震撼性颠覆!美国采用黑科技研发六代机 建造周期由十年变一年

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  震撼性颠覆!美国采用黑科技研发六代机 建造周期由十年变一年


  9月15日美国空军造了一个大新闻。美国空军采购主管威尔·罗珀9月15日在空军协会的会议上公开确认下一代战斗机的存在,称“一架全尺寸样机在现实世界中飞行过”。罗珀还称,美空军将“非常迅速地将这款战斗机投产” 。

  美国研发第六代战机实际不是啥新闻。早在2010年11月3日,美国空军装备司令部(AFMC)向工业界发布了一份信息征询通告,要求工业界提供关于可在2030年左右形成初始作战能力的新战机计划草案。


  在世界各国都在研究六代机之时,美国空军却拿出了所谓技术验证机,这完全颠覆了人们对以往战斗机研发耗费漫长时间的定式思维。是什么黑科技改变了这一切呢?

  据美媒报道,美国空军最新披露的战斗机原型机采用沉浸式模拟设计和其他新的数字工具设计,预示着美国军事武器的创造和生产将进入一个新时代。


  军方官员没有透露关于下一代空中优势计划(简称NGAD)的细节,该计划的飞行演示机显然已经打破了一些记录。目前已知的是,空军及其承包商利用数据和新技术虚拟设计了这架飞机,这使得空军可以在短时间内建造和测试它。反而F-35却花了十多年的时间才建造完成。

  拥有“eplane”能让我们设计变得更快,装配变得更快,更快地进行测试,并且能够得到我们需要的数据来确定模型。

  威尔·罗珀星期二对记者说。“所以这些贯穿项目生命周期的数字线索,加速发展带来的意外之财是,所有东西都能聚焦于真正重要的东西,因为数字模式允许你传达你已经知道的东西。”


  虚拟化本身并不新鲜。与以往不同的是,它的计算能力和数据的可用性使真实物体的数字版本在一个新的规模上变得可信和有用。这种数字配对的做法可以追溯到工程师迈克尔·格里维斯在2002年的一次演讲,他当时在密歇根大学的产品生命周期管理中心工作。按照最初的设想,这对数字孪生是一个真实物体的数字版本,不是通过简单的计算机辅助设计技术,而是由真实物体上的传感器产生的数据创造出来的。

  驱动该模型的前提是每个系统由两个系统组成,一个是一直存在的物理系统,另一个是包含关于物理系统的所有信息的新虚拟系统。格里夫斯在2016年的一篇论文中写道:“这意味着在现实空间和虚拟空间之间存在镜像或成对的系统,反之亦然。”他补充说,国防部正在探索下一代战斗机设计的概念。

  对于NGAD,空军使用来自F-35联合攻击战斗机和T-7教练机的数据来开发一个虚拟原型,然后是一架实际的飞行飞机。


  罗珀说:“这次发布的消息并不是说我们刚刚建造了一架‘eplane’,并在我们的虚拟世界中试飞了很多次,我们已经做到了,而是说我们已经建造了一架全尺寸的飞行演示机,并在现实世界中试飞。”

  这表明美国空军有足够的数据来快速开发各种各样的“eplane”,或者调整现有的设计,或者从零开始建造新的飞机。例如,罗珀说,如果他必须在T-7之后建造另一架教练机,那就会少做很多测试。


  数字孪生并非空军独有。苹果(Apple)为iphone开发了这种技术,而特斯拉(Tesla)则为它生产的每一辆汽车都开发了一款数字孪生汽车。汽车上的传感器会提醒特斯拉汽车出现问题,并判断它是需要技工修复还是需要远程软件升级。所有这些传感器数据也会根据汽车在现实世界中的体验,进入新的更好的设计中。


  “数字孪生”,可以说是近年来火起来的具有颠覆性的前沿科技之一,国际上有关信息研究和分析机构把它列为未来十大战略技术趋势之一。这一概念最早由密歇根大学教授Dr. 迈克尔·格里维斯提出,是指通过数字化手段,在虚拟空间构建一个与现实实体相一致的虚拟实体的技术。通俗些讲,就是把一个物体完全复制到数字设备上、便于人们观察的技术。


  这种技术之所以具有颠覆性,就在于它可以完全绕过现实事物,直接通过操控数字孪生体进行模拟、仿真和预测。例如波音公司的波音777客机,就是利用数字孪生的初期技术开发设计的。它的整个研发过程,300多万个零部件,没有任何图纸模型,完全依靠数字仿真来推演,然后直接进行量产。据报道,这项技术帮助波音公司减少返工量50%,有效缩短研发周期40%。

  美国国防部也在向这个领域进军。2018年4月,当时负责研究和工程的国防副部长迈克尔·格里芬(Michael Griffin)告诉议员们,在建造武器、网络和设备的过程中引入虚拟化和模拟的必要性。


  我们正在开发一种能力,将有效的服务和威胁模型集成到联合仿真环境中,这样我们就可以在任务级场景中对这些潜在能力进行高保真度评估,部门就能更好地了解这些能力是如何运作的,格里芬说。同年晚些时候,他继续推动学院采用新的数字工程策略。

  去年,五角大楼与一家名为Uptake的公司签订了合同,以建立一个虚拟的布拉德利战车的孪生兄弟,以更好地预测维修问题。罗珀表示,未来这项技术将帮助开发从卫星到洲际弹道导弹的一切东西。

  这一概念的创始人格里维斯最近在一次采访中表示,数字孪生的应用可以延伸到航空母舰或任何军方建造的东西上。

  让一个观察者在房间里同时展示虚拟产品和实体产品的图像。他说,今天,几乎没有人能看出其中的区别。


  不可否认数字孪生技术的确加快了研发速度和生产速度。节省了以往研制、用户试用后、提出人机功效改进意见、再修改设计、最终定型的串行过程。数字化设计,虚拟样机的最高境界,就是一步就成功,样机直接就是量产款,不用再验证或者修改。这也就是解释了美国空军为何敢于说非常迅速地将这款战斗机投产。

  数字孪生技术虽然有好的一方面但是尤其不足。如果模拟仿真足以覆盖全面,就不会有波音737MAX这样等低级错误 理论上计算机上就能检验出来。这就是计算机仿真永远的痛,永远不知道自己的覆盖是否全面,模型是否够真实,无限逼近,但现实中总会有新出现的问题 只能不断在教训中,不断无限逼近,理论与现实总有差距。


  而实际上,永远都是个“不够全,不够真”的马拉松,永远都觉得自己无限接近了,直到下一次事故 当然也有好的一面:速度越来越快,预算超支越来越少,成功率越来越好,事故率越来越低。


  综上,对于美国空军能够快速推出六代原型机也不必过于紧张,所谓原型机在一定程度上还是技术验证机,距离实战还有一定的距离。但是不可否认,由于美国空军采用新的技术让飞机的设计和生产周期大大缩短了。这个方法的确值得我们去借鉴。当然美国的方法也不一定适合中国。因为每个国家的国情也不一样。但是却可以作为他山之石。(幂谈天下/张幂)

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