航空航天进展范文

前言：我们精心挑选了数篇优质航空航天进展文章，供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发，助您在写作的道路上更上一层楼。

第1篇

记者：主席，非常感谢您在第64届国际宇航大会期间接受我刊的独家专访。您在2004年出席北京召开的“国际空间法研讨会”时曾接受我的专访，我记得您当时说过一句让我至今印象深刻的话：“亚洲已进入空间时代。”如今，在亚洲特别是中国航天取得的成就完美地诠释了您当初的预言。您对本届国际宇航大会有何评价？

汤加：感谢你和《太空探索》杂志长期以来对国际空间法学会及空间法学事业的关注。我认为在中国北京召开这次国际宇航大会绝对是一项正确的决策，无论从注册参会的人数和投递的论文数来说，都创了一个新高，名副其实的国际宇航盛会。特别是，中国航天的巨大进步和辉煌的成就令人印象深刻，我羡慕并且祝福中国航天人。

记者：一年一度的国际宇航大会都由国际宇航联、国际宇航科学院、国际空间法学会“三驾马车”联合主办。您能不能对三家主办方的合作关系做一个介绍？

汤加：国际空间法学会和国际宇航科学院均由国际宇航联1960年创建，国际空间法学会2007年从国际宇航联中正式独立出来（国际宇航科学院更早一些），目前，这两个组织分别有自己的领导机构和组织系统，学术活动、行政管理和财务都是独立的，但三方的密切合作关系一直持续至今，主席均列席国际宇航联执行局会议，而且在国际宇航联的统一安排下，在每年的国际宇航大会期间联合或独立开展各自专业领域的学术交流活动。

此外，国际空间法学会具有联合国外空委及其附属机构的正式观察员身份。国际空间法学会经常应邀向联合国外空委、外空厅提供决策建议并对空间法领域重大问题出具法律意见。比如近年来，国际空间法学会出具了关于空间碎片及规范亚轨道飞行活动的法律意见。此外，国际空间法学会对联合国“外空活动长期可持续性”等重要议题也提供了必要的支持。若干年前，鉴于国际社会在外层空间（特别是月球土地）私人所有权问题上出现争议，国际空间法学会在其官方网站上发表声明，澄清了一些法律认识。我们相信，国际空间法学会作为一个中立和独立的国际性学术组织，将对空间法的发展做出更大贡献。

记者：国际宇航大会被视为世界航天领域最大的学术交流活动，您如何看待国际空间法学会为国际宇航大会所创造的独特价值？

汤加：空间法与广大航天科技工作者的直接关联度可以说是与日俱增，我们乐见越来越多的同仁开始使用跨学科方法研究重大复杂问题。国际空间法学会的系列活动是国际宇航大会的重要组成部分，国际空间法学会每年均在国际宇航大会期间举办学术年会，我们把空间法和其他空间社会科学（如空间政策）领域分为五个专题研讨会。

1992年以来，国际空间法学会还举办一年一度的曼弗雷德·拉克斯空间法模拟法庭竞赛。模拟法庭竞赛活动不仅为国际宇航大会带来三名国际法院现任大法官，还吸引大批青年学子现场观摩，国际影响力在全球独一无二。

记者：您如何预见空间法的未来发展趋势？

汤加：我相信，20世纪六七十年代制定的外层空间法律制度将被进一步细化和补充，而且将以私法、区域协定、双边协定、国家空间立法等形式出现。随着空间活动民营化、商业化程度不断提升，我们更加需要对此类空间活动进行规制。

今后的国际空间立法可能不一定采取国际公约这种形式，因为各国似乎不太愿意为了遵守国际公约而放弃其权利。需要指出，近来出现的各类空间活动指南、最佳实践以及国家立法活动均有助于提供法律确定性。过去由于无知或偏见，法律经常被误认为会对某些活动的开展构成障碍，但实际情况恰恰相反：一个明确的、可预见的法律制度体系是空间活动获得成功的可靠保障，因为它能够为管理者、投资者和开发者提供法律的确定性。如果您事先知道规则是什么，您的投资风险便会大为减少。此外，在知识产权和责任等问题上，明确的规则只会帮助那些想要保护自己发明专利的科研人员。在一个项目启动之初（而不是结束时）就重视这些问题，能够为空间项目顺利开展提供更加坚实可靠的保障。

记者：你如何评价目前中国空间立法现状？作为世界航天大国，中国还没有制定自己的航天法，您对此有何建议？

汤加：中国虽然没有国家航天法，但已经有相当实质性的航天政策；我深信中国最终会通过航天法。或许当民营活动变得更加广泛，立法需求就会自动呈现。在空间活动由国家进行主导的条件下，立法需求可能不是很急迫，但通过立法对不同部门的职能进行规制也十分必要。此外，中国在空间活动特定领域也需要立法，如空间物体造成损害的责任承担。中国在空间应用领域目前还没有法律规制，比如卫星导航，而这些领域对于广大民众而言的确是越来越重要。综上所述，我认为中国将航天立法工作提上日程十分明智。

记者：您如何评价中国目前的空间法研究状况？对未来中国空间法的研究发展，您有何建议？

汤加：近年来，中国学者的空间法国际论文数量逐年增加，但是与中国作为航天大国的地位还不太相称。中国的许多法学院过去似乎更倾向于纯学术研究。我很高兴地获知，在过去几年中，中国空间法学会通过竞争性招标方式组织和赞助了28个空间法研究项目，促进了空间法学研究工作，活跃了学术气氛。这是中国首次出现较大规模的、有组织的空间法研究活动，有助于促进不同学科的融合。中国空间法学会源于航天科技工业部门，可以发挥其同时服务政府、工业界和学术界的桥梁作用，促进空间法教育质量的提升和空间法能力建设的实践性和市场导向性。

如果我们从世界航天大国角度审视中国，我认为，建立国家级的空间法律政策研究机构，并且拥有一批专职研究人员十分有益。国家级研究机构的建立，对于参与国际学术交流、服务中国航天事业将发挥很好的基础作用。通过有组织的形式吸引和鼓励有才华的青年学者研究空间法律政策非常重要，而建立这样一个机构将为他们提供良好的工作环境。

我们当年在荷兰莱顿大学起步，于1986年建立了国际航天航空法研究机构。这个项目可以说在世界上非常独特，现在已经得到全世界的认可，并且吸引了来自各国学者和学生的积极参与，逐步发展成为一个具有国际影响力的学术重镇。希望这个成功案例对中国决策者和同行能起到一些借鉴作用。

记者：我们了解到，国际空间法学会一直高度重视通过每年的空间法模拟法庭竞赛来教育和激励青年学生。您如何看待大赛为空间法研究创造的独特价值？

汤加：模拟法庭竞赛让全世界数百计的青年学生接触到空间法；对于他们来说这是十分宝贵的人生经历。许多辩手目前虽然已经身居高位，但仍然怀念他们的竞赛经历。参加竞赛不仅有利于青年学生学习表达和写作、展现团队精神，还可以结识来自其他国家的学生并成为终生好友。更重要的是，他们将把空间法和法律思维应用到实践当中，从而宣传推广空间法、促进航天事业发展。

中国空间法学会近几年来组织了若干届国家级空间法模拟法庭竞赛，给予中国学生以极大的帮助，竞赛成绩逐年提升。我们希望在不久的将来把亚太赛区带到中国。这对中国青年学子来说是一次很好的展示机会，将进一步提升中国学生的空间法研究应用能力及中国高校的空间法教学研究工作。

记者：中国空间法学会是国际空间法学会的主要成员之一，多年来一直与国际空间法学会保持着密切的合作关系。您如何预见这种关系的发展潜力？

汤加：今年的国际宇航大会获得巨大成功，全面加强了国际空间法学会和中国空间法学会的战略合作。我们十分珍视与中国空间法学会的伙伴关系，并且通过中国空间法学会，我们确实有机会更加了解中国航天事业和中国航天领军人物。在这里，我想表达我们对中国航天科技集团公司、中国宇航学会及中国空间法学会的衷心感谢，感谢他们在第64届国际宇航大会期间对国际空间法学会各项活动的大力支持。我们期待中国空间法学会将继续与我们开展模拟法庭竞赛、学术年会及其他领域的合作，并且希望有更多的合作项目，包括对中国未来第一部航天法的立法研究。

记者：祝贺您再次当选国际空间法学会主席，我想问一个私密的问题。一方面您多年担任国际空间法学会主席职务，并且得到了全会的尊重和认可。另一方面，您在莱顿大学教授空间法同时做了大量工作，您是如何协调这两个角色并取得平衡的？

第2篇

关键词：药用植物；太空航天育种；进展

中图分类号：G633.91

航天育种又称空间诱变育种或太空育种，是指利用返回式卫星、飞船或高空气球将作物的种子、组织、器官或生命个体等材料送入太空，利用太空中的宇宙空间特殊的环境诱导植物变异，再返回地面进行选育、筛选植物优良品种的技术。航天育种开创了育种新途径，除了应用于农作物、蔬菜、园艺花卉等植物种子并取得了令人瞩目的成绩外，在林业、牧草、药用植物、水产动物等方面的研究与应用也已经启动，且前景广阔。

1太空航天育种的原理

在自然条件下，由于外界环境的变化较小和遗传结构的相对稳定性，植物本身发生自发突变的频率极低，并因植物种类和基因型的不同而存在差异。而地球外太空的大气结构、密度、压力、辐射等条件与地面存在很大的差异，这些差异都可能引起植物种子遗传信息产生变异。航天育种充分利用了这种不同于地面的空间环境，如强宇宙射线辐射、高真空、微重力、交变磁场等。上述因素共同作用于种子的核酸物质，使DNA分子的电子激活，结果造成DNA分子链的解链或突变，或者引起染色体缺失、倒位、易位、重复等畸变，从而对植物种子遗传信息产生诱变，获得在地面上难以获得的某些变异。当航天器返回地面后对变异种子进行性状筛选，最后种植推广，培育得到具有优良品质的新品种。科学实验证明，宇宙辐射和微重力是影响植物种子的生理和遗传性状的主要因素。

1.1宇宙辐射

太空中存在着各种质子、电子、离子、粒子、高空重离子等高能粒子以及x射线、?射线和其他宇宙射线，它们能穿透卫星舱体外壁，作用行器中的生物。首先射线的能量沉积在物质上，引起物质的原子和分子的激发与电离，电离过程随后形成自由基，自由基与DNA作用可以引起DNA多种类型的损伤，包括碱基变化、脱落、氢键的断裂、单双键断裂、DNA即蛋白质分子内和分子之间的交联，细胞为求得生存会出现应急效应（SOS）。同样，当生物被宇宙射线中的高能重粒子击中，引起细胞内遗传物质DNA分子的双键断裂，其中非重接性断裂所占比例很高，细胞为求得生存也会出现应急效应（SOS）。以上SOS反应中主要进行的是倾向差错的修复，此修复过程诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合酶，它能在DNA损伤部位进行复制而避免了死亡，但带来了高的突变率。因此，细胞中发生多重染色体DNA畸变且畸变且是非特异性的。正是基于这样的原因，空间诱变育种技术可以获得地面常规方法较难得到的罕见种质材料和资源，从而选育出突破性新品种。

2太空航天育种的特点

航天育种是创造新种质资源和新品种的一种有效途径，与常规育种相比，可出现常规育种不易出现的变异，可以为遗传育种的定向选择提供丰富的资源，并可能获得地球环境下不可能产生的特殊性状。

2.1变异频率高

传统辐射诱变的有益变异频率仅为1‰-5‰，而太空辐射诱变的有益变异频率为1%-5%，最高的诱变率可超出33%以上。

2.2后代稳定快，缩短育种周期

多数太空变异性状稳定较快，有利于加快育种进程。在地球上选育一个植物新品种所需的时间，太空育种则可以将其缩短一半，可以节约许多人力物力。

2.3打破基因连锁，实现基因重组，创造多种突变体，丰富种质资源

很多突变体是自然界本来没有的新性状，因此可以极大地丰富种质资源，供植物遗传育种直接或间接利用，为育种者提供良好的选择机会。

2.4改良农作物的品质，能够提高产量

经试验选育，作物穗形大、分蘖增多，单产得到提高。航天选育的品种具有果形大而饱满、营养成分含量高、口感好、耐贮存等。种植试验表明水稻蛋白质含量可提高8.7%-12%；青椒果实大、品质优，果实中的维生素C含量提高10%-25%。

