航空航天的未来范文

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篇1

脉冲星是20世纪60年代天文学的四大发现之一。1967年，英国射电天文学家乔瑟琳・贝尔在行星际闪烁观测研究中，偶然发现一个时隐时现的射电脉冲源，其周期非常稳定，每隔1.3373秒就记录到一次脉冲信号，故而将其取名为脉冲星。这让当时的科学界和公众颇感困惑，甚至一度认为脉冲信号是外星人发来的联系“电报”。1968年，科学家在超新星SN1054遗迹即蟹状星云中发现脉冲星，脉冲周期是0.0331秒。这颗脉冲星比较特殊，因为它的前身超新星爆发是我国古代天文学家最早用文字明确记录的，见于1054年7月宋朝史官编写的《宋会要》，将其称为“客星”。1942年，荷兰天文学家奥尔特以令人信服的论证，确认蟹钚窃凭褪1054年超新星爆发后形成的。

“年老”的恒星可能会突然发生爆炸，亮度猛然增加上万倍，然后才慢慢变暗。那些爆炸时亮度特别高的星星便被称为“超新星”。恒星的核能耗尽以后，死亡的恒星遗骸分为白矮星、黑洞和中子星三种类型，脉冲星则是中子星的一种。

脉冲星属于高速自转的中子星。脉冲星之所以能够发射稳定的电磁脉冲信号，得益于它的小体积和大质量，以及星体高速自转并具有强大的磁场。在宇宙中，恒星的体积越小、质量越大，其磁场就越强。典型脉冲星的半径仅有10千米，质量却在1.44 ～3.2倍太阳质量之间，是宇宙中除黑洞以外密度最大的天体。在已经发现的脉冲星中，自转周期最快的可达到0.001337秒。因此，只有高速自转的中子星才适合扮演脉冲星的角色。

脉冲星具有极其稳定的信号周期。目前国际时间基准基于原子时系统。天宫二号实验室搭载的空间冷原子钟，虽然有望实现约3000万年误差1秒的超高精度，比氢原子钟数百万年误差1秒要高出一个数量级，但与脉冲星提供的时间精度相比还是相差甚远的。因此，脉冲星有“自然界最精准的天文时钟”的美誉。

非凡的导航素质

作为自然界最稳定、最精准的天文时钟，脉冲星将成为未来人类探索宇宙的灯塔。目前使用的GPS、格纳洛斯、北斗和伽利略卫星导航系统，由于受卫星运行轨道高度的限制，并不能为在深空中飞行的航天器进行自主导航，而传统的天文导航方式精度较低、技术难度大，利用地面深空探测

网对航天器进行跟踪，测控信号强度会随着距离的增大而衰减。故科学家设想，利用已发现的脉冲星为深空航天器进行导航。

截至目前，已发现和编目的脉冲星数量已达到2000多颗，其中160多颗具有良好的X射线周期辐射特性，可作为导航候选星，而人类在地球上能观测到的脉冲星还只是其中的一小部分。天文学家估计，银河系的中子星总数可能有数万颗。

脉冲星可以在射电、红外、可见光、紫外、X射线和γ射线等多个电磁波频段产生信号辐射，其中X射线信号最为稳定，最适宜用来为导航服务。人们通常也把在该频段辐射信号的脉冲星称为X射线脉冲星。

当脉冲星高速自转时，磁极波束若扫过安装在地面或航天器上的探测设备，该设备就能接收到一个脉冲信号。依靠脉冲星发出的X射线脉冲信号，就可以为航天器提供高精度的位置、速度、时间和姿态等丰富的自主导航信息服务。那时的脉冲星，就犹如一个在浩渺宇宙中持续稳定地发出导航信号的灯塔。

其实，利用脉冲星进行导航的设想，早在40年前就被提出，但利用X射线脉冲星进行航天器自主导航的理论研究却只经历了10多年的发展时间。

2004～2005年，美、欧先后启动“X射线导航与自主定位计划”与“ESA深空探测器脉冲星导航研究计划”。美国国家航空航天局预定2017年实施在国际空间站安装“空间站X射线授时与导航技术探索”仪器的计划。2005年以来，我国也开展了有关X射线脉冲星导航的课题研究，并于2016年成功发射脉冲星导航试验卫星。这是世界上首个在轨的脉冲星导航试验系统。

脉冲星试验卫星

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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.

篇3

在江苏省淮阴中学风景如画的校园里，有一座设计独特，建设标准相当高的航空航天科技体验馆，学生们可以在这里领略人类对飞行的远古期盼，感悟这一梦想实现的艰辛，知晓航空航天技术的不断演进。馆内陈列的不少实物，是在中国航空史上占有重要地位的文物级展品。徜徉在这个馆里，你能体味到筹划者的良苦用心。在走进淮阴中学之前，笔者始终怀着这样的疑问：是什么动机促使淮阴中学花费如此大的精力和费用，建设看似与学生的考试与学业并无直接关联的航空航天特色课程基地？这样的做法事实上又收到了怎样的效果？等到张元贵校长坐在我的面前，一切都有了答案。

