven Wärmeströmen betrieben werden können. Diese nicht erodierenden Vorderkanten verbessern die Einsatzfähigkeit von Fahrzeugen und lassen sie schneller und weiter fliegen.

Das MACH-Programm konzentriert sich auf zwei Dinge:

T1. Entwicklung und Test integrierter Wärmemanagementsysteme für einen skalierten Vorsprung.
T2. Materialforschung der nächsten Generation für Hyperschallfahrzeuge, um beeindruckende Spitzenleistungen zu erreichen.

Bildnachweis:DARPA

Es ist ein vierjähriges, zweiphasiges Leistungsprogramm. Die erste Phase wird in 27 Monaten ausgeführt und die nächste Phase erhält die restlichen 21 Monate.

In T2 wird DARPA versuchen, über die T1-Leistungskennzahlen hinaus eine Spitzenleistung zu erreichen, die neue Wärmemanagementmethoden, Keramiken, Metalle und Beschichtungen sowie neue Funktionen umfasst, die für die Entwicklung dieser Materialien und Techniken erforderlich sind.

Referenz:Fbo.gov | DARPA 

Erfolgreiche Ansätze werden untersuchen:

1. Neue Materialräume wie Keramikzusammensetzungen, neue Metalllegierungen und Beschichtungsleistung bei Temperaturen über 2.200 Grad Celsius.
2. Unterkomponententechnologien, einschließlich Methoden zur Erzielung extremer Kühlung.
3. Modellierungsfunktionen zur Beschleunigung der missionsspezifischen Materialentwicklung.

Darüber hinaus werden alle Materialentwicklungstechniken das ICME-Framework (kurz für Integrated Computational Materials Engineering) verwenden, um die Materialoptimierung zu verbessern und eine Leistungsprognose auf Systemebene zu ermöglichen.

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Wenn alles nach Plan verläuft, könnten wir in den nächsten vier Jahren einen Durchbruch bei der Reduzierung des aerothermalen Effekts – der letztendlich die Hyperschallleistung verbessern würde – sehen.