2.5航天育种选育出来的产品无基因安全性问题

航天诱变育种不是转基因育种，它没有外源基因的引入，而是利用太空的物理条件作为诱变因子，使植物产生基因突变，这种变异本质上与自然界普遍存在的自然变异没有区别，只是加速了生物界需要几十年甚至上百年的自然变异的变异过程。

3我国航天搭载药用植物的研究概况

我国空间药用植物学的研究开始于20世纪90年代，搭载过的药用植物包括梭梭和肉苁蓉种子、黄芩、桔梗、红花、藿香、甘草、洋金花等。刚开始主要是国防科工委航天医学研究所与中国医学科学院药用植物研究所受国家自然科学基金资助做了一些工作，他们把种子放入自行研制出的小型生物舱内进行空间飞行，从而进行研究。至此之后，我国发射了多颗宇宙飞船与卫星，搭载各种种质材料进入太空，其中包括多种药用植物。

4太空环境对药用植物的影响

4.1生物学性状变异

个体水平的植物空间诱变效应主要表现在对SP1代植株的形态学改变、不育性及致死效应等方面。经过太空环境处理的药用植物种子性状表现因品种而异，发现航天搭载可提高种子的出苗率，促进了幼苗的生长发育，植株的开花期提前1周左右。降低了植株的单株结实率，增加了单株籽粒重，显著增加了地上的分支数和主果穗长度，提高了根鲜重。

4.2细胞结构和染色体的变异

许多研究表明，植物种子进行空间飞行后，太空环境或卫星发射过程中的强烈冲击，会使植物细胞壁产生破损，造成种子吸水能力提高、导电性增强。如红豆草经过空间诱导后，其叶片细胞壁不规则增厚，液泡变大，叶绿体变小，基粒片层数量明显增多。在染色体方面，经过空间诱导的植物，分裂过程中的G1期延长，有丝分裂指数减少，有丝分裂的不同阶段会出现细胞歧化和反常的分裂数，以及染色体在分裂中期不沿赤道板排列等现象。经过卫星搭载后，苜蓿细胞的有丝分裂被促进或抑制，其种子根尖细胞染色体则出现了微核、染色体桥、断片、落后等畸变类型。

4.3生理生化的变化

植物经过辐射后，其光合色素量、酶蛋白活性的检测和酯酶同工酶谱等生理生化指标都会发生一定变化。多数植物的酶活性升高，表现出一定的抗性特征，其SP1代幼苗的酯酶和过氧化物同工酶酶谱会有新酶带生成或酶带活性增强。

4.4化学成分差异

太空环境对药用植物的化学成分也会有一定的影响，如经过航天搭载后的甘草种子发育成熟的根，它的甘草酸和甘草苷的含量分别比对照组高2.19和1.18倍。

4.5基因组变化

空间环境下，植物细胞受微重力、空间辐射、亚磁场等各种因素的影响，染色体容易发生变异。

参考文献：

[1]李桂花，张衍荣，曹健.农业空间诱变育种研究进展[J].长江蔬菜，2003（12）：33-36.

第3篇

空间站的航天员和地面控制人员分别调用手持摄像机和空间站外置摄像头来获取更清晰的画面。10日，地面控制中心调用了空间站机械臂，试图对泄漏点进行定位，但未能成功。当日晚，美航宇局作出决定，于11日派两名空间站航天员进行舱外行走，以确定泄漏点的位置并试图维修。

“突然忙碌起来了！”航天员汤姆·马什本在他的推特上写道。他和另一名航天员克里斯’卡西迪一起被安排进行这次紧急舱外行走。“空间站外的液氨泄漏迫使我和卡西迪在明天进行舱外行走，我们将试图修复它。”

任务控制小组忙活了一整晚来寻找问题的解决方案，以及针对电力系统目前状况的应急措施。任务管理小组在次日早晨开会，明确本次太空行走可能存在的问题和潜在风险，并向国际合作者们征求建议。

“整个空间站乘组都在为出舱做准备，大伙像是运行在钟点上。我为自己能成为组长而感到骄傲。一群多么杰出能干又好玩的人啊。”本次空间站指令长，克里斯·哈德菲尔德在推特上说。

美航宇局宣称，虽然冷却剂泄漏对空间站电力系统影响严重，但对航天员并无任何危险。空间站的每片大型太阳翼都有独立的冷却回路，经确认，受到影响的是编号为2B的太阳翼。为确保空间站的正常运转，所有依靠2B线路供电的仪器设备都已切换至其他供电线路，同时其它线路进行分流以保证所有设备和系统能继续全功率运行。

执行本次太空行走任务的两位航天员克里斯·卡西迪和汤姆·马什本部是经验丰富的老手，他们都进行过三次太空行走，其中一次是在2009年乘坐“奋进”号航天飞机并在如今发生泄漏的同一位置——P6桁架上更换即将老化的蓄电池。他们也进行过针对“12种重大情况”的舱外行走训练，这是每个航天员都必须经历的训练。

与此同时，美航宇局约翰逊航天中心使用名为“中性浮力实验室”——一个12米深，内部装有空间站模型的巨大训练水池来模拟卡西迪和马什本将要在太空进行的任务。欧空局航天员萨曼莎·克里斯托法瑞迪和美航宇局航天员特里·维蒂在水池中演练了本次任务，为的是确保太空人能在适当时间内完成任务，并预先找出潜藏的危险，随后把取得的经验分享给太空中的同事们。

美航宇局并不明确泄漏发生的确切位置。他们将注意力集中到冷却泵和流量计上。这个位置在2007年就发生过液氨泄漏，可能是微陨石撞击造成的。2012年，两名航天员出舱重新布设了冷却管线并安装了一个额外的散热片，这一问题似乎得到解决。那次发生的泄漏在舱外维修时都几乎看不出来，但此次的泄漏从舱内就可以轻易看到。

促使这次太空行走尽快进行的原因之一是目前尚不确定泄漏点的具置。如果舱外活动时泄漏仍在发生，航天员用目视就可以轻易确定泄漏位置，但如果液氨已经漏光，定位就变得困难许多。出舱后的第一个任务是锁定泄漏点，随后更换备用的冷却泵和流量计，看看问题是否解决。如果无效，他们将搜索整个区域来寻找泄漏点。美航宇局认为泄漏还可能发生在系统内部的冷却泵上。果真这样，那就不可能快速找到泄漏点了，幸好情况并非如此。

第4篇

关键词：计算力学；多物理场耦合；先进复合材料；有限元技术（FEM）

中图分类号：V211 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）12-0252-02

1 力学在航空航天领域的支柱地位

作为与材料科学、能源科学并肩的航空航天领域三大基础学科之一，力学在航空航天领域拥有无可辩驳的支柱地位。航空航天技术的发展与力学学科的发展有着举足轻重的关系。同样，力学学科的发展也推动了航空航天技术的发展。从航空航天的历史开端，力学便扮演着开天辟地的角色：莱特兄弟发明飞机前的时代，人类的航空器长期停留在热气球与飞艇的水平，人们普遍认为任何总密度比空气重的航空器是无法上天的；而随着流体力学的发展，越来越多总密度大于空气的航空器被发明出来进行试验，而莱特兄弟的飞机即为第一个成功的尝试，莱特兄弟的L洞也成为一个经典（图1）。从此，航空器的发展步入了快车道，各种结构的飞机翱翔于蓝天，从不到一吨的轻型飞机到上百吨的运输机，直至今天我们对机已经习以为常。

时至今日，航空航天的总体设计已由庞大的力学各分支支撑起来，从最基本的方面分类，可包括：飞行器整体气动外形归属于空气动力学；整体支承结构归属于结构力学以及材料力学；复合材料归属于复合材料力学；材料疲劳性能归属于疲劳分析；结构动力特性归属于振动力学；缺陷结构分析归属于损伤力学以及断裂力学。而对于具体的问题细分，则还有如：针对超高速飞行器的高超空气动力学；针对紊流等大气不稳定情况的非定常空气动力学；针对流固耦合问题的气动弹性力学；以及针对非金属材料的粘弹性力学等。此外，还有众多与力学相关的技术被发展起来，如有限元技术（FEM）等。

展望未来，力学发展的源动力在于航空航天综合多学科的交叉与技术。被誉为“工业之花”的航空航天工业，其研发生产涵盖了目前已知的所有工科门类，如此多的学科交叉下，力学的发展势必会与其他学科进行技术交流，这会带来问题的进一步复杂化，同时也丰富了力学的研究内容。

2 航空航天领域力学发展新挑战

航空航天的发展，给力学带来了新的挑战。结构的日趋复杂，给力学计算带来困难；繁琐的理论公式，需根据工程需要进行必须的简化；新材料的应用在航空航天领域最为敏感，在为飞行器降低结构重量的同时，也带来诸多的不利因素如耐热性能差、环境敏感度高等；而在某些关键部件的多物理场耦合问题也将成为重要的研究方向。

2.1 程序化

航空航天器和大型空间柔性结构的分析规模往往高达数万个结点、近十万个自由度的计算量级，这些问题包括但不限于：飞行器的高速碰撞间题，如飞机的鸟撞， 坠撞，包容发动机的叶片与机匣设计，装甲的设计与分析，载人飞船在着陆或溅落时的撞击等。为了解决这种计算量庞大的问题，上世纪50年代初，力学便发展出一门崭新的分支学科――计算力学。伴随着电子计算机以及有限元技术的发展，计算力学取得辉煌的成绩，这也说明了其本身发展潜力巨大。

力学分析技术的发展，特别是对于各种非线性问题（几何非线性、材料非线性、接触问题等）分析能力，是长期存在的。然而在很长一段时间内，受到计算机能力的制约，以及模型建立本身的局限性，力学分析求解停留在解析方法和小规模数值算法中。这对于工程人员的设计工作是一个极大的限制，对于航空航天领域而言则尤甚如此。计算力学的发展，带来的效益是巨大的。首先其可以用计算机数值模拟一些常规的验证性试验和小部分研究型试验，这可以节省很大一笔试验费用。其次，其可以求解某些逆问题，逆问题的理论解往往无法通过非数值的手段得到。最后，从工程管理角度考虑，数值模拟方法大大节省了产品研发的周期，由此单位时间内产生了更多的经济收益。有限无技术分析机翼见图2。

上述计算力学给工程设计方面带来的种种好处，都基于一个很重要的前提。那就是力学问题程序化。如何将力学问题转化为一个计算机可以求解的程序，一直是计算力学研究的重点，比如有限元技术就是其中一个典型代表。目前，有限元技术已经涵盖了大部分力学问题，包括：静力学求解，动力学求解，各种非线性问题，以及多物理场耦合等。但值得注意的是，除了静力学以及相对简单的问题外，其余问题所用的算法目前精度仍然有限，相较于工程运用而言仍存在诸多壁垒。对于这些问题算法的更新，是力学问题程序化必须面对的挑战，仍需研究人员不断探索。

2.2 工程化

力学工程化依然是基于计算力学而讨论的。所不同的是，程序化是针对一项力学问题能不能解决，工程化关注的问题是如何使得力学问题的解决过程更符合工程需求。

21世纪的航空航天，已经越来越趋向于商业化，美国已有数家私有航天企业成立，我国的航天科技集团也在进行着一些商业卫星发射。而商业化的工程问题，所追求的目标永远是效益。因此，力学工程化发展也应基于这一要求。航空航天工程的研发工作，一直给人周期长的印象，动辄10年以上的研究周期，对于目前商业化的运营是不适用的。如何快速的给出解决方案，是今后力学工程化的重要考量。随着软件技术的发展，越来越多的数值计算可以通过可视化、图表化等快捷的交互式设计方法呈现出结果，这可以直观地给予工程师设计反馈，从而达到加快设计进程的目的。同时，直观的结果反馈，也能避免数据分析过程出现人为失误，起到规避风险的作用。

2.3 非均质化

新材料往往首先出现在航空航天领域，其中典型代表便是先进复合材料。先进复合材料具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳、阻尼减震性好、破损安全性好以及性能可设计等优点。由于上述优点，先进复合材料继铝、钢、钛之后，迅速发展成四大结构材料之一，其用量成为航空航天结构的先进性标志之一。