记：淮阴中学为什么会选择航空航天作为建设特色课程基地的方向？

张：这个想法最早形成于2011年。当时江苏省教育厅提出支持各高中学校建设具有自身特色的课程基地。我们考虑了很久，最初也曾想过其他方向，但都觉得特色不够鲜明。经过广泛论证，我们认为航空航天是一个值得关注的方向。原因很简单，航空航天既凝结了人类最先进的科技成果，又有着悠久的历史脉络，它是人类对行梦想不断求索的结果，也是一个国家科技实力的集中体现。除此以外，我们更看重飞行这一活动本身所凝聚的探索精神和求知信念，飞行充满风险和变数，而人类正是通过科技的不断进步在逐步消除其中的风险，使其成为一种服务于人类的可靠技术。淮阴中学与南京航空航天大学素来有着密切的合作关系，这也是我们建设航空航天特色课程基地的有利条件。正是出于这一想法，我们将航空航天作为特色课程基地建设方向申报了上去。

记：建设这样的课程基地，其实在硬件和软件上都有非常高的要求，淮阴中学选择这样的方向，当初是否考虑过其中的困难？

张：当然考虑过。这一点不仅我们自己早已认识到，江苏省教育部门负责评审各校申报特色课程基地项目的专家组也有所考虑。最初我们申报时，一些专家认为，一所中学要建立这样的课程基地，很难做到高水准，因为这要花费大量的人力物力，并且短期内很难看到建设成效。但经过我们的不懈努力，淮阴中学的航空航天特色课程基地建设很快初具规模，在2013年的成果评审中，被评为全省10个优秀课程基地之一（全省第一批共计38个课程基地），并把省课程基地建设现场会议放在我校召开。这说明，我们的方向是正确的，我们的建设方法也是正确的。在建设过程中，我们在航空航天科技馆上花费了大量心血，不仅聘请了两位专业素养很高的专职科普教师任职，还筹措了700余万资金，用于置办各项陈列品，在展馆的设计上也独具匠心，整个展馆的参观脉络是从模拟的机场起飞线开始，经历人类航空史的各个阶段，最终到着陆区结束，在展馆最后的外部廊道上，绘制了广袤的星空壁画，寓意人类的星际探索之梦永无止境。所有参观展馆的学生都表现出浓厚的兴趣，他们真的乐在其中。除了这个展馆，我们学校的图书馆也专门开辟了航空航天类图书专区，学校每年拨款，有选择地购买优秀航空航天科普图书，当然也包括全套的《航空知识》，这些图书丰富了学生们系统学习相关知识的资源。

记：淮阴中学建设航空航天特色课程基地的宗旨是怎样的？

张：我们的原则是，要么不建，要么就建设成高标准的课程基地。我们当然可以降低标准，这样省钱省力，但学生们从中获取的东西就很有限，比如他们就没有机会亲自体验更专业的飞行模拟器，没有机会近距离看到这么多珍贵的航空用品乃至文物，更谈不上互动式和体验式学习。如果那样，他们获取知识的方式就很难与传统的书本和网络方式有所区别，特色课程建设就难以做到可持续发展。需要强调的是，花钱多少并不是标准高低的评判依据，你看到包括科技馆在内的整个特色课程基地的建设，我们都是花了许多心思的，在策划方案上更是反复论证，广泛听取专业人士和学生们的意见，再加上精心组织实施，才有今天这个局面。我们就是要让学生看到真正的特色，体验到别处难以获得的感受，享受整个学习的过程。

记：学生们在特色课程基地学习航空航天科技知识，势必要占用一定的时间和精力，如何来处理它与课业之间的关系呢？

张：这是一个非常重要的问题，我们从一开始就有所考虑。现在淮阴中学的做法是，面向全校学生开展的航空航天科普教育属于基本层次，主要是激发学生们对航空航天的关注与热情，普及一般的知识，占用时间不多。再往上就是航空航天社团，这个社团开展的教育更为深入和全面，但要加入社团，对基本课业成绩就有个要求，课业不构成负担的学生才可望加入社团，而且加入社团后我们要求成绩要保持稳定。当然，这也不是铁律，有些热情特别高但成绩稍差的学生，我们也会允许暂时加入，并对他们进行指导和督促，促使学生们的学习成绩同步进步。结果，所有加入航空航天社团的学生，课业成绩全部成上升态势，这正是我们希望看到的。

记：现在提倡素质教育，您如何看待航空航天科普教育与素质教育的关系？

张：淮阴中学多年来积极深化素质教育，努力追求把高考成绩作为素质教育的自然结果。我们得承认，现行高考选拔制度是有缺陷的，不够科学合理，既有一考定终身的弊端，也有考核片面的局限，但改革是个长期问题，现行高考制度的存续，反而越发迫切地要求素质教育水平和质量快速跟进。有人把素质教育理解为某些技能的培养，我觉得不够全面，我更愿意把素质教育理解为一种精神内涵的培养，这种精神包含的元素更为丰富，比如学习精神、探索精神、协作精神，以及挫折耐受力等等，这些精神才是学生成长道路上最可宝贵的财富，也是学习各种技能的内在动力。

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航空航天制造业在经济发展中占有十分重要地位，对国防产业也有举足轻重的作用，并能推动其他相关产业的发展，研究其板块变化也有着实际的经济意义和预测价值。但是，我国航空航天制造还存在技术限制、人才培养质量不高等因素限制，上市规模还相对较小，加之我同证券股票市场尚不成熟和稳定，因此有必要借鉴国外的运营理论和管理模式，总结出适合我国国情的道路。

