二、計(jì)劃的主要內(nèi)容

1．計(jì)劃概況

2018年10月25日開始招標(biāo)的PETIC計(jì)劃為“航空航天電力與熱技術(shù)”和“電力、能量和熱科學(xué)研究”兩個(gè)計(jì)劃的后續(xù)計(jì)劃，面向兆瓦級(jí)遠(yuǎn)程空中優(yōu)勢(shì)飛機(jī)、長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)、高超聲速飛機(jī)、定向能武器及“高效中等尺度推力”（EMSP）等應(yīng)用。其中，高效中等尺度推力平臺(tái)是一個(gè)開發(fā)和驗(yàn)證用于MQ－9“死神”和其他中高端無人機(jī)先進(jìn)推進(jìn)技術(shù)的研究計(jì)劃，其目標(biāo)是使功率翻一番、增加航程、延長(zhǎng)留空時(shí)間，并去除當(dāng)前MQ－9所需的保障設(shè)備。

根據(jù)招標(biāo)書，PETIC計(jì)劃總經(jīng)費(fèi)為9900萬美元，研究周期為7年，初始任務(wù)訂單包括兩個(gè)，總經(jīng)費(fèi)為4850萬美元。第一個(gè)初始任務(wù)訂單為PETIC分析、綜合和目標(biāo)系統(tǒng)科研計(jì)劃。第二個(gè)初始任務(wù)訂單為PETIC先進(jìn)組件和子系統(tǒng)熱物理、電化學(xué)和電磁實(shí)驗(yàn)學(xué)術(shù)研究。兩個(gè)任務(wù)訂單的研究目標(biāo)都是推進(jìn)PETIC組件和子系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展，開展熱物理、電化學(xué)、電磁學(xué)領(lǐng)域科學(xué)研究，使技術(shù)成熟度從1～2級(jí)提升至3～4級(jí)或更高，以滿足先進(jìn)軍用平臺(tái)的需求。

美空軍研究實(shí)驗(yàn)室在計(jì)劃征求書附件中，提供了其有關(guān)科研基礎(chǔ)設(shè)施的介紹。上圖為第19號(hào)建筑，原為1922年建于代頓的一座風(fēng)洞，2010年3月由美空軍委托埃莫森工程公司開展改裝為綜合能量與熱實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)，2013年2月由美陸軍工程兵開始施工改造。該建筑物內(nèi)的可用研究空間達(dá)到1．7萬平方英尺，約合1580平方米（美空軍研究實(shí)驗(yàn)室圖片）

2．主要研究?jī)?nèi)容

PETIC計(jì)劃研究領(lǐng)域包括基礎(chǔ)材料與裝置特性研究、組件原型開發(fā)與測(cè)試、子系統(tǒng)與系統(tǒng)級(jí)綜合及綜合演示驗(yàn)證、支撐高功率性能和能量?jī)?yōu)化的先進(jìn)控制系統(tǒng)，以及每個(gè)領(lǐng)域相應(yīng)的建模與仿真，以及整個(gè)軍用平臺(tái)效能評(píng)估。

具體而言，PETIC計(jì)劃包含14項(xiàng)研究?jī)?nèi)容。

①機(jī)械子系統(tǒng)與能量轉(zhuǎn)化：主要包括高溫線纜絕緣技術(shù)、熱電技術(shù)、碳納米管技術(shù)、超導(dǎo)材料、機(jī)械和磁行為建模、磁材料開發(fā)和制造、無傳感器算法和先進(jìn)控制方法等。

②機(jī)電作動(dòng)／電靜液作動(dòng)和液壓作動(dòng)系統(tǒng)：包括作動(dòng)系統(tǒng)的熱管理、雙作動(dòng)構(gòu)型的力紛爭(zhēng)減緩、功率特性描述和管理、性能評(píng)價(jià)和評(píng)估、飛行品質(zhì)試驗(yàn)、以及故障模式和可靠性研究等。

③軍用平臺(tái)與定向能武器系統(tǒng)的PETIC相關(guān)子系統(tǒng)綜合／概念分析和效益評(píng)估：包括綜合／能量?jī)?yōu)化的先進(jìn)儲(chǔ)能、作動(dòng)、魯棒電源／電力電子器件等開發(fā)；進(jìn)行初步的子系統(tǒng)和綜合系統(tǒng)建模與仿真，開展實(shí)驗(yàn)室演示驗(yàn)證。