复合材料的运用给力学提出了新要求，相比于传统各向同性的金属材料，其各向异性的力学特性使得非均质力学应运而生，代表便是复合材料力学的诞生。非均质化力学需要将材料的承力主方向设计为结构中的主承力方向，而非主承力方向则需要保证一定强度，不至于破坏，这是其主要的设计特点。相比各向同性材料，其理论模型更为复杂，相应的数值求解方法也没有那么完善。同时，实际中复合材料的性能分散性和环境依赖性相当复杂， 设计准则和结构设计值的确定还很保守，导致最终设计结果并没有理论中那么完美，很大程度上制约了工程领域大规模使用复合材料。对于国内而言，复合材料研究工作相比国外则更为落后，无论是设计经验还是试验数据积累都有不小差距。

建立完备的非均质化力学模型，积累足够的原始参数，大胆尝试提高复合材料的设计水平以及用量是今后力学非均质化的主要任务，需要研究人员付出更多的努力。

2.4 多物理场耦合

2.4.1 电磁与力学耦合

新时代下的航空航天材料，已不仅仅局限于提供简单的支承作用，功能化是航空航天器新材料发展的重点和热点，其最终目的是为了未来航空航天器发展智能化目标。

目前，越来越多的具有电-力耦合功能的新型材料正成为航空航天器结构材料的选择。因为在对飞行器的自我检测技术方面，具有电-力耦合功能的材料的受力状态与电磁性能存在特定的函数关系，由此系统能通过检测电磁性能达到检测受力状态的效果，这大大方便了对飞行器的健康监测，也有效保证了飞行器的安全。这其中耦合函数的准确性便成为关键，电-力耦合的发展能促进这些技术的健全，具有十分积极意义。

2.4.2 温度与力学耦合

温度场与力场的耦合主要体现在发动机上，对于发动机内部涵道的设计最优化一直是热力学着力解决的问题。

目前大部分飞机均采用喷气式发动机，包括：涡喷发动机、涡扇发动机以及涡桨发动机。上世纪40年代末，涡喷发动机出现，飞机飞行速度第一次能超过音速，带来了一场飞机发动机的技术革命。由此，包括进气道以及发动机涵道的设计成为发动机研发的一个关键点，早期的涡喷发动机，由于涵道上的设计缺陷，导致燃料燃烧产生热能转化为推进力的转化比很低，同时伴随着燃烧不充分，因此发动机耗油量很高且推力较小。经过几十年的发展，目前无论军用还是民用飞机发动机，大部分均采用涡扇发动机，通过优化得到的涵道形状最大化了单位燃油所提供的推力。图3为民用客机发动机涵道。

我国的飞机发动机工业水平距离世界领先水平仍有较大距离，特别是在大涵道比的商用发动机研发上。发展热力学，对热-力耦合问题进行更深入的研究，是发展我国飞机发动机事业的奠基石。

2.4.3 流固耦合

流固耦合是飞行器研制最基本的问题之一。几十年的发展历程中，基于流固耦合研究的飞机外形设计取得了诸多进展，包括整体机身外形的优化，翼梢小翼的出现等。随着飞机飞行速度的不断提高，特别是军用飞机机动性的要求，出现了许许多多新的流固耦合问题。比如针对飞机在大攻角飞行时（一般出现在军机上），传统小攻角气动表示法、稳定理论等均不再适用。因此，解决大攻角非定常问题，需要从飞行器运动以及流动方程同时出发，建立多自由度分析和数值模拟模型。这是典型的流固耦合问题。

同时，以往旧的流固耦合理论，在先进复合材料大量运用的今天，显然已经不再使用。对旧有理论进行必要的修正，也将成为流固耦合问题亟需完成的工作。

3 结语

当前，国家大力发展航空航天事业，作为高精尖产业，其所运用的理论与技术绝不能落后。力学作为一门古老而又应用广泛的学科，其对航空航天事业的发展起着举足轻重的作用。为符合未来航空航天领域发展，航空航天领域的力学应着力向着程序化、工程化、非均质化、以及多物理场耦合化综合发展。

参考文献

[1]杜善义.先进复合材料与航空航天[J].复合材料学报，2007（2）：1-11.

[2]尧南.计算固体力学的发展及其在航空航天工程中的应用[J].计算结构力学及其应用，1993（3）：199-209.

第5篇

2010年9月，在中关村科学城首批启动建设项目签约大会上，北京航空航天大学与北京市政府签署了共建“国际航空航天创新园”、“北航先进工业技术研究院”协议。时至今日，国际航空航天创新园建设已取得重要进展。

“国际航空航天创新园要重点打造‘导航与位置服务’和‘通用航空’两个战略性新兴产业聚集区。”北京北航科技园建设发展有限公司总经理李军介绍，北航将充分发挥“空天信”融合的学科特色，瞄准国家和北京市重大战略需求，在国际航空航天创新园内与科研院所、企业共建产业联盟、联合研究中心，开展高技术研究。构建校企协同创新体系。

然而，作为新探索领域。航空航天创新园的建设亦颇多波折。但北航在建设过程中，以体制机制创新为突破口，不断在探索中前行，瞄准战略性新兴产业培育，取得了骄人成绩。

合作共建如火如荼

李军介绍，国际航空航天创新园依托北航国家大学科技园进行建设。一期的柏彦大厦、世宁大厦和唯实大厦已投入使用。总建筑面积约17万平方米。二期建设包括北航南区科技楼（规划建筑面积约22.5万平方米）和北航北区科技楼（规划建筑面积约15万平方米）两部分，将在5年内分步建设完毕。

目前二期建设项目之一“北航南区科技楼”已于2011年11月20日开工。计划于2014年底竣工。北航南区科技楼建筑总体规模约为22，5万平方米。其中地上24层。总建筑面积约16.6万平方米，地下4层，总建筑面积约5.9万平方米，建筑高度99米。容积率达3.5，充分体现了盘活存量资源、土地集约利用的原则。

目前，国际航空航天创新园区内企业已达230余家。年总产值超过60亿元，并已有众多知名公司表达了强烈的入驻意向，其中包括合众思壮、国智恒、佳讯飞鸿、北京通航集团等行业龙头企业。

随着国际航空航天创新园建设的推进，进入园区的项目进展也十分迅速。

李军介绍。北航已与中国工程院签约承建“中国航空发展战略研究院”。该研究院将为工程院发挥国家工程科技思想库的作用提供支撑服务，为国家航空航天事业的发展制定总体战略和阶段性规划。

同时。北航也与合众思壮等11家单位共同发起成立“中关村空间信息技术产业联盟”。在国际航空航天创新园内打造“导航位置服务产业园”，形成产业集聚。与中航工业、民航系统等10家单位共同组建的“国家通用航空产业协同创新联盟”，将引领全国通用航空产业的发展。中石化、晋煤集团等单位共同发起“航空替代燃料产业协同创新战略联盟”。也将致力于支撑我国航空替代燃料领域的技术自主创新和产业健康可持续发展。

此外，北航与北京合众思壮科技股份有限公司签约共建“北航一合众思壮卫星导航研究院”；与航天科技控股等单位合作，申报并获批建设“通用航空北京市工程研究中心”。

成果加速产业化

“依托北航雄厚的科研实力和优秀的科技成果。联合行业内优势企业，我们还在国际航空航天创新园内积极推动重大科技成果转化和产业化。”

李军介绍，依托北航“国家科技进步奖一等奖”、“国防科技进步奖一等奖”、“教育部科技进步奖一等奖”的关键技术。北航与园区内民航天宇公司、民航数据中心等企业共同进行“空地协同的通用航空飞行监视平台项目”产业化。

基于北航“国家科技进步奖二等奖”技术的基础上，北航与园区内的中航捷锐公司在国家级战略核心技术层面。打破了西方的技术封锁。开发和生产出具有我国独立知识产权的三轴一体光纤陀螺产品。提升了国家科技实力。

北航与中航重机等企业共同组建的“中航天地激光科技有限公司”，正在实施“大型钛合金结构件激光快速成型技术”产业化。该项目技术属目前国际热点研究项目，起点高，前景广，将极大推动航空武器装备领域新一代设备和技术的发展。并对相关应用领域的发展有很强的带动作用。

北航与北汽集团共同组建的“北京通用航空（集团）有限公司”。致力于具有自主知识产权的通用航空发动机、通用航空电子设备、通用飞机的产业化，以通用航空产品为核心，打造从产品技术研发、生产制造、销售以及通用飞机运营服务的通用航空产业链。将成为承载国家通用航空产业发展战略的北京通用航空旗舰型企业。

“未来5年内北航南区科技楼和北区科技楼的相继交付使用，一个以‘导航与位置服务’和‘通用航空’为特色的战略性新兴产业聚集区将会迅速形成。”李军表示。届时园区企业将超过500家。年产值预计可达300亿元。

改革如何做到位

事实上，国际航空航天创新园的建设。是北航科技园改革探索的举措之一。但如何保证将改革做到位，北航亦是苦恼之一。

“前几年，大学科技园很艰难，产学研合作受制于体制，爹不亲娘不爱，靠着做物业做服务。挣房租过日子。”回忆起多年大学科技园从业经历，李军至今还感到有些无奈。尽管他对于这种介于政府、大学和企业三者之间的角色感到游刃有余，但是对于大学科技园边缘化的身份却感到郁闷。

像他这样的大学科技园管理者。聚在一起曾戏谑地称自己是“第三类人”。大学的责任依次是人才培养、科学研究和社会服务；而高校产业又是社会服务中最边缘化的。

截至2011年底，北航科技园内依托北航科技成果创办的企业达53家。从绝对数量上来看并不如何显著。但是大学科技园在成果转化和项目孵化过程中所作出的贡献却不容忽视。2011年。北航科技园200多家企业的总收入为60多亿元，3年后，这个数字将超过300亿元。

一些大学科技园，使大学“名利双收”。前不久。科技部、教育部对86家国家大学科技园进行绩效评价，评出A类大学科技园17家，北航科技园位居其中。

这个成绩主要得益于北航的科技体制改革。2010年，北航进行了科研管理体制的改革，撤销原科技研发处。成立先进工业技术研究院。与大学科技园两块牌子、一个实体。共同实施科技成果转化和产业化。建立了从项目的筛选、中试、孵化到公司化运作的科技成果转化体系，通过采用研发专职化、管理职业化手段，理顺了学校科技成果转化的体制。

高校相比其他科研机构有一个突出的优势，就是可以利用校园内众多学科进行优化组合。通过跨学科的交流与合作形成科技创新的优势。因此高校在交叉学科的研究上具有优势。大学科技园则在交叉学科上寻找研究方向，这样。将可能促成新兴产业的诞生。而促进战略新兴产业的培育，正是《国家大学科技园“十二五”发展规划纲要》对大学科技园明确提出的任务。

北京智明星通科技有限公司是北航科技园中战略性新兴产业的典型代表。该公司创始人唐彬森为北航2008届硕士毕业生。在北航科技园种子基金的支持下，唐彬森与4个本科同学成立公司。经过4年的发展。智明星通已成为产值过亿元、全球拥有4个子公司、员工近400人的社交游戏以及互联网产品发行商，目前位居全球第五、亚洲第一。目标是成为互联网领域的“中国华为”。

李军认为。大学科技园未来的发展，除了深化成果转化和项目服务。深化服务同样重要。如今，“孵化+创投”的模式已经为大学科技园所普遍认同。因此。北航科技园希望未来能够成立真正的创投基金，加强对优秀项目的早期支持。

探寻大学科技园赢利点

1999年，北航大学科技园的重要主体——北航天汇科技孵化器有限公司正式成立。几乎与此同时。一场关于孵化器是否应该盈利的争论空前激烈。

“当时我们的观点比较鲜明，孵化器能盈利，做好以后是能够赚大钱的。”李军说。当时，北航天汇孵化器就开始探索如何对企业做深层服务。并尝试引进创业投资。“之后我们的观念也发生了一些变化，但这个思路没变。”

在全国孵化器中，北航天汇孵化器是少有的不收房租的孵化器，这使得它不得不在企业增值服务上下功夫。

“我们发现，国家对科技型中小企业的扶持力度越来越大。然而这些创新型企业建立之初往往是以技术为先导，在融资、管理、财务、人力资源等方面能力都较弱。这些缺陷影响了他们的发展。”李军说。由此，北航天汇孵化器也发现了提供增值服务的空间——帮助企业申请政策性融资，通过项目申报。帮助企业强化管理。