一、航空航天板块的发展前景

航天航空制造业是我国的军事保障，是一个国家综合实力的体现，其稳定健康的发展有着极其重要的意义。政府也必会对其发展做出扶持政策，对其进行监管和调控，保持其板块价格波动幅度不会太大，从航空板块的见涨，和各大相关股票价格良好发展趋势，利润总额不断增长可以看出我国政策扶持起到了极其重大的作用。而同时航空航天上升到国家利益层次方面，不会产生垄断寡头市场，所以不管股市如何产生巨大波动，该板块也不会因股市影响产生较大不稳定、无规律的变化。

二、政府扶持对航空航天板块的影响

从国家政策层面，通航产业正面临前所未有的历史机遇。2013年12月10日，国务院《关于消息和下放一批行政审批项日的决定》，民航局取消了国内通航企业承担境外通航业务的审批。2013年11月18日，中国人民总参谋部和中国民用航空局联合了《通用航空飞行任务审批与管理规定》，指出军方将国防、领土不相关的通用航空飞行任务的审批权让渡了出来，从而在一定程度上的优化了对通航飞行的流程。

此外，工信部已经完成高端装备制造业五个重点发展方向，包括《航空装备制造业十二五规划》。同时，《民用飞机行业发展条例》也以法律形式明确的表面了对航空制造业的支持政策。在政策的实施下，航空航天制造业出现一片良好的局势。据行业报道：航天科技集团前10个月收入增长近20%，利润总额增长11%，航天科技大股东航天科工三院前10月利润同比增长29.2%。从板块上来看，军工板块继续明显跑赢大盘。兴业竣工板块加权涨跌幅6.7%.平均涨跌幅90/e，上证指数涨跌幅1.1%。航天科工集团和民参军板块明显跑赢其他板块，预示着投资者对其前景的看好。

三、政府扶持对航空航天板块的启示

1.健全股票市场

适合航天航空制造业发展的股市才是促进产业最快发展的道路，航空航天制造业属于一个国家战略性的发展工业，其必会在政策的引导下按预期的道路发展。由于我国股票价格传导的渠道发挥效应前提条件缺失制约了资本市场有效传导政策的效应，因此我国应借鉴西方发达国家经验，健全股票市场，采取有效措施。具体可以分为，（1）扩大股票市场规模，调整优化市场结构。发达国家航空航天股票市值占GDP比重较高，而我国日前比例尚且较低，造成了航天航空制造业不能最优质适合我国国情发展。另外，也可逐渐取消国有股，法人股，公众股不能互相流通的限制，鼓励利社会公民持股，这些建议也可提高该制造业股票的高效流通性，同时，政策适当凋控将减少股价大幅波动情况的产生。（2）提高该制造业龙头公司质量，健全股票发行于续。（3）规范信息披露制度，提高透明度。（4）减少军业及其相关制造业的资源浪费，保持最优质的资源利用率。

2.壮大航空航天产业

从航空航天产业的分布来看，北有沈阳、哈尔滨、石家庄，南有南昌，东有上海，西有西安、成都。产业分度在全国都有完善的发展和制度。同国外的军工巨头相比，国内的上市市场规模较小。可以有如下几个方面发展：（1）加强自主创新能力，推动制造业健康发展。只有拥有自主知识产权，形成系列化发展和良好规模生产，才能使其健康发展。（2）建立配套的政策扶持，将政策进一步优化和系统化，为其发展营造有力的政策环境。

总之，我国已经率先在航空航天和国防领域有了技术突破和创新产业升级。该产业发展前景良好，在未来10年里，证券市场的成熟稳定，为航空航天板块提供了良好的投资环境，航空航天产业将进入一个高速发展时期。只要我国政策的继续实施，不断的总结经验和在失误中吸取教训，不断的对航空航天扶持产生正向效应，我国的航空航天将会走在世界航空航天的最前列。

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中图分类号：V257 文章编号：1009-2374（2016）13-0039-04 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.13.019

1 概述

现阶段，我国航空航天事业得到前所未有的发展，航空航天领域对材料的要求不断提升，为了满足航空航天领域对材料性能的要求，应该研发新型、高性能的材料，先进复合材料应运而生，其具有多功能性、经济效益最大化、结构整体性以及可设计性等众多特点。将先进复合材料应用在航空航天领域，能够有效地提高现代航空航天器的性能，减轻其质量。和传统钢、铝材料相比，先进复合材料的应用，能够减轻航天航空器结构重量的30%左右，在提高航空航天器性能的同时，还能降低制造和发射成本。现阶段，先进复合材料已经成为飞船、卫星、火箭、飞机等现代航空航天器的理想材料，同时，先进复合材料已经和高分子材料、无机非金属材料及金属材料并列为四大材料。因此，文章针对先进复合材料在航空航天领域应用的研究具有重要的现实意义。

2 我国先进复合材料发展现状

自20世纪70年代开始，我国就开始了对复合材料的研究工作，经过40多年的研究与发展，我国先进复合材料的技术水平不断提高，并且取得了可喜的进步。现阶段，我国先进复合材料在航空航天领域中的应用，逐渐实现了从次承力构件向主承力构件的转变，被广泛地推广和应用在军机、民机、航空发动机、新型验证机和无人机、卫星和宇航器、导弹以及火箭等领域，即先进复合材料已经进入到实践应用阶段。但是，我国先进复合材料技术的发展和研究成果与国外发达国家的水平还具有一定的差距，现阶段我国先进复合材料的设计理念、制备方法、加工设备、生产工艺以及应用规模等都相对落后。例如，我国军用战斗机中复合材料的用量低于国外先进战斗机的复合材料用量，仅有少数的军用战斗机超过20%，例如J-20其复合材料的用量约为27%。我国成功研制的C9型民用飞机，单架飞机的先进复合材料的用量超过16吨，标志着我国先进复合材料在航空航天领域的应用水平在不断提高。