④應(yīng)用溫度范圍更寬的電力組件開發(fā)：包括電力裝置設(shè)計(jì)和可靠性評(píng)估、充電裝置材料和封裝、用于可靠的門電路訂制的介電薄膜、寬禁帶電力裝置。

⑤電力管理與分配：其中組件技術(shù)包括固態(tài)開關(guān)裝置、磁裝置、電容器和能量轉(zhuǎn)化裝置；系統(tǒng)級(jí)技術(shù)包括用于電動(dòng)機(jī)的先進(jìn)逆變器、變換器和控制器、起動(dòng)發(fā)電機(jī)、綜合動(dòng)力裝置及磁懸浮軸承。

⑥先進(jìn)導(dǎo)體研究開發(fā)和熱科學(xué)研究：研究和開發(fā)高溫超導(dǎo)體、熱電材料、碳納米管、熱界面和磁性材料的屬性測(cè)量技術(shù)和測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)；建立新型工藝探索電子和熱屬性，以開發(fā)結(jié)構(gòu)－屬性－工藝的關(guān)系。

⑦儲(chǔ)能科學(xué)研究：提高28伏至270伏儲(chǔ)能系統(tǒng)中的電池性能；拓展熱電池的主動(dòng)運(yùn)行時(shí)間，減輕重量以用于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈或者飛機(jī)應(yīng)急電源；提高長(zhǎng)航時(shí)任務(wù)所需的高能、高功率燃料電池效率。

⑧鋰離子／鋰空氣電池和燃料電池材料的合成與特性研究：開發(fā)和優(yōu)化新型電解質(zhì)和先進(jìn)的電極技術(shù)；制造先進(jìn)鋰離子和鋰空氣電池的概念驗(yàn)證原型系統(tǒng)，并進(jìn)行特性研究；確定電池壽命和性能。

⑨電力生成／處理和使用技術(shù)開發(fā)：通過實(shí)驗(yàn)研究來開發(fā)和優(yōu)化從發(fā)電到用電的綜合電力系統(tǒng)，預(yù)期的研究?jī)?nèi)容可能包括多個(gè)發(fā)電機(jī)控制技術(shù)。

⑩綜合動(dòng)力與熱管理架構(gòu)開發(fā)：研究、設(shè)計(jì)和分析自適應(yīng)動(dòng)力與熱架構(gòu)，開發(fā)飛行器能量控制器，這些架構(gòu)或者其中一部分的建模與仿真，研究這些架構(gòu)不同組件的技術(shù)規(guī)范。

飛機(jī)子系統(tǒng)和航空航天定向能系統(tǒng)綜合設(shè)施開發(fā)：識(shí)別和開發(fā)過程與設(shè)施，完善實(shí)驗(yàn)技術(shù)，建立兆瓦級(jí)驅(qū)動(dòng)臺(tái)，獲得高可靠寬溫度范圍的測(cè)試能力。

熱管理研究與開發(fā)：開展科學(xué)研究，進(jìn)一步了解熱管理的基本原理，演示用于下一代軍用平臺(tái)的熱管理組件和子系統(tǒng)支撐技術(shù)，識(shí)別與熱能采集、傳輸、存儲(chǔ)、排放和轉(zhuǎn)化的相關(guān)技術(shù)。

綜合飛機(jī)系統(tǒng)的控制與估計(jì)：包括最優(yōu)控制、預(yù)測(cè)控制、分布式控制、貝葉斯估計(jì)、形式綜合、機(jī)器學(xué)習(xí)、分布式感知、誤差傳播、誤差估計(jì)等研究，最終目標(biāo)是將這些技術(shù)用于演示驗(yàn)證計(jì)劃（如兆瓦級(jí)飛機(jī)驗(yàn)證機(jī)計(jì)劃等）。

項(xiàng)目管理：包括活動(dòng)和里程碑進(jìn)度安排、狀態(tài)描述、項(xiàng)目規(guī)劃、目標(biāo)達(dá)成情況描述、技術(shù)突破記錄等。

美空軍研究實(shí)驗(yàn)室在計(jì)劃征求書附件中，提供了其有關(guān)科研基礎(chǔ)設(shè)施的介紹。上圖為其“建模、仿真、分析與試驗(yàn)（MEST）實(shí)驗(yàn)室”的介紹（美空軍研究實(shí)驗(yàn)室圖片）