在为企业提供项目申报的过程中，他们又发现了一个新的增值服务点。许多在孵企业财务管理能力很弱。他们大多把相关业务委托给会计师事务所做。但会计师事务所擅长的往往是商务型企业的财务管理，对高科技企业的财务操作并不是很规范。这导致企业申报项目的难度加大。李军觉得有必要帮助企业把财务能力加强。现在。北航科技园财务部三四个人管理了将近30家在孵企业的财务。

第6篇

关键词:空气动力学 流体控制 航空航天 发展方向

中图分类号:V211 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(a)-0000-00

空气动力学是研究物体同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化,在流体力学基础上,随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。空气动力学的发展对于航空航天飞行器的研制有着极为重要的意义,是航空航天最重要的科学技术基础之一,对国家安全、经济发展、社会和谐都有着重要和用。在过去一段时间里,由于航空工业的相对成熟,关于航空领的研究更多的集中于如何通过改进制造过程降低成本,而不再将主要力量投入新技术的研究,但随着国际形势的日益严峻、信息化程度的提高以及航空运输对安全性经济性的要求,航空技术研究面临着更多更新的挑战,使得全球重新提高了对航空技术研究的关注程度。作为航空航天技术的重要基础学科之一的空气动力学,也面临着全新的机遇和挑战。

1 空气动力学研究意义和研究现状

1.1 空气动力学研究意义

人们最早对空气动力学的研究可以追溯到人类对鸟或弹丸在飞行时的受力和力的作用方式的种种猜测,但真正形成独立学科是在20世纪航空事业的迅速发展之后,是在经典流体力学中发展并形成的新的分支,并且迅速成为发展航空航天各类飞行器的重要基础科学和关键技术,推动整个人类航空航天事业的发展,成为航空航天事业发展的基础。如今,空气动力学已经不再仅只是应用于航空航天领域,还被应用于环境保护、公路交通、铁路交通、冶金、建筑、体育等众多领域,对整个人类社会的发展与进步都有着极为深远的影响。

1.2 空气动力学研究现状

在20世纪90年代,随着航空工业的迅速发展,使得航空工业整体技术程度相对于其它行业都成熟许多,基于此种原因,在较长一段时间里学界多认为航空工业已经走向成熟,尤其是空气动力技术基础技术方面,因此航空工业的研究将更多的集中于成本费用的降低,而减少了对应用技术的研究重视程度,使得空气动力学的研究相对缓慢。进入21世纪以后,随着计算机技术、通信技术、飞机设计技术等的发展,人们重新重视起了空气力学的研究,使得空气动力学得到了较好的发展。如以Euler及Navier.Stokes方程为主要数学模型的整机及部件绕流流场和气动特性计算研究领域,在我国即得到了极大的发展,并被应用于很多重点型号的研制中;再如飞机多外挂气动干扰特性研究、现代歼击机大攻角过失速气动持性研究等,都取得了极大的进展,在计算空气动力学领域也取得了突出的成绩,很多研究成果处于国际先进水平。

2 空气动力学研究所面临的挑战

传统的认为空气动力学研究已经足以满足航空航天需求的认识很明显是错误的,随着飞机一体化设计技术、微型飞行器、行星探测飞行器的发展,必然向空气动力学的研究提出新的挑战。

3 先进飞机器研制需求所带来的挑战

随着航空交通事业的不断发展,以及出于国家安全等方面的需要,对先进飞行器的研制需求不断提高。如高机动性作战飞机、可重复使用高超音速飞行器、大型民航机、大型运输机、地效飞行器、微型飞行器、智能飞行器、无人侦察机、战略战术导弹、应用卫星、概念武器等,都对空气动力学的研究提出了更多的挑战性课题,需要空气动力学从复杂流场预测、喷流干扰、气动隐身、微流体力学、气动防热、高超音速边界湍流、低雷诺数流动力学、地面效应等多个方面进行更深入的研究,而所有这些研究,都涉及高度非定常、线性,包括复杂的物理化学变化效应的影响,难度极大。

例如,大容量运输机的研发,首先需要解决大容量运输机高燃油效率、低噪声、常规跑道起飞着陆能力的需要。在这里,虽然高燃油效率可以通过混合层流控制技术(HLFC)、发展新型发动机、采用高效的气动设计方面来进行满足,但这些技术要应用到大型飞机、高Re数情况却还存在很多缺陷和不足。再如低噪声的研究也是大型飞机所必须关注的问题,必须充分将声学研究向气动研究结合在一起进行。同时,还必须考虑增升阻力、尾涡效应、发动机喷流和外流干扰效应等。

3.1 自适应流动控制需要所带来的挑战

传统空气动力学对绕复杂物体的流动,多集采用涡发生器、吸气、吹气、肋条等技术进行模拟研究,但这种研究主要集中于流动的被动控制,随着近年来电子技术、软感技术、材料技术等的发展,传统的集中于被动控制的研究存在许多不足,必须对宏观流动和微观流动的主运控制进行更深入的研究,这对飞行器的未来发展有着极为重要的意义。只有提高自适应流动控制研究水平,才能提高自适应流动控制技术,为飞机结构设计提供更为全面的飞行控制函数,以有效减轻飞机重量和飞行能力。

自适应流动控制的研究主要包括减阻流动控制、边界层分离流动控制、高升力流动控制三个方面。具有感知能力的自适应流控制技术对于去不稳定性扰动源的影响极为重要,是未来飞行器发展所需要解决的一项关键性技术,对于简化吸气装置和相关系统都有着极为重要的意义。边界层流分离流动控制技术则驻地改善飞机气动性能有着重要意义,需要进一步研究射流、湍流、目标流场、近壁面压力分布等方面的关系。高升力流动控制技术对行器增升装置的研发有着重要意义,需要进一步研究如何在不降低飞机性能的情况下减少飞机重量提高飞机增升能力。

第7篇

美国自以为豪的航天飞机为什么要退役呢?在制定航天飞机计划时，人们赞扬它是一种集火箭、卫星和飞船技术优点于一身的、最经济实惠的新型航天器；同时也一致认为它是一种“巧夺天工”的航天技术大飞跃。但是，经过27年的飞行实践证明，尽管它在载人航天的发展中起到不可磨灭的作用，可也不是一种理想的天地往返运输工具，尤其是“挑战者”号和“哥伦比亚号”的爆炸，5架航天飞机只剩下了3架后，人们普遍认为航天飞机在很多方面都没有达到原定的设计要求，特别是没有能大幅度降低载人航天的费用，而且它的致命弱点是技术复杂、机上结构件和设备老旧、安全可靠性很低，使美国人对航天飞机完全丧失了信心。所以，美国航空航天局早就有淘汰航天飞机、发展新一代乘员航天器的想法。

那么，接替航天飞机任务的将是谁呢?谁来完成今后空间站的运送任务和月球、火星的探险任务呢?对于采用什么类型的乘员航天器，美国航空航天局也有一个认识的过程，经历了三个阶段。第一阶段是在1986年“挑战者”号航天飞机爆炸事故发生后数周，美国总统里根提出了发展空天飞机作为航天飞机的替换品。空天飞机是一种能够以普通飞机的方式起飞，既能在30千米～100千米高的大气层中飞行，执行航空任务，也能直接进入低地球轨道，完成航天任务的飞行器。由于空天飞机的技术难度大，所需投资多，研制周期长，美国航空航天局没有成功的把握，因此于1994年取消了这项计划。第二阶段是起始于1996年6月，美国航空航天局提出了发展x－33航天器的计划。这种航天器与航天飞机很相似，只是它靠自身发动机和内置燃料，无需外挂燃料箱就能进入轨道，其优点是不仅能节省大量人力物力，同时还能节省约90％的发射费用和缩短两次任务之间的准备时间。但此计划也因技术困难和经费超支，在经过5年的研究、耗资12.6亿美元后，于2001年中止了此计划。第三个阶段是在“哥伦比亚”号航天飞机发生事故后，美国航空航天局又宣布了发展轨道载人航天器的计划，这个轨道航天器比现在的航天飞机小巧，仅能乘坐4名航天员，优点是其准备升空的时间较短。主要执行两项任务：一是运送航天员到国际空间站，=是充当备用救生船，以便空间站发生紧急情况时航天员逃生使用。2003年，当轨道载人航天器正在紧张研制之际，对于新一代载人航天器是采用太空舱式结构还是采用带机翼的飞机式结构发生了争论。经过对两种结构的比较，人们普遍认为俄罗斯的“联盟”号飞船是目前世界上最安全的飞船，飞行36年仅发生过两起重大事故，因此很多人转向建造太空舱式载人航天器的一面，最终的结果是决定采用飞船式的结构。为了重返月球，一些人提出采用类似于阿波罗飞船的结构，其优点是阿波罗飞船结构不仅简单和安全，生产和使用的成本都比较低。而且，阿波罗飞船经过登月的实践考验，是一种比较成熟的技术，采用这种技术可以大大缩短开发研制的周期和经费。最后，在2006年8月31日，美国航空航天局正式宣布选用洛克希德一马丁公司提出的新一代载人航天器“奥赖恩”，这个圆锥状的飞行器将承担美国航天员未来重返月球乃至登陆火星的飞行任务，此举标志着美国新一阶段载人航天计划正式启动。

新一代载人航天器“奥赖恩”是一个混血儿，它采用了“水星”飞船的火箭发射和返回方式、“阿波罗”号飞船的外形、航天飞机可重复使用的技术。它在继承了其前辈优点的情况下，融入了计算机、电子、生命支持、推进系统及热防护系统等领域诸多的最新技术，在性能、可靠性和轨道工作能力等方面明显技高一筹。与它的前辈比，它有以下几个突出的优点：

1　更可靠、安全

与现在的航天飞机相比，“奥赖恩”的安全性能大大提高。首先，在发射时，“奥赖恩”是将乘员舱安置在航天器的顶部，远离了容易出现问题的推力引擎和燃料箱，这样航天员就不用担心发射过程中泡沫绝缘体或是其他脱落碎片撞击航天器而引起航天器的爆炸了。第二，在这种新型的航天器里有一个“发射中断系统”，如果航天器在发射过程中发生爆炸或者故障，地面指挥中心的一套计算机系统将能够自动发射一枚火箭撞击航天器，使乘载着航天员的太空舱弹离航天器。接着，这个太空舱会垂直降落，一段时间后舱上的降落伞将自动打开，使太空舱溅落在海面上或者降落在陆地上，从而大大增强航天员生存的机会。第三，它的外形为圆锥状，这种形状被认为是航天器重返地球大气层时最为安全可靠的外形设计。美国航空航天局认为，采用这些措施后，“奥赖恩”的安全系数将是现在航天飞机的10倍。航天飞机的失败几率是1:200，而“奥赖恩”是1:2000。

2、性能更强

“奥赖恩”的外表看上去与当年登月的“阿波罗”号飞船很相似，故有人说它是2.0版的“阿波罗”飞船。但是，它们之间是有很大差别的，“奥赖恩”只是选择性地吸取了阿波罗计划中可取的部分，而在很多方面进行了技术改进，表现在：1)“奥赖恩”号有5米宽，重量达到25吨，最多可容纳6名航天员，而“阿波罗”飞船则远比它小，一次只能搭乘3名航天员；2)“奥赖恩”配备了太阳能电池板，这将大大减少飞行器对燃料电池和普通电池的需求；3)“奥赖恩”使用了降落伞和气囊相结合的降落设计，使载人舱在落地后还可重复使用，另外也节省了在海上降落的昂贵搜救成本，“阿波罗”飞船只能溅落在海上；4)“奥赖恩”由高科技合成材料制成，重量降低，运载量更大，生存和生活环境更优越；5)“奥赖恩”携带的燃料比“阿波罗”多，这样航天员可以到月球表面的任何地方，而“阿波罗”仅携带了可在月球赤道着陆的燃料；6)“奥赖恩”上的计算机功能强劲，其内装的自动驾驶仪可保障飞行器自动绕月运行，所有4名航天员均能降落到月球表面；7)“阿波罗”飞船只能使用一次，但“奥赖恩”按照设计方案可重复使用10次，这样大大降低了每次发射的成本。

3、可承担多种探险任务

第8篇

摘要：钛合金具有密度小、强度高、耐热性好、导热性及抗疲劳性好、有着较宽的工作温度范围等优点，被广泛地应用于航空航天领域。而钛合金在飞机及其发动机等部方面的应用，不可避免的需要使用焊接手段进行连接，因此，钛合金的焊接方法在扩大钛合金的应用范围上具有重要推动作用。