3 先进复合材料简介

3.1 先进复合材料的组成

复合材料是由金属、无机非金属、有机高分子等若干种材料采用复合工艺组成的新兴材料，先进复合材料不仅能够保留原有组成材料的特点，还能够对各种组成材料的优良性能进行综合，各种材料性能的相互补充和关联，能够赋予新兴复合材料无法比拟的优越性能。先进复合材料简称ACM，指的是碳纤维等高性能增强相增强的复合材料。先进复合材料的多种性能都优于普通钢、铝金属材料，在航空航天领域的应用，能够有效地减轻航空航天设备的重量，同时赋予航空航天设备特殊的性能，例如吸波、防热等。

3.2 先进复合材料的特性

先进复合材料的特性主要表现为：

3.2.1 多功能性。先进复合材料经过多年的发展，结合了众多优异的物理性能、力学性能、生物性能以及化学性能，例如防热性能、阻燃性能、屏蔽性能、吸波性能、半导性能、超导性能等，并且不同的先进复合材料的组成不同，其功能性存在一定的差别，综合性、多功能性复合材料已经成为先进复合材料发展的必然趋势之一。

3.2.2 经济效益最大化。先进复合材料在航空航天领域的应用，能够减少产品部件数量。由于复杂部件的连接不需要进行铆接、焊接，因此对连接部件的需求量降低，有效地减少了装配材料成本、装配和连接时间，进一步降低了成本。

3.2.3 结构整体性。先进复合材料可以加工成整体部件，即采用先进复合材料部件能够替代若干金属部件。某些特殊轮廓和表面复杂的部件，用金属制造的可行性较低，采用先进复合材料能够很好地满足实际需求。

3.2.4 可设计性。采用树脂、纤维、复合结构方式，能够获得不同形状、不同性能的复合材料，例如选择合适的材料、铺层程序，能够加工出膨胀系数为零的复合材料，并且复合材料的尺寸稳定性优于传统金属材料。

4 先进复合材料在航空领域的应用

传统的飞机制造以钢、铝、钛合金为主要材料，而传统飞机上应用比例最大、构成轻质结构主体的铝合金正在被越来越流行的复合材料所替代。我们所指的复合材料主要是以高性能纤维作为增强体，用树脂作为基体将纤维粘结在内部并固化成型的高性能塑料。随着复合材料的迅速发展和广泛应用，当前先进的复合材料在飞机上的关键应用部位和用量的多少，已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一。由于碳纤维材料具有耐高温、密度低、强度大等特点，目前在航空航天领域运用最为广泛。与密度达到2.8g/cm3左右的铝合金相比，先进的碳纤维复合材料密度一般在1.45～1.6g/cm3左右；而拉伸强度可以达到1.5GMPa以上，超过铝合金部件的3倍，接近超高强度合金钢制部件的水平。这种密度低、强度刚度高的优势，使飞机的复合材料结构部件在获得与先进铝合金部件在强度刚度等综合性能方面相当的水平时，重量可以大幅减少20%～30%。复合材料在飞机结构中的应用情况大致可以分为三个阶段：第一阶段是应用于受载不大的简单零部件，可减重20%；第二阶段是应用于承力大的部件，可减重25%～30%；第三阶段是应用于复杂受力部位，如中机身段、中央翼盒等，可减重30%。复合材料主要用于制造航空器的外饰和内饰部件，如飞机的一次构造材料：主翼、尾翼、机体，二次构造材料，副翼、方向舵、升降舵、内装材料、地板材、桁梁、刹车片等及直升飞机的叶片。根据统计，小型商务机和直升飞机的碳纤维复合材料用量已占55%左右，军用飞机占25%左右，大型客机占20%左右。

4.1 军机上的应用

为满足新一代战斗机对高机动性、超音速巡航及隐身的需求，20世纪90年代后，西方战斗机全部大量采用复合材料结构。先进的复合材料也大大增加了军用运输机的有效载重，增大了军用飞机的载油量，克服常规材料在高超声速飞行器研制中存在的瓶颈问题。因此，先进复合材料被广泛地应用在军机上，例如，碳纤维增强树脂基复合材料，在军机主结构、次结构以及特殊部位等方面的应用，有效地提高了军机的耐腐蚀性、抗疲劳性，同时还具有明显的减重效果；再如，F22由于存在超声速巡航需求，飞机外表面会长时间与空气高速剧烈摩擦，因此在机翼复合材料上放弃了环氧基树脂，而使用双马来酰亚胺树脂基体以获得260℃的最大工作温度。

4.2 民机上的应用

民机和军用飞机不同，民用飞机作为以载客飞行和运营为目的的交通工具，对安全可靠性和经济性要求更加严格。复合材料在飞机上大量应用的时间还比较短，在对材料工艺稳定性和有关试验数据尚不十分充分的情况下，应用较多含量的复合材料需要大量时间和实践的积累。民航上的复合材料应用受限，使用分为两类：结构件用复合材料、舱内材料。

