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美国空军基于多个在研项目推进数字孪生技术/平台应用

据airforcemag网站2021年3月26日刊文,在成功使用“数字孪生”技术设计新型喷气教练机原型机之后,美国空军正在构建在线虚拟“罗马大角斗场”,以期使用竞争方式敦促开发商开展新技术研发和武器装备测试。美国空军研究实验室(AFRL)表示,后续也将在虚拟“罗马大角斗场”中定期开展不同技术领域的竞争选型活动。

在3月26日举行的美国军用通讯与电子协会(AFCEA)会议期间,美国空军透露,每个武器装备开发商都可提交意向平台的“数字孪生”模型,在虚拟“罗马大角斗场”中围绕某项特定技术领域开展评估。

“数字孪生”旨在构建飞机、武器系统等各型装备的虚拟模型。基于该模型可进行装备的初始测试,无需再花费时间/经费建造装备原型机。美国空军新型教练机eT-7“红鹰”就是使用“数字孪生”技术设计并完成初始测试的典型案例。据悉,美国空军已基于“数字孪生”技术完成eT-7“红鹰”教练机的数千个小时飞行测试;同时,在没有进行任何实体制造情况下,进行了数百次eT-7飞机组装,从而使系统设计成本、效能得到极大提高。

为了在虚拟“罗马大角斗场”中完成“数字孪生”模型的组装、测试等具体工作,开发商必须在保证其设计完整性、不泄漏专利技术/商业秘密的基础上,构建符合美军装备统一参考架构的多接口系统模型。在“数字孪生”模型设计/构建过程中,美军可以不涉足开发商知识产权和专利技术,但美军需要开发商参照统一体系架构,构建/定义标准系统接口,遵循统一数据标准,以使其他各型系统/子系统快捷交联,在虚拟平台中组成完整的装备体系模型。

AFRL“金帐汗国”项目后续也将基于虚拟“罗马大角斗场”“数字孪生”技术进一步开展开发工作。“金帐汗国”项目旨在提升现有武器网络化协同自主能力,后续研发的重点是组网/协同/自治(NCA)系统(如蜂群无人机、“发射后不管”武器等)。NCA系统能够实现自动目标搜索定位,并实施自主协同攻击。

协同式小直径炸弹(CSDB)作为“金帐汗国”项目内的一种NCA武器已于2021年初进行了第二次外场测试,但美国空军表示,目前尚无正式部署CSDB的计划。AFRL计划2021年春季完成CSDB的第三和第四次飞行试验。

虽然美国空军尚未明确首个数字化设计(即“数字孪生”设计)武器系统的部署时间,但美国空军确认首个基于“数字孪生”技术设计导弹装备已经开发完成。该导弹装备为基于24小时空中任务指令(ATO)的协同编队武器系统原型——“灰狼”系统。

“灰狼”系统为可消耗型低成本巡航导弹,其设计思路是通过武器开放式系统架构(WOSAA)模块化设计,快速实现与其他武器系统集成,以实现在联合全域指挥控制(JADC2)场景下网络化武器系统综合效能的发挥。

标杆项目“灰狼”系统从一开始就应用了“数字孪生”技术,显著提升了武器系统的设计/开发效率,也成为美国空军推广“数字孪生”技术应用的成功案例之一。