关键词：钛合金； 航空航天； 焊接技术

中图分类号：V252 文献标识码:A钛及钛合金是一种密度小、强度高、耐热性好、韧性高、导热性及抗疲劳性好、有着较宽的工作温度范围和优异的抗海水腐蚀性能及超低温性能等一系列优异性能的工程结构材料。因此，被广泛地应用于航空航天领域。钛及钛合金已经成为航空航天工业的支柱之一，相关资料表明，高性能钛及钛合金在航空航天工业中的应用占到了钛材总产量的70%左右。钛制设备虽然一次性投资较高，但全寿命费用较低，经济效益明显，目前高性能的飞机、坦克正在采用钛合金部件，先进发动机的压气机盘、压气机叶片、风扇叶片以及机匣等均由钛合金制造。并且在石油化工部门中钛合金的范围也在逐渐扩展。而钛合金在飞机及其发动机等部方面的应用，不可避免的需要使用焊接手段进行连接，因此，钛合金的焊接方法在扩大钛合金的应用范围上具有重要作用。

1.钛合金的电子束焊

电子束焊目前越来越多地应用到钛合金的焊接中。电子束焊接是利用汇聚的高速电子轰击工件接缝处所产生的热能，使其加热、熔化、冷却结晶，形成焊缝的一种新型焊接技术。真空电子束焊，由于焊接过程是在真空环境中进行，杜绝了空气对焊缝的影响，所以焊缝的保护效果很好。可完全防止大气污染，易获得质量高于非真空环境下的焊缝。真空电子束焊焊接钛及钛合金具有独特的优势，表现为焊接冶金质量好，焊缝窄，深宽比大，焊接角变形小，焊缝及热影响区晶粒细小，接头性能好、焊接快。电子束焊焊后产生的晶粒大多是较均匀的等轴晶，焊接接头有较高的强度。

由于真空电子束焊接需要真空室，所以一般不适合于室外焊接以及大尺寸工件焊接，而且焊缝中易出现气孔，但塑性相对降低，结构尺寸易受真空室限制，不适合于大批量生产。

2. 钛合金的激光焊

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。自“小孔效应”的激光深熔焊得以实现，激光焊接技术迅猛发展，钛合金激光焊应用研究也得到了广泛重视。激光焊接具有高能量密度、热变形小、可聚焦、无接触加工、深穿透、高效率、高精度、热影响区狭窄、适应性强等优点，激光焊能焊接高熔点、难熔、难焊的金属，自动化和柔性化程度高，一般情况下不需要真空工作室。激光焊接具有熔池净化效应，能纯净焊缝金属，焊缝的机械性能相当于或优于母材。基于激光焊接具有的诸多优势，它是二十一世纪先进的制造技术之一，受到世界各国的重视，广泛的应用于航空航天、汽车制造、电子轻工业等领域。中国的激光焊接处于世界先进水平，具备了使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力，并投入多个国产航空科研项目的原型和产品制造中，具有更广泛的应用前景。

激光焊也有其不足之处，它的穿透力不如电子束强，因此能够焊接的板材的厚度十分有限。激光焊接系统的成本通常高于传统的焊接设备，但由于激光焊的高生产率和高性能质量足以弥补此项缺憾，使得激光焊接系统在技术及经济上具有很强的综合竞争力。

3. 钛合金的等离子弧焊

等离子弧焊广泛用于工业生产，特别是航空航天等军工和尖端工业技术中，等离子弧焊也常用于钛及钛合金的焊接。等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法，它有两种基本方法：小孔型等离子弧焊及熔透型等离子弧焊。等离子弧焊具有能量集中、射流速度大、熔深大、电弧力强、焊缝窄、热影响区小、焊件不开坡口等特点，等离子弧的能量密度介于电弧与电子束之间，等离子射流可以直接穿透被焊工件，由于钛的比重较轻，重力作用较小，而且液态钛的表面张力较大，所以有利于形成“穿孔效应”进行等离子焊接，而且用等离子弧焊接钛及钛合金，能获得优质的焊接接头。目前，许多高精度、高质量的军用装备都已采用了等离子弧焊接方法。等离子弧焊既不需填充材料，又能一次性焊好，减轻了基体金属的过热程度。有利于焊接区减少气体污染，从而进一步提高了接头的机械性能。

4. 钛合金的钎焊

在钛合金构件的制造中，钎焊也是一种有效的连接方法，主要应用在钛合金复杂结构的制造中，如蜂窝结构，小型航空精密部件等。钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作为钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的一种工艺方法。由于钛的高温活性强，钎焊一般在真空或隋性气体保护下进行。

钎焊在钛合金焊接中得到了广泛的应用，但是钎焊通常只用于焊接小型薄壁构件，不适合大厚度钛合金的焊接，另外，钎焊接头的强度也比较低。

结语

由于钛合金优异的特性，它在航空航天领域必将有着更广阔的应用前景，也为焊接技术的发展提出了新的挑战，开发研制先进的钛合金焊接工艺也必将大大推进钛合金在航空航天领域的应用。

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第9篇

首飞当日，不仅国内几乎所有的主流媒体都在第一时间做了图文报道，境外主流媒体也普遍在第一时间报道了C919首飞成功，并给予中国国产大飞机充分肯定。中国首款国产大型商用飞机C919的首飞是中国民用航空工业发展的一次里程碑式进步。

除了传统媒体的大量报道外，在网络上C919相关话题指数都在暴增，“热门话题”也被许多品牌蹭上了“热点”，德国汉莎航空公司的官微也及时送上了祝福，网民齐呼“买十架先”。

这架承载着中国大飞机梦想、承载着几代科研工作者心血的飞机一飞冲天，为了这一刻，中国人等了半个多世纪，网民在留言区的欢呼更是用上了“洪荒之力”。网民“Jin角大王”说：“前有蛟龙入海，现有凤舞九天。壮哉，我的国！感谢为航空航天科研事业奉献的人员。厉害了，我的国！”

复旦大学航空航天系主任艾剑良表示，现场亲眼看到C919首飞成功，内心非常激动。首飞过程短短80分钟，背后却是几代航空人凳年的摸索和奋斗，也是中国飞机制造业一段艰难、曲折的历程。

艾剑良说，中国大飞机研制项目正式启动以后，复旦大学相关课题组深度介入了飞机设计和制造工作，多位专家加入了大飞机联合工程队，贡献了许多智慧，也尽到了作为一流大学积极服务国家战略的重要责任。

“中国曾因在大飞机研制上起步较晚，被嘲笑是‘没有翅膀的雄鹰’，如今却有望成为继波音和空客之后，成为世界上‘飞机供应第三强’。”艾剑良说，正是一代代中国航空人秉承“长期奋斗、长期攻关、长期吃苦、长期奉献”的精神，才成就了今天的崛起与辉煌。作为科研攻关团队一份子，对中国民用航空工业的未来充满信心。

高铁、航母、大飞机……“中国制造”的国之重器正在引领中国向“中国创造”迈进。网民“JCR”说：“天舟合体，航母下水，飞机首飞，高铁奔驰，天上飞的，地上跑的，海里游的，所有的一切，我们都从无到有，一步步见证祖国的强大，我们很幸福！为什么我的眼里常含泪水，因为我对这片土地爱得深沉……”网民“Stray”也说：“大飞机离地那一刻，眼泪都下来了。”

大飞机C919成功冲上云霄也引来了海外网民的“围观”。推特网民“It’z Mosolite”评论称：“特别感动，好想去中国，好想去现场亲眼看看他们的C919。”“Imran Khokhar”说：“C919完全可以出口印度、巴基斯坦、孟加拉国等邻国。”

当然，许多网民也对大飞机事业的发展献上自己的寄望，网民“Richard”说：“我希望我国能有完全自主研发生产的发动机、航电系统等核心部件。”网民“高攀”也表示希望“早日用上我们自己设计打造的‘中国心’”。

第10篇

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第11篇

【关键词】航空发动机燃油系统控制系统研究进展

随着我国航空航天的不断进步，航空发动机技术的发展也不断的提高，燃油和控制系统由原来的简单系统发展到现在的复杂技术，由原来的液压机械操作发展到现在由全权限数字电子控制（FADEC）进行操作。原有的军用航空发动机中燃油和控制系统的特点是多变几何控制能力，而现在的FADEC技术将发动机的故障诊断和监视系统归入到发动机的控制系统中。在航空航天发展速度较快的今天，防喘控制也受到航天专家的重视。因此，本文将对航空发动机燃油和控制系统的发展进行阐释，为我国的航空航天发展提供理论依据。

1我国现阶段航空发动机的发展现状

1.1燃油控制系统的发展现状

燃油控制系统是航空发动机的核心控制系统，其主要性能直接影响整个发动机的控制系统，而燃油泵是燃油系统的重要组成部分。燃油泵包括燃油增压泵和主燃油泵，目前全球各国研制的军用航空发动机中的燃油增压泵是采用离心式独立转动模式，其增压能力可达到0.4-0.8 MPa；而主燃油泵一般采用的是齿轮泵，主要是由于齿轮泵的体积较小、流量较大。还有一种比较合理的选择是采用高压柱塞泵，它既可以作为主燃油泵还可以作为喷口油泵，据调查显示，该泵使用情况较为普遍，在英国生产的发动机中就采用了高压柱塞泵作为主燃油泵，最大的出口压力可达21 MPa，最大的流量也可达每小时10000kg，而近期俄罗斯也研发出了高压燃油柱塞泵。而通过大量的实验和应用显示，在泵油系统中还是应该采用离心泵作为发动机的主燃油泵，其主要特点是制造结构简单、质地较轻、燃油温升较少，且质量达到了要求。离心泵在设计上较为简单，其控制操作也极为方便，但在小流量的启动过程中其性能较低，因此需要再单独配置一个启动泵，这样将发动机的转数和流量变为可调控的模式。

1.2喷管控制系统的发展现状

发动机的喷管控制系统在航空发动机中也占有举足轻重的位置，对于发动机尾喷管的介质，我国目前采用液压油、燃油和滑油，但由于滑油和液压油的性较好，可导致喷管油源泵在工作时压力达到最高。在发动机中使用液压油系统则可以无需设立独立的油源系统，但在这样共同使用液压油源时，可对飞机的动态操作系统产生不利的影响，还会导致飞机的液压系统遭到污染。有调查显示，英国曾采用发动机尾喷管的独立滑油系统，虽然对喷管的控制得到了灵敏的提升，但在油源系统中增加了油箱和油泵等装置，使得控制系统的结构更为复杂。目前在我国的军用发动机中，使用较多的喷管控制系统是以燃油为介质，与此同时，在喷管油源泵的选择上多以高压柱塞泵为主。该泵的最大出口压力可达23 MPa，最大流量可达每小时3600L。

1.3FADEC技术系统的发展现状

FADEC技术是新研发的全权限数字电子控制系统，其主要包括传感器、执行结构、微处理机以及数据的通讯。数据传感器的使用数量在不断的增加，致使军用发动机电缆的质量也有进步，在发动机的燃油和控制系统中，传感器的质量占有不可或缺的位置。我国对传感器的研发方向是制造出光纤和智能的传感器，这将是迎合光纤通信的最大亮点。与此同时，微电子技术也给FADEC的发展提供了电子硬件，随着电子技术的蓬勃发展，微处理机也越来越受到航空专家的关注。在发动机的数据通讯过程中，通过高速的光纤数据把发动机的智能传感器和执行机构有效的连接起来，取代了原有的点到点式的串行通讯方式，这样提高了数据传输系统的安全性。在发动机未来的研发过程中，要注重防喘控制等相结合的应用，要做到同监视系统、飞控系统以及火控系统共同结合。FADEC技术可以实施较复杂的控制计划，用自适应控制系统进行对发动机的综合控制。