以波音787为例，每架飞机的结构比例中有50%是重约35吨的复合材料，这意味着它从材料密度上就减轻了15吨左右的重量。而空客也不甘示弱，新的A350客机改名为A-350 XWB，XWB意为超宽机身，复合材料的比例达到了52%，是现在所有大型商用飞机中最高的。A-350XWB的机体比B-787还宽13cm。作为世界上仅有的两个大型商用飞机研制巨头，波音、空客先后推出复合材料占结构比例50%的主力型号，这意味着大型客机结构设计以复合材料为主要材料的时代已经拉开序幕。波音787等新一代复合材料飞机上实现的性能提升，并不仅仅是依靠低密度材料减重得来。实际上复合材料在工艺、结构力学设计上，都有着传统金属材料所完全无法比拟的优势，比如复合材料可以做出超大尺寸的整体结构部件，而且尺寸大小不会随着温度高低而产生变化。

国产大飞机在复合材料的应用上还比较保守，公开的报道显示，复合材料的使用量约占C919飞机结构重量的20%。飞机上使用的复合材料主要是碳纤维增强树脂基复合材料，它们具有高耐腐蚀、质量轻等特点，在这些性能上的确要超过一般的金属材料。通常复合材料的价格大约是常规铝合金材料的几十倍，即便是我们看起来已经很金贵的铝锂合金材料，其价格也比复合材料低得多，所以C919仅为波音737价格的1/2左右。

4.3 航空发动机上的应用

对于航空领域，特别是发动机的结构设计制造而言，高性能系统所需的轻质和耐高温等特性越来越重要。航空发动机产业是指涡扇/涡喷发动机、涡轴/涡桨发动机和传统传动系统以及航空活塞发动机的集研发、生产、维修保障服务于一体化产业集群。新的材料和工艺不断研发以应对新一代航空发动机的发展趋势，尤其是先进复合材料的应用，GE-AEBG公司、惠普公司在制造飞机发动机零部件时都采用了先进复合材料，主要包括风扇出风道导流片、风扇罩、推力反向器等部位。先进复合材料在航空发动机上的应用具体表现在以下两个方面：

4.3.1 陶瓷基复合材料的应用。陶瓷基复合材料是将碳化硅陶瓷纤维与碳化硅基底材料复合后，再涂覆一层专用涂层提升其性能，密度仅为金属材料的三分之一。由于陶瓷基复合材料具有的耐高温属性，因此在发动机流道中使用空气代替，在发动机高温区只需要较少甚至不需要冷却气体，涡轮扇发动机大幅减重，意味着发动机运转效率更高，提高了发动机的性能、耐久性、燃油经济性和高推重比。F-35战斗机使用的F135发动机是有史以来战斗机上安装过的推力最大的喷气式发动机，F135使用了陶瓷基复合材料（CMC），主要用在F135-PW-600喷管的外侧部分。

以GE航空集团为例，陶瓷基复合材料在GE航空集团的技术路线图上是一条关键路径。通用电气航空集团将于2016年新建两个复合材料制造厂，用于碳化硅和陶瓷基复合材料的批量制造，这两种复合材料都是制造喷气式发动机零部件的必备材料。GE公司是所有厂商中第一个决定使用CMC制造旋转叶片的，通过把陶瓷基复合材料叶片安装在发动机上试车，它们已经证明了旋转CMC叶片的性能，这是一个重要的里程碑。

4.3.2 树脂基复合材料的应用。树脂基复合材料具有降噪能力强、耐腐蚀性强、耐疲劳能力好、比模量高、强度高等众多优点。通过将树脂基复合材料应用在航空发动机的冷端结构、反推力装置以及发动机短舱等结构上，不仅能够降低发动机的重量，还能够提高发动机的耐腐蚀性、抗疲劳性以及强度等。例如，JTAGG验证机的进气机匣利用PMR15树脂基复合材料，该种先进复合材料的应用比传统铝合金进气机匣的重量降低了25%。

4.4 新型验证机及无人机上的应用

现代战争理念的改变，使无人机倍受青睐，无人战斗机是未来航空武器的一个重点发展方向。无人机除在情报、监视、侦察等信息化作战中的特殊作用外，还能在突防、核战、化学和生物武器战争中发挥有人军机无法替代的作用。无人机的发展方向是飞行更高、更远、更长，隐身性能更好，制造更加简便快捷，成本更低等，其中关键技术之一就是大量采用复合材料，超轻超大复合材料结构技术是提高其续航能力、生存能力、可靠性和有效载荷能力的关键。和传统的铝合金混合结构相比，以复合材料为结构的无人机，例如“全球鹰”“捕食者”等无人机都采用先进复合材料。以“全球鹰”为例，该种无人机的机翼、尾翼都采用石墨/环氧复合材料，采用该种复合材料制造的无人机，和传统铝合金混合结构的重量相比降低了65%。再如，诺斯罗普・格鲁门公司研发的X-47无人战斗机，为了满足生存力、机动性、隐身性能等特殊要求，该无人机除了接头部位采用了少量的铝合金外，几乎整个机体都采用先进复合材料。依靠复合材料，设计师还可以做出传统金属材料所无法达成的气动力学设计，比如超声速飞行的前掠翼飞机。