1.4防喘系统的发展现状

防喘系统在军用航空发动机中的主要作用是防止飞机飞行或发射武器时发动机出现喘振和熄火。美国和俄罗斯等国家在军用发动机上都使用了防喘和消喘的控制系统，同样的在我国的军用航空发动机中也应用了数字化的防喘控制系统，并取得了较大的研究进展。我国军用发动机中防喘控制系统的设计理念是采用有静压传感器的喘振信号器和高响应压力传感器，其设计可以利用数字滤波准确的判断出喘振的征候。不同类型的发动机其采用的防喘控制系统也是不尽相同的。在发动机的研发过程中，进口温度在90-100℃之内方可保证发动机工作的稳定性，若超过140℃时，发动机会出现瞬间的喘振现象，但发动机自身的防喘控制系统会将其回复到原始的稳定状态。

1.5监视系统的发展现状

在我国军用发动机中均配置了不同模式的监视控制系统，根据飞机功能的不同配置不同模式的监视控制系统，有的配置专用的监视系统，有的同飞行记录系统相兼容。我国研制的军用发动机中的监视控制系统，为了监视发动机在使用过程中关键参数的变化情况，监视系统可记录发动机的工作时间、工作温度、涡轮叶片的使用寿命系数以及高压转子的主、次循环等参数。监视系统在正常工作时，有两个机构在执行着相应的职责，一个机构执行控制系统，另一个机构执行状态监视系统，当监控系统出现故障时，就由状态监视系统进行对发动机的控制，在控制系统出现故障的时间里对飞行的数据和存储的监视参数进行记录，以便对监视故障的诊断提供帮助。

2我国未来燃油和控制系统的发展趋势

2.1供油系统的加强

我国研发的军用发动机主要是以燃油和控制系统为主导地位，采用新型的燃油泵控制系统同科学的电子硬件相结合，共同提高FADEC系统的工作性能。运用科学的控制系统和合理的控制算法可提高发动机的控制指令，不仅可以提高控制系统的使用寿命，同时还可以降低研发控制系统的成本。而降低供油系统的成本也成为学者的研究目标，研究表明当燃油的温升在20-30℃之间时，供油系统的质量便可减轻一半，这就大大的提高了供油系统的使用寿命。为了降低燃油系统对污染的增加，我国研制的军用发动机多采用离心式油泵，进而取代原有的齿轮泵和柱塞泵。但离心泵在工作过程中有弊端，即在小流量时效率较低，便会造成燃油温度的升高，因此，专家研发得出通过调节泵的工作转速来调节燃油泵的供油量。目前我国军用的航空发动机的燃油系统是应用电子技术进行控制，这就需要应用高集成度和耐高温的电子元件和器件，独立的燃油泵转动装置便成了发动机自我监视和诊断的保证。

2.2先进技术和科技的应用

我国军用发动机的燃油和控制系统中，应用了先进的技术和科技，采用耐高温的半导体元件可耐高温350℃、应用最先进的高温光电技术测量装置、采用砷化镓材质作为集成电路、高速处理器可达每秒一亿次以及高性能的复合材料。在军用航空发动机控制系统的设计上运用先进的分析和检测软件。在发动机研制过程中，应加强计算机辅助的设计理念，在燃油附件中利用先进技术进行改造，从发动机的工装设计、产品设计、工艺设计以及编程等发面共同发展，提高发动机的质量，节省研制时间。要利用先进的技术积极展开对控制系统和综合控制系统的研发工作，加强对FADEC技术的研发，利用智能传感器、数字执行机构、数据通讯、网络技术等进行发动机的研发。

3结语

在我国航空航天行业迅速发展的今天，军用航空发动机燃油和控制系统的研究取得了较大的进步。随着我国科研人员的不断研究，中国航空发动机的燃油和控制系统也达到了较高的水平。为能研制出更高质量的航空发动机燃油和控制系统，研究人员应继续加大对FADEC系统的研发工作，增加试验的准确性和应用性，要注重软件系统的编程，结合实践中发动机的型号进行研究，加快FADEC系统的研发。本文通过阐释燃油控制系统、喷管控制系统、FADEC技术系统、防喘系统以及监视系统的发展现状，进而提出了我国要加强供油系统，同时采用先进技术和科技来提高我国未来燃油和控制系统的蓬勃发展。为我国军用航空发动机的研制提供理论依据，与此同时，也为我国的航空航天发展指明了方向。

参考文献：

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第12篇

关键词：“工程材料学”；航空航天专业；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）04-0124-03

“工程材料学”是航空主机类专业（包括飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造工程和机械工程等专业）的学科基础课程。该课程虽然仅有48学时，但承担着为未来的航空工程师构建材料知识体系的重任，对学生今后的发展起着重要作用。本文结合近年的工作实践，对该课程在教学要求、教学内容和教学方法等方面的改革进行研讨。

一、高度重视航空和材料领域发展对“工程材料学”课程教学的影响

材料学既是基础科学，也是应用科学。材料科学与技术的发展，解决了很多工程领域的关键问题，有力地推进了相关科学和技术的进步，使得材料科学成为最活跃的科学领域，材料产业也成为国民经济发展的重要支柱产业。“工程材料学”以物理学、化学等理论为知识基础，系统介绍材料科学的基础理论和实验技能，着重培养学生把这些知识应用于解决工程实际中提出的对材料结构、性能等方面问题的能力。作为一门重要的学科基础课程，“工程材料学”具有较长的开设历史，在人才培养中发挥了重要的作用。航空航天领域的发展对工程技术人员的能力素质提出了更高的要求，特别是“卓越工程师”教育培养计划的实施，对工程类课程建设的需求更加迫切，有必要以新的形势为背景反思该课程的教学改革。航空以众多学科知识、先进研究成果为基础，已发展成为一个由多个分系统组成的大系统，需要工程技术人员采用系统工程的方法进行综合设计。现代航空技术一百多年的发展，使得人们可以在更大的范围内探索天空，也使得飞行器的工作条件更加恶劣，工作环境更加严苛。现代飞行器不仅要具有速度快、航程大、载重多等特点，还要满足节能低碳等要求。材料科学技术的发展，为解决航空航天领域的诸多难题提供了可能，“一代材料，一代飞机”已成为飞行器发展公认的规律。这对航空航天工程技术人员的材料知识提出了更高的要求。在飞行器及其主要部件的设计、制造和维护工作中，要全面认识材料的性质和特点，才能挖掘材料的潜能，充分利用材料的特性，满足工作需要。面对航空航天迅猛的发展形势，仅了解和掌握已有材料的知识是不够的。具有创新素质的工程技术人员，要了解材料科学与工程的发展方向和趋势，分析材料领域的发展对航空航天领域的影响，同时要认真研究具体工作对新材料、新工艺的要求，明确材料发展的需求。在新型飞行器的研发过程中，要综合考虑用户对飞行器总体性能的多种要求，对各项技术参数进行统一的优化。在落实对飞行器性能的要求时可以发现，很多要求是相互矛盾的，比如飞机的航程和机动性就存在着较大的矛盾。为了获得较好的综合性能，需要对飞机进行一体化设计，要及时掌握各种设计方案对飞机主要材料和工艺的要求，对飞机整体结构进行综合优化。在此过程中，各部门工程师都需要和材料系统密切配合，才能实现信息和资源共享，降低全系统的风险，提高系统的可靠性和综合性能。材料科学技术的迅速发展也对课程教学提出了新的要求。材料科学与技术是研究材料成分、结构、加工工艺与其性能和应用的学科。在现代科学技术中，材料科学是发展最快速的学科之一，在金属材料、无机非金属材料、高分子材料、耐磨材料、表面强化、材料加工工程等主要方向上的发展日新月异，促使“工程材料学”课程内容的不断充实。

“工程材料学”课程要系统讲授材料科学与技术的基础理论和实验技能，使得学生掌握工程材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面的知识。早期的航空工程结构以自然材料为主，如在美国莱特兄弟制造出第一架飞机上，木材占47%，普通钢占35%，布占18%。随后，以德国科学家发明具有时效强化功能的硬铝为代表，很多优质金属材料被开发出来，使得大量采用金属材料制造飞机结构成为可能，也使得研究者们投入了更多的精力于金属材料的探索。相应地，这一时期“工程材料学”课程内容也以金属材料为主。上世纪70年代以后，复合材料开始在航空领域应用。复合材料具有较高比强度和比刚度的优点使得工程技术人员对其抱有很大的希望。航空工程师首先采用复合材料制造舱门、整流罩、安定面等次承力结构，而现在复合材料已广泛应用于机翼、机身等部位，向主承力结构过渡。复合材料因其良好的制造性能被大量应用在复杂曲面构件上。复合材料构件共固化、整体成型工艺能够成型大型整体部件，减少零件、紧固件和模具的数量，降低成本，减少装配，减轻重量。复合材料的用量已成为先进飞行器的重要标志。相应地，复合材料必然要在“工程材料学”课程中占重要地位。钛合金的开发和应用使得飞行器具有更好的耐热能力，提高了发动机、蒙皮等结构的性能，有效解决了防热问题。“工程材料学”课程的教学内容应该及时反映材料科学在提高飞行器性能方面的新应用与新进展。与此同时，其他相关学科也取得了长足的发展，使得主机专业教学内容大幅度增加，“工程材料学”课程的教学内容和学时之间的矛盾愈加突出。

二、认真分析专业教学对“工程材料学”课程的不同要求

“工程材料学”课程是一门重要的学科基础课，是基础课与专业课间的桥梁和纽带，在航空航天主机类专业培养学生实践动手和创新创造能力，提高学生综合素质等方面具有重要作用。在多年的教学实践中，该课程对主机类各专业采用同一标准教学。虽然主机类各专业人才培养有其共性要求，但随着航空航天事业的发展，专业分工越来越细，差异化特征也越来越明显，因此“工程材料学”课程应该充分考虑不同专业的具体需求，结合各专业的课程体系安排教学。飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造工程和机械工程等主机类专业根据航空领域中的分工培养学生，毕业学生的工作要求有所不同，对知识结构的要求也不一样。就材料方面知识而言，不同专业学生也会有所区别，应按照专业特点纵向划分对“工程材料学”课程的要求。不同专业主要服务对象的材料特点是确定课程要求的主要依据。

飞行器设计与工程专业要全面统筹飞行器产品及各部件的设计和制造，主要从事飞行器总体设计、结构设计、飞机外形设计、飞机性能计算与分析、结构受力与分析、飞机故障诊断及维修等工作，要求了解材料科学与工程的发展对现代飞行器设计技术的影响，因此要较全面地掌握主要航空材料的性能、制造等方面的知识，了解轻质高强材料的发展动态和发展趋势。飞行器动力工程专业要求学生学习飞行器动力装置或飞行器动力装置控制系统等方面的知识，主要培养能从事飞行器动力装置及其他热动力机械的设计、研究、生产、实验、运行维护和技术管理等方面工作的高级工程技术人才。飞行器动力的重要部件对抗氧化性能和抗热腐蚀性能要求较高，要求材料和结构具有在高温下长期工作的组织结构稳定性。因此，材料在高温下的行为、性能和分析、选择方法应该是该专业“工程材料学”课程的重点。飞行器制造工程和机械工程等专业要针对现代飞行器工作条件严酷、构造复杂的特点，采用先进制造技术，实现设计要求，并为飞行器维护提供便利。该专业要求学生理解飞行器各部件的选材要求，掌握材料的制造工艺。飞行器零部件形状复杂，所用材料品种繁多，加工方法多样，工艺要求精细。很多新材料首先在航空航天领域得到应用，其制造技术具有新颖性的特征，设计、材料与制造工艺互相融合、相互促进的特点非常明显，这就要求学生在“工程材料学”课程中把材料基础打好，适应工艺和材料不断发展的要求。虽然各专业对“工程材料学”课程的要求有所不同，但课程基础一致。

该课程名称为“工程材料学”，即明确其重点在于将材料科学与技术的成果运用于航空航天工程，把材料基本知识转化为生产力。“工程材料学”是相关专业材料学科的基本课程，学生要通过该课程了解金属材料、无机非金属材料、高分子材料等微观和宏观基础知识，学习材料研究、分析的基本方法，掌握材料结构与性能等基础理论，研究主要材料的制备、加工成型等技术，为更好地学习专业课程创造条件，为将来从事技术开发、工艺和设备设计等打下基础。由此可见，在明确了各专业对该课程的个性化要求的基础上，更要明确共性要求。“工程材料学”课程要培养学生材料方面的科学概念，提升材料方面的科学素质，扎实的材料科学与技术知识基础是学生学习专业课程、提高综合素质、培养创新能力的必备条件，是进一步发展的基础。因此，“工程材料学”课程采用“公共知识+方向知识”的模式比较合适，即把教学内容划分为每个专业均要求了解的材料领域知识和根据各个专业特色需要重点介绍的知识两部分，既满足了宽口径、厚基础的教学需要，又注重了后续专业课程学习和能力培养的要求，促进了基础理论和专业应用的融合渗透，较好地满足了材料、设计、制造、维护一体化发展的需要，增强了跨学科、跨专业认识问题、思考问题和研讨问题的能力。

三、多管齐下建设丰富的教学环境

作为一门学科基础课程，“工程材料学”课程要根据学校人才培养创新目标和相关专业的人才培养标准、方案，结合卓越工程师教育培养的要求，注重与专业课程体系的融合，注重与工程实践教育的结合，注重对学生创新意识、创业能力及综合运用知识能力的培养。在充分调研与分析专业人才培养对课程教学要求的基础上，要对课程的教学大纲和内容进行修订，与相关教学环节有效整合，拓展教学活动的空间，营造良好的学习环境和氛围，加强与后续课程及实践活动的联系，解决学科基础课的教学与专业人才培养需求的脱节或不衔接等问题。

“工程材料学”在第四学期开设，是一门承前启后的课程。在前期开设的课程中，“大学物理”和“航空航天概论”是两门直接相关的课程。“大学物理”提供了学习“工程材料学”的科学基础，认真分析“大学物理”知识点在“工程材料学”中的应用，有助于学生更好地理解相关概念。“航空航天概论”以航空航天领域的发展为主线，介绍飞行器的组成及工作原理。如果在“工程材料学”课程讲授之初让学生重新回到机库，从材料发展的角度再次审视航空航天的进步，结合材料学的概念研究飞行器的组成及工作原理，会使得学生对该课程有比较全面的认识。在相关专业的后续课程中，有好多课程与“工程材料学”密切相关，如“飞行器总体设计”、“发动机原理”、“先进制造技术”等，如果在“工程材料学”中对有关知识点作简单介绍，可以使学生更好地综合分析相关概念，加深理解。在主机类专业培养方案中，“工程训练”是集中式的工程能力培养环节，其教学内容与“工程材料学”密切相关。“工程训练”教学内容以机械制造工艺和方法为主，包括热处理、铸造、锻造、焊接、车削加工、铣削加工、刨削加工、磨削加工、钳工、数控加工、特种加工、塑性成型等，每一种制造工艺和方法都与工程材料密切相关。在以前的教学工作中，材料是加工对象，对材料的性能等的介绍很简单，学生的认识较浅。如果在“工程训练”教学过程中，针对不同的加工工艺和方法对材料作较深入的介绍，从应用的角度分析不同材料加工工艺和方法的适应性，可以促进学生把材料理论知识的学习和工程实际联系起来。通过让学生分析研究实际材料在加工过程中的表现来认识材料的性能，通过感性认识来体会材料变化的规律，把深奥的材料科学理论知识和生动形象的加工过程结合起来。这样不仅强化了工程训练效果，还能让学生把材料的知识学活，留下更深刻的影响，更好地发挥学生的潜力。

航空航天主机类专业的课程设计是重要的综合学习环节。课程设计任务一般是完成一项涉及本专业一门或多门主要课程内容的综合性、应用性的设计工作，通过一系列设计图纸、技术方案等文件体现工作成果。很多主机类专业的课程设计涉及材料的选用、处理等方面的问题。按照教学计划，“工程材料学”先行开设。因此，在相关课程设计中，有目的地提出材料问题，引导学生在更广的范围里选材，在更加深入的层面上分析材料性能，可以更好地调动学生自主探究材料科学的积极性，帮助学生把材料知识转化为初步的工作能力，克服课程知识的碎片化倾向。

四、结语

航空航天是现代科学技术的集大成者，该领域发展很大程度上取决于材料科学技术的进步。材料学是航空航天工程技术人员知识结构的重要组成部分。“工程材料学”要按照现代大工程观的要求组织教学，才能实现教学目标，提高培养质量。航空航天领域和材料科学技术发展，极大地丰富了“工程材料学”的教学内容。要根据学科领域的发展需要选择教学内容，按照理论实践结合、突出工程应用的要求构建知识体系。在教学工作中，应根据不同专业的培养要求，深入研究材料学的基本要求和各专业的发展方向，形成“公共知识+方向知识”的“工程材料学”课程结构，提高教学效率。统筹考虑专业教学与其他课程的联系，以及课程设计、工程训练、毕业设计等教学环节，以“工程材料学”课程为中心，注重课程的纵向推进和知识的横向联系，不断加深对材料学的理解和掌握，培养多角度研究分析、跨专业交流合作、多学科解决问题的能力。

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Discussion on Reform of "Engineering Materials" Course Teaching for Aeronautic Majors

WANG Tao，ZHOU Ke-yin

（College of Material Science and Technology，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing，Jiangsu 210016，China）

第13篇

【关键词】超塑成形；扩散连接；原理；航空航天

0 引言

随着科学技术的进步，飞行器的性能越来越高，对结构件的各项要求也越来越高，采用传统的铆接、焊接方式制造的装配件已不能满足总体的需要。20世纪70年代问世的超塑成形/扩散连接技术（SPF/DB），能够大幅减轻结构件重量，降低成本，具有较高的强度和刚性，并且通过减少零件和连接环节提高系统的可靠性，从而广泛应用于航空航天领域。本文主要介绍了超塑成形/扩散连接技术（SPF/DB）的原理、特点以及在航空航天领域的应用。

1 超塑成形/扩散连接技术原理

1.1 超塑成形/扩散连接的概念

1.1.1 超塑性（SPF）

超塑性通常是指材料在拉伸条件下表现出异常高的延伸率也不产生缩颈与断裂现象。当延伸率大于100%时，即可称为超塑性。按照实现超塑性的条件和变形特点的不同，目前一般将超塑性分为以下几类：组织超塑性、相变超塑性和其他超塑性。实际生产中应用最广泛的是组织超塑性。获取这种超塑性一般要求材料具有均匀、细小的等轴晶粒和较好的热稳定性。

1.1.2 扩散连接（DB）

扩散连接是把2个或2个以上的固相材料（包括中间层材料）紧压在一起，置于真空或保护气氛中加热至母材熔点以下温度，对其施加压力使连接界面微观凸凹不平处产生微观塑性变形达到紧密接触，再经保温、原子相互扩散而形成牢固的冶金结合的一种连接方法。通常把扩散连接分为3个阶段（见图1）：第一阶段为塑性变形使连接界面接触。在金属紧密接触后，原子开始相互扩散并交换电子，形成金属键连接。第二阶段为扩散、界面迁移和孔洞消失。连接界面的晶粒生长或再结晶以及晶界迁移，使金属键连接变成牢固的冶金连接。最后阶段为界面和孔洞消失。在这一阶段中主要是体积扩散，速度比较慢，通常需要几十分钟到几十小时才能使晶粒穿过界面生长，原始界面完全消失。

1.1.3 超塑成形/扩散连接（SPF/DB）

SPF/DB是一种把超塑成形与扩散连接相结合用于制造高精度大形零件的近无余量加工方法。当材料的超塑成形温度与该材料的扩散连接温度相近时，可以在1次加热、加压过程中完成超塑成形和扩散连接2道工序，从而制造出局部加强或整体加强的结构件以及构形复杂的整体结构件。如钛合金的超塑成形温度为850～970℃，扩散连接温度为870～1280℃，由于在超塑成形温度下也可进行扩散连接，因此有可能把这2种工艺结合，在1次加热、加压过程中完成超塑成形和扩散连接2道工序。这种只需1次加热、加压过程的SPF/DB工艺常见于板料的吹胀成形和扩散连接。体积成形（如超塑性模锻）与扩散连接相结合的SPF/DB工艺往往需要将超塑成形和扩散连接分开进行，先超塑成形后再扩散连接或者先扩散连接后再超塑成形，视具体工艺情况而定。

1.2 超塑成形/扩散连接的技术原理

超塑成形工艺按成形介质可分为气压成形、液压成形、无模成形、无模拉拔；按原始坯料形式可以分为体积成形、板材成形、管材成形、杯突成形等等。其中，在航空航天领域中，应用最为广泛的超塑成形方法是板材气压成形，也称吹塑成形。吹塑成形是一种用低能、低压获得大变形量的板料成形技术。通过设计制造专用模具，在模具与板料中间形成一个封闭的压力空间，板料被加热到超塑性温度后，在气体作用下，坯料产生超塑性变形，逐渐向模具形面靠近，直至同模具完全贴合形成预定形状。具备超塑性的材料包括钛合金、铝合金、镁合金、高温合金、锌铝合金、铝锂合金等。目前超塑成形技术最广泛的应用是与扩散连接技术组合而成的超塑成形/扩散连接组合工艺技术（SPF/DB），利用金属材料在一个温度区间内兼具超塑性与扩散连接性的特点，一次成形出带有空间夹层结构的整体构件。按照成形构件初始毛坯数量不同可以分为单层、两层、三层及四层结构形式（见图2）。

用于SPF/DB组合工艺的扩散连接方法主要有三种：小变形固态扩散连接、过渡液相扩散连接和大变形/有限扩散连接。在扩散连接过程中应采用惰性保护气体或真空，以防止氧化层的形成和生长。对于常使用的钛合金而言，超塑成形和扩散连接技术条件和工艺参数具有兼容性，因此有可能在构件研制中把两种工艺组合在一个温度循环中，同时实现成形和连接。在采用SPF/DB组合工艺进行多层结构的生产中，可以先扩散连接后超塑成形（DB/SPF），也可以先超塑成形后扩散连接（SPF/DB）。

DB/SPF工艺过程中，构件的芯板结构由板面的止焊剂图案而定，构件生产可在一次加热循环中完成，也可分为两道工序。一道工序的特点是零件在生产过程中无需开模。两道工序则有以下优点：扩散连接可用气压或机械压力，也可选用其他连接技术；超塑成形前可对扩散连接质量进行检测；扩散连接和超塑成形的温度可各自优化，气压更易控制；可同时连接几个部件，提高加工经济性。

SPF/DB工艺过程中，首先根据构件加强要求形式涂止焊剂或焊接，然后外层板和芯板沿周边扩散连接并气压成形，最后在超塑温度和压力条件下，完成芯板之间以及芯板和外层板之间的扩散连接。该工艺的主要问题是辅助扩散连接比主要扩散连接困难，扩散连接只能靠气压提供压力，另外，氩气中的杂质和经过超塑成形后脱落的止焊剂容易导致扩散连接连接质量下降。

2 超塑成形/扩散连接的优缺点

超塑成形/扩散连接技术的优点：

1）可以使以往由许多零件经机械连接或焊接组装在一起的大构件成形为大型整体结构件，极大的减少了零件和工装数量，缩短了制造周期，降低了制造成本；

2）可以为设计人员提供更大的自由度，设计出更合理的结构，进一步提高结构承载效率，减轻结构件质量；

3）采用这种技术制造的结构件整体性好，材料在扩散连接后的界面完全消失，使整个结构成为一个整体，极大的提高了结构的抗疲劳和抗腐蚀特性；

4）材料在超塑成形过程中可承受很大的变形而不破裂，所以可成形很复杂的结构件，这是用常规的冷成形方法根本做不到或需多次成形方能实现的。

超塑成形/扩散连接除了具有以上优点，同时也存在以下的几点不足：

1）对零件待焊表面的制备和装配的要求较高；

2）焊接热循环时间长，生产率低。在某些情况下会产生一些副作用，例如母材晶粒可能过度长大；

3）设备一次性投资较大，而且焊接工件的尺寸受到设备的限制；

4）对焊缝的质量尚无可靠的无损检测手段。

3 超塑成形/扩散连接技术的研究方向

超塑成形/扩散连接技术虽然已进入工程应用阶段，并已展示出巨大的技术经济效益，但钛合金超塑性应用领域仍以航空航天等军工业为主，与其他新兴技术一样，仍然需要不断开发其在其他工业领域中的应用。近年来，国内外超塑成形/扩散连接研究发展趋势主要由以下几个方面。

3.1 超塑成形结构要素研究

主要针对超塑成形技术中存在的两个主要问题，即压力-时间加载曲线和实际最小厚度预测进行研究。利用塑形力学和超塑性力学的基本原理对载荷、应力、应变、时间和应变速率等进行分析，并通过五种结构要素进行验证和修正，通过理论曲线与试验结果相比较，为SPF技术提供了一定的理论依据和合理的压力-时间加载曲线设计方法。