5 先进复合材料在航天领域的应用

5.1 卫星和宇航器结构材料

卫星结构的质量会影响对运载火箭的要求以及卫星功能，卫星结构的轻型化设计已经成为卫星结构发展的趋势之一。国际通讯卫星中心的推力桶采用先进复合材料，该种推力桶质量比传统铝结构的质量降低了30%左右，降低的重量可以增加460条电话线路，同时还能够有效地降低卫星的发射费用。欧美国家卫星结构的质量为总质量的1/10，其原因就是大量的应用了先进复合材料。现阶段，我国神州系列飞船、风云二号气象卫星等都采用碳纤维/环氧复合材料，有效地降低了总体重量，同时发射成本也显著降低。

5.2 导弹用结构材料

现阶段，美国已经将先进复合材料作为导弹弹头结构壳体、级间段、仪器舱等部件的主要材料，洛克希德导弹与宇航公司指出，采用碳纤维/环氧复合材料制造的导弹比传统铝结构导弹的重量减轻40%。现阶段，采用先进复合材料的导弹发射筒也被国外发达国家应用在战术、战略型号上，例如，俄罗斯的“白杨M”导弹、美国的“MX”导弹都采用复合材料发射筒。因为先进复合材料导弹发射筒和传统金属结构相比，其结构质量显著降低，能有效地提高战略、战术导弹的灵活性。在战术导弹领域，先进复合材料结构的导弹发射筒更加灵活、应用范围更加广泛。现阶段，我国也研发了先进复合材料结构的战略导弹和导弹发射筒，还研发了先进复合材料仪器舱，有效地提高了战略导弹的灵活性和机动性，应用效果良好。

5.3 运载火箭结构材料

国外发达国家于20世纪50年代开始应用纤维缠绕成型的玻璃钢壳体代替传统的钢壳，例如，美国的“北极星A-3”潜地导弹，采用纤维缠绕成型的玻璃钢壳体，其重量比采用传统钢壳的“A-1”轻了55%左右，随后研发的“MX”“三叉戟1”的三级发动机壳体，全部都采用芳纶/环氧复合材料，该种结构形式的壳体质量比纤维缠绕成型玻璃体壳体的重量减轻了50%左右。随着先进复合材料的发展，其在运载火箭发动机壳体中的应用优势越来越明显，并且先进复合材料被应用在三叉戟Ⅱ、德尔塔Ⅱ-7925运载火箭等型号中。现阶段，我国运载火箭发动机壳体制造业逐渐的开始应用先进复合材料，虽然起步较晚，但是经过40多年的发展获得了巨大的进步，经过多年的研发，已经成功地将芳纶/环氧复合材料、玻璃纤维/环氧复合材料应用在运载火箭发动机壳体中。先进复合材料在运载火箭结构设计中的应用，有效地降低了运载火箭发动机的重量，同时提高了运载火箭发动机的性能。

6 复合材料在航空航天领域的发展前景

先进复合材料的应用已经成为评价航空航天器水平的重要标准，同时也是提高航空航天器结构先进性的重要物质基础和先导技术。由于我国先进复合材料的应用水平和国外发达国家还存在一定的差距，但是我国已经进行大量投入来强化先进复合材料方面的研究，其发展前景良好。未来先进复合材料的发展主要表现在以下四个方面：

6.1 智能化

智能型先进复合材料和结构的研究，能够创造巨大的经济效益和社会效益，智能型先进复合材料在航空航天器外表的应用：在未来航空器表面增加各种传感器，能够对周围环境进行实时、全面、智能的检测，同时为通讯系统、电子战以及雷达系统提供瞬时模态，以此保证航空器能够安全、稳定地飞行。

6.2 多功能化

在减小航空航天器体积的基础上，为了提高航空航天器的突防能力，许多结构部件需要具备多种功能，多功能先进复合材料的应用能够赋予航空航天器新的功能，现阶段，多功能先进复合材料的研究已经从双功能型向三功能型方向转变。

6.3 质量轻、性能高

目前，我国先进复合材料能够减轻航空航天器的质量占总重的20%左右，和国外25%以上的减重效率还存在一定的差距。导致该种现状的原因是我国先进复合材料的整体性能较低，并且结构的整体性相对较差。因此，在未来的发展过程中，应该加强对复合材料强度、韧性以及整体性等方面的研究，研发整体性好、强度高和韧性高的先进复合材料，同时使复合材料的减重率超过25%。

6.4 低成本

成本较高是限制先进复合材料在航空航天领域应用和发展的主要原因之一，为了解决该问题，应该对先进复合材料的制造工艺进行研究，采用科学的制造工艺进行先进复合材料结构、尺寸以及形状的加工和制造，同时采用先进的质量控制技术、自动化技术、机械化技术等，提高先进复合材料的生产效率，提高其成品率，以此降低先进复合材料的成本。

7 结语

综上所述，经过40多年的发展，我国先进复合材料工业逐渐形成了一个完整的体系，并且部分先进复合材料已经成功地应用在航空航天器生产实践中，获得了良好的效果。但是，从整体上来说我国先进复合材料技术水平和发达国家还存在一定的差距。因此，我国先进复合材料研究、研发人员和生产企业应该加快先进复合材料结构、制造技术、生产工艺等方面的研究，同时借鉴国外的先进技术和经验，解决我国先进复合材料在航空航天领域应用的各种难题，以此提高我国航空航天器的各种性能，进一步促进我国航空航天领域的全面、高速发展。

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篇6

小小“红领巾”，大大“中国梦”

2016年3月，国务院批复将每年的4月24日定为“中国航天日”，以此来纪念1970年4月24日中国第一颗人造卫星东方红一号发射成功，纪念中国取得的航天事业成就。近日，榱讼煊国家的号召，桂林市芦笛小学的青少年们也近距离地接触了航空航天知识。

此次活动的主题是“让‘红领巾’搭上中国梦的航班”。芦笛小学师生、桂林航天工业学院师生、各相关部门的领导及各媒体记者参与了本次活动。开幕式上，桂林航天工业学院授予芦笛小学“红领巾科普活动室”和“大学生社会实践基地”两块牌匾，充分发挥专业人才优势，让航天科技知识进入小学校园。

此外，桂林航天工业学院还向芦笛小学捐赠了10架四轴飞行器。四轴飞行器，又叫四旋翼飞行器，它的四个螺旋桨都是电机直连的简单机构，十字形的布局允许飞行器通过改变电机转速获得旋转机身的力，从而调整自身姿态。四轴飞行器的基本运动包括垂直运动、俯仰运动、滚转运动和偏航运动。芦笛小学的同学们抱着这些“特殊”的礼物，笑得那么开心，似乎想要迫不及待地拿起遥控器操控飞行器起航了。

学习知识，乘风起航

授牌仪式过后，同学们欣赏了桂林航天工业学院航模协会带来的精彩飞行表演。当飞行器在空中做出精彩的盘旋、横滚、筋斗等高难度动作时，孩子们激动不已，现场爆发出阵阵掌声和欢呼声。

篇7

焊接技术是链接技术中的一部分，是航空航天工业紧密器件制造中补课或缺的技术。在现代生产中，各种新型焊接技术的广泛引用，极大地简化了航空航天中各类构件的加工，节省了生产材料，提升了生产效率。随着焊接技术的不断进步，航天飞机的重量得到了坚强，同时也为航天飞机及其器件的设计提供了技术支持，带动了航天飞机整体性能的提升。文章将对焊接技术在航空航天工业中的应用研究

1 航空航天工业常见焊接技术

1.1 电子束焊技术

在真空环境下，将高速电子流聚焦后对准工件进行缝接，而这时电子束的动能转化为热能，将金属工件熔合，这种焊接方法就称为电子束焊（ EBW）。它也是一种高能束流加工技术，与其它焊接技术相比具有很多优点，例如：能量密度高、焊接深宽比大、变形小、精度高，还可以自动控制等。电子焊接技术这些优势，使得它在航空、航天、电子、核工业等产业方面应用广泛。将电子束焊接技术运用于航空制造业中，使得制造飞机发动机更加精密，质量更加先进，也使得很多零件的减重设计、异种材料或者难以整体加工的零件材料的焊接得以实现。在航空航天产业方面，最重要的技术就是焊接零件具备高强度、低重量和稳定性的特点，而电子束焊接恰好解决了这一问题。由此可见，在航天航空领域，电子束焊接已经成为一项必不可少的技术。

1.2 激光焊技术

激光技术首先依靠偏光镜反射装置，将激光束聚焦在工件上，利用光束产生的巨大能量，瞬间就可以将工件熔化和蒸发，这种技术就是激光焊接。激光焊所需的装置较为简单，焊接时能量密度高、精确度高，工件变形小，而且可以焊接难熔零件等，这种技术在室温或特殊条件下都可以进行。在对飞机大蒙皮和附件进行拼接时，经常用到激光焊技术。早在1970年左右，美国就将激光焊技术运用于航空航天工业中。他们制造了一台15kW的CO2仿激光焊机弧光器，在生产飞机的各种零件和材料时运用了激光焊技术，对其进行焊接试验及提高工艺标准。空中客车公司生产的A340飞机，其零件中的全部铝合金内隔板都是利用激光焊接技术完成，使得机身重量有所，生产成本也得到降低。

1.3 搅拌摩擦焊技术

1991年，英国焊接研究所（英文简称为TWI），研发了一种新的固相连接技术，并将其命名为搅拌摩擦焊技术（英文简称为FSW）。该项技术是世界焊接技术发展史上研究历史最短但传播速度最快的焊接技术。它的工作原理是，通过一种非耗损的搅拌头，使其高速旋转，然后压入待焊界面，经过高速摩擦加热被焊金属界面从而产生热塑性。最后，零件在压力、推力和挤压力的共同作用下形成致密的金属间扩散连接。该项技术的特点是，焊接时无需材料、无飞溅、无需气体保护、零件损伤小等，由此也被称作当代最具革命性的焊接技术。例如，波音公司在生产C-17和C-130运输机时，也利用该技术焊接地板来代替紧固件连接，使得地板结构得到简化，生产成本得到降低。总而言之，搅拌摩擦焊技术将在未来的工业应用中发挥巨大的潜力。