3.2 典型构件制造技术研究

主要针对飞机结构的几种结构形式，研究其高温、高温密封；进气方法；脱模工艺；曲线毛坯制备方法；典型构件的制造方法及工艺流程、工艺参数的选用；隔离剂图形的设计制备等。这些制造方法的研究，能够为典型构件的研制提供一整套可选用的方法，并为设计部门提供了重要的设计依据。

3.3 超塑成形/扩散连接前后材料的力学性能变化研究

主要包括常温性能、高温强度、疲劳性能等。为设计部门提供重要承力构件的设计依据，并通过此研究向材料生产厂家提出合理的订货技术要求，为在我国制定生产超塑成形专用材料的正式标准提供有价值的参考。经过超塑成形/扩散连接热循环后的板材，由于晶粒长大及氢氧含量变化和材料表面状态变化等原因，使其力学性能发生变化。因此，在工艺过程中严格控制加热温度、时间，合理的设计加载曲线，采取必要的表面保护措施是非常重要的。

3.4 超塑性材料研究

增加超塑性材料品种，开发现有材料的超塑性。如Ti基复合材料、金属间化合物等材料超塑性的开发；纳米材料超塑性的实用化研究和高应变速率超塑性合金的研究。

4 超塑成形/扩散连接技术在航空航天上的应用

从20世纪60年代开始，受到先进飞行器的刺激和推动，国外航空工业率先开展超塑成形技术研究。70年代早期，美国洛克威尔公司首先将超塑成形技术应用机结构件制造中，使钛合金制造工艺发生了技术变革。随后，欧美将钛合金SPF、SPF/DB技术列为重点研究项目，促使超塑成形整体结构在飞机、发动机、导弹、卫星、舰艇等工业领域的应用不断扩大，显示出旺盛的生命力，在已获得的工程应用领域内产生了巨大的技术经济效益：F-15E后机身结构采用SPF/DB整体结构后，减少了726个零部，并取消了10000多个紧固件；联合战斗机（JSF）的后缘襟翼和副翼、F-22后机身隔热板等重要结构均采用了钛合金超塑性成形/扩散连接的整体结构。

在民用飞机结构制造方面，据统计：飞机结构重量中8%-10%以上的结构可以采用超塑成形整体结构。这些应用包括稳定性设计结构（肋、梁、框架、承压支柱）、复杂的多板式部件（壁板、固定托架和支撑架）、复杂壳体（管道、箱体、容器）气动面、检修口盖/舱门、发动机舱部件、发动机转子零件、热空气管道以及装饰壁板和生活设施等。欧洲空中客车公司的A310、A320、A330/340制造中，采用超塑成形/扩散连接的钛合金两层超塑整体结构替代铝合金铆接结构后，取得了减重46%的效果；波音777发动机气动舱门采用了两层超塑整体结构，用以替代原来的焊接结构，原来结构23个零件需要70h的装配时间，采用钛合金超塑两层整体结构后减少到2个零件，装配时间仅需6h，同时减重1.4kg。

在发动机领域，超塑成形/扩散连接组合工艺已经成为重要结构制造的关键工艺。作为大涵道比涡扇发动机的关键部件之一，英国罗・罗公司率先采用SPF/DB技术研制宽弦无凸肩空心风扇叶片，其特点是利用桁架结构取代蜂窝结构，使叶片重量减轻了15%，大大改善了叶片的气动特性，先后将26片钛合金空心宽弦无凸肩风扇叶片应用到遄达700和遄达800发动机上。最近，空客A380飞机使用的遄达900发动机，其一级风扇直径为295cm，整个风扇部件包括24片采用弯掠设计的空心钛合金风扇叶片，大大改善了叶片的气动特性，在抗外来物损伤方面比早期的风扇叶片效率更高。

此外，近年来随着导弹轻量化、高强度要求的进一步升级，钛合金超塑成形/扩散连接整体结构制造技术引起了高度的关注。导弹弹体结构、气动面采用钛合金SPF/DB技术工艺后可实现无余量结构制造，省去了大量机加工时间、紧固件和装配作业的时间。更为重要的是，SPF/DB工艺有利于整体成形出具有薄壁空心、形状复杂、光滑表面和气动外形流畅的导弹弹体结构。另外，采用钛合金超塑成形/扩散连接技术制造的薄壁夹层空心结构还能有效实现埋入式结构的功能，在一体化制造方面潜力巨大。

5 结论

超塑成形/扩散连接技术应用表明：尽管材料（钛合金）成本高，但成本效益和重量减轻对航空航天的吸引力更大；超塑成形/扩散连接技术在国外已广泛应用行器零部件的生产中，并开始批量生产；我国超塑成形/扩散连接技术在上世纪70开始研究，不仅应用机的零部件，而且还在航空发动机、导弹结构上广泛应用，有效的减轻重量，降低制造成本，提高系统可靠性和耐久性，为促进航空航天技术进步做出了贡献。

【参考文献】

[1]郭健，杨建民，刘振岗.扩散焊技术的应用[J].学科发展，2004.

[2]朱平.一种新形的扩散焊连接技术[J].制导与引信，1999.

第14篇

“十分欣喜地看到耀莱航空和汉华航空、国都航空的合并重组项目进展顺利并已取得阶段性成效。毫无疑问，合作各方必将集中各自优质资源，共同组成中国未来公务航空市场一支不可忽视的力量。我们深信，结合耀莱集团过去20年在中国市场所积累的无可比拟的顶级高端客户平台，以及集团所倡导并深受中国客户喜爱的独特高端生活方式和圈层文化，如今加以汉华航空和国都航空在公务机市场的已有发力，未来新的航空集团必将在中国发展潜力无限的公务航空市场取得更加辉煌的成绩！这是一场真正意义上的强强联合，更是一次极具创新思想的多赢创举。各方高层团队从第一天正式接触直至签订合并重组协议，仅仅用了不到1个月的时间，这个开创市场和行业纪录的速度本身就体现了各方股东和管理团队对于长远、全面合作的积极开放态度和坚定决心。我本人也愿意携耀莱通航全体同仁和新的伙伴公司团队们一起，不断开拓进取，向股东们、投资者们和广大客户们交出一份精彩答卷！ 最后再次预祝北京先锋耀莱投资有限公司的展翅腾飞，并感谢广大客户和朋友们对我们的事业一如既往的关爱与支持！”

范堡罗航展

两年一度的英国范堡罗航空展的全称是“范堡罗国际航空航天展览会”，其英文名称为FarnBorough International Airshow，是规模和知名度仅次于巴黎航展的世界第二大航展，航展的组织者为英国航空航天公司协会，展览会场范堡罗是位于伦敦西南的一个小镇。逢偶数年举行的范保罗航展为期一周，在航展上亮相的厂商数目及订单成交金额，往往和逢奇数年在法国举行的巴黎航展不相上下，按照惯例，国际航空公司和飞机制造商会在范保罗航展上宣布新的订单。

今年的范堡罗航展预计有1500家企业参加，同时将吸引超过10万名观众的参与，以及来自53个国家和地区的媒体代表进驻展会现场。这其中仅英国就占据了32%的展会份额，其余的68%来自世界其他地区。另外，本次航展吸引了一些新的参展商，分别来自克罗地亚，马来西亚，北爱尔兰，泰国和突尼斯的共计115家企业。

第15篇

发展航空航天技术已成为世界各国提升综合国力的重要举措，涉及军用、民用和商业化等三大领域的航天活动的规模正不断扩大，新一轮国际太空的竞争格局正在形成。

空间环境与运载装置相互作用会对航天器的可靠性和使用寿命带来威胁，适应市场的需求，可抵御太空环境的材料的研究与开发始终是一个热点。通常，空间环境主要涉及自然环境和人工诱导环境两个方面。

航空器或其动力装置上使用的具有高强力，重量比的复合材料，可有效地降低乘用装置的重量，大大改善航天器的性能和运行效率。而聚合物纤维复合材料在航天器上的应用部位与使用量的多少正成为衡量航天器结构先进性的重要指标之一。

1　新型纤维材料在航天领域的使用

目前航天员舱外活动装备(EMU)使用的多层结构绝热材料，在火星空间探测中将会失去效用。美国国家航空航天局(NASA)探索可替代的绝缘材料，其热传导性能要求达到0.005W／(m·K)。

1.14DG热绝缘纤维材料

NASA选择3种纤维，即实体圆形截面纤维、四孔中空纤维和深槽型表面纤维(4DG)作为试样，纤维使用两种规格即6.67dtex／16.7dtex为筛选对象。

①要求实体结构纤维具有均匀的圆形截面，纤维直径为25μm或40μm。对于低孔隙率的纤维试样的选择，直径偏差要大干0.1μm，即直径分别为25.1μm或40.1μm。而对孔隙率较高的纤维来说，选择的纤维直径要扩大10倍，即选用250μm或400μm的样品。

②中空结构纤维试样要求纤维截面为圆形，呈四孔均匀分布，当纤维直径为25μm时，中孔径6μm，纤维直径为40μm时，中孔径9μm。中空四孔纤维由DuPont(杜邦)公司提供。

③槽状表面纤维。4DG纤维由Eastman(伊士曼)公司提供，具有沿纤维轴向分布的深陷沟槽，纤维截面以轮廓线观察为矩形，有6组叶片，其叶片尺寸如下：

6.67dtex纤维：纤维截面轮廓34μm×47μm，叶片宽8μm；

16.67dtex纤维：纤维截面轮廓50μm×74μm，叶片宽12μm。

NASA的实验结果显示，4DG作为热绝缘材料的性能最佳。图1所示为4DG纤维的截面。

4DG纤维是特别设计的纤维品种，其沿轴向分布的深槽，赋予了纤维独特的使用性能，即：

①具有流体自移动性能，按4DG纤维3种纤度6.6、11.2和16.67dtex的变异，最大的潜在通量分别为122、113和145mL／(g·h)；

②4DG纤维有贮存和扑集粉尘微型颗粒的功能；

③具有十分高的比表面积。圆形截面纤维的形状系数以1计，4DG纤维为2.5，即4DG的比表面积是相同细度纤维的250％～300％，实验所用4DG纤维样品的比表面积在1710～3130m2／g之间；

④与圆形截面纤维相比，其有更好的蓬松性和包覆性。

4DG纤维一般使用聚酯、聚丙烯和聚酰胺为原料，与其3种纤度规格——6.67、11.2和16.67dtex相对应的纤维截面的宽×长分别为34μm×47μm、42μm×58μm和50μm×74μm，纤维截面形状系数分别为2.7、2.7和2.4，沟槽面积所占比例分别为40％、40％和35％，主体叶片的宽／深尺寸分别为8／13μm、11／18μm和12／71μm。4DG纤维的性能特征如表1所示。

由于4DG纤维具有独特的使用性能，其潜在应用领域已被广为看好，目前在过滤介质、农业用纺织品、军用服装、油吸附材料、土工材料、化妆制品、揩巾和创伤敷料等领域的使用正取得进展。

1.2航天装备上使用的纤维材料

航天服是国际空间站或航天飞机乘用人员维系生存的装置，用以保护宇航员进入太空和月球行走的安全。美国阿波罗－9和阿波罗－11使用的太空服面料的多层结构中均配置了两层Nomex热绝缘层。

Nomex纤维的玻璃化温度(Tg)为275℃，具有优良的耐热性能，而相对较低的比热值(0.29cal／(g·K))则显示出良好的热绝缘性能。NASA使用的Nomex热绝缘层证明可以适应极端高温或低温的环境条件，同时Nomex纤维的模量为140g／D，断裂伸长率22％，可承载冲击负荷，并在负载条件下表现出很好的稳定性。目前的航天服中蜂窝Kevlar(凯夫拉)纤维和Nomex纤维仍然是重要的纤维组分。

航天服基本由13层结构材料构成，而一款阿波罗探月服装的面料则达21层之多。它为宇航人员提供舱外行走的功能，由于航天服将柔软部位与刚性部位组合为一体，可提供支撑、移动和舒适。目前航天服使用的纤维制品主要是尼龙经编织物、PU涂层尼龙织物、氯丁橡胶涂敷尼龙织物以及聚四氟乙烯、Kevlar和Nomex等纤维制品。