1.4 扩散焊技术

扩散焊又称扩散连接，它是指在真空环境或者气体保护下，对母材加热至熔点以下，将两个或多个零件表面施加压力，使界面产生微观塑性变形形成紧密接触，保持某一温度使原子在界面扩散而，最终将零件连接到一起。使用该焊接方法，一次可焊接多个接头，零件的接头质量好、形变小，而且焊后无需机加工。由于这些优点，在直升飞机的钛合金旋翼桨毂、夹层风扇叶片、飞机大梁、发动机机匣、涡轮叶片等零件的生产制造过程中，扩散焊技术已经得到了广泛的运用。在航空航天领域，焊接技术已经成为了必不可少的重要连接技术，该技术的运用使得飞行器重量有所减轻，发动机质量有所提高，所以大大推动了航天航空产业的发展和生产技术的提高。很显然，我国航天航空工业在将来的发展中，离不开焊接技术。与此同时，该技术的运用也会推动航天航空工业的飞速发展。

2 焊接技术在航空航天工业中的应用―以电子束焊接技术为例

随着技术的不断进步，越来越多的先进焊接技术被研发出来，不仅可以有效地减轻航天航天结构的重量，更可以通过提供先进的技术支持，为航天航空飞机、发动机综合性能和整体性能的提升提供帮助。电子束焊接技术则是航空航天工业中普遍运用的一种焊接技术。

2.1 电子束焊接在发动机燃烧室中的应用

发动机燃烧室身部主要使用的是不锈钢焊接结构和铜胎上电铸金属。但是，在进行焊接时，由于受各自物理化学性能存在巨大差别，极大地增加了焊接难度，特别是在接头处记忆产生杂质。当存在较大的焊接应力时，接头处容易出现开裂。同时，在高温情况下，电铸层容易出现削弱，甚至剥离。此外，在采用电子束焊接时，也会受到来自电铸金属层的磁性的影响。因此，在采用电子束焊接技术进行焊接时，首先应对电铸金属层进行整体退磁，对电子束的路径进行磁场屏蔽处理。焊接时，主要采用高压型电子束焊机对燃烧室进行焊接。要尽量避免焊接时产生过多热量，避免变形，并尽可能的降低接头的应力，防止易熔夹层的形成，避免应高温而出现的结合力降低的情况，可以有效地避免开裂情况的出现。

2.2 电子束焊接在波纹管组合件中的应用

航空航天发动机产品中波纹管组合件是其重要组件之一。同时，也是需要利用电子束焊接技术进行焊接的重要部分。一般而言，多层金属波纹管是航天发动机的主要的动密封原件。多层金属波纹管作为动密封原件的主要优势在于不会出现卡滞现象，相对比较灵活。为此，保证运动灵活与良好气密性是波纹管组合件生产的关键所在，而这个环节需要通过焊接来实现。采用电子束焊接技术，可以有效地增强波纹管的接头强度，从而在尽可能避免变形的同时，保证焊接的美观和密封性。

2.3 电子束焊接在压力容器中的应用

在航空航天工业应用中，压力容器的主要用途在于对各种流体介质进行存储。压力容器质量的好坏，直接关系到空间系统的稳定性。电子束焊接在制造高质量压力容器中具有主导作用。在推进系统中，燃料储箱与气瓶是关键部件。根据有关部门的统计结果显示，压力容器的多发故障主要集中在气瓶焊缝处。因此，在进行焊接时，气瓶处焊接要求极高。采用电子束焊接时，可以通过单面焊双面成形，从设备和工艺的角度控制焊缝内外表面的咬边缺陷的出现。此外，随着近年来复核材料气瓶逐渐增多，其由内外两层构成。其中，内层为金属衬层，而外层的复合材料层。前者的作用在于气密作用，而后者的复核材料则主要承担大部分内压载荷。通过电子束焊接技术主要针对气瓶中的内层，即金属内衬进行焊接，这部分的金属一般采用钛合金或铝合金制作，因而相对比较薄。通过真空电子束可以更加精确的进行焊接，避免气孔缺陷。

3 结束语

焊接技术是航空航天领域的重要连接技术，它在促进航空航天制造技术的发展、实现飞行器的减重、高效中发挥着越来越重要的作用。可以预见，我国航空航天工业在突飞猛进的焊接技术的推动下定将取得快速发展。我们相信，随着技术焊接技术的不断进步，我国航空航天工业水平也将得到明显的提升。

参考文献

[1]王亚军，卢志军.焊接技术在航空航天工业中的应用和发展建议[J].航空制造技术，2008，16：26-31.

篇8

在空中垂降探测车的想法听起来很疯狂，不过这是“轻放”如此庞大的探测车的最佳方式。“2001火星奥德赛”号卫星和火星勘测轨道飞行器构成的美国航空航天局太空通讯网会监控整个登陆过程。这样的登陆任务很难不令人紧张，而紧张可能需要借由花生来消除。美国航空航天局的任务指挥中心有一项传统，会在登陆前打开一包花生，然后传遍指挥中心。这一“幸运豆”的传统可以追溯到1964年的“徘徊者7”号月球近距离拍摄任务。火星任务的总监阿瑟，阿曼达表示：“我们有很多花生，通常任务总监会假定花生不会被消耗完。”

航行8个月半，2.5亿千米的旅程，这位“大男孩”平安到达目的地后，得向地球上焦急的美国航空航天局任务指挥中心报平安。不过，这通长途电话却不简单。

地球和火星的距离为2.5亿千米，即使以接近光速的无线电波，在两星球间传递信息也需要13分钟。这意味着“好奇”号发生状况13分钟后，位于地球的指挥中心才会接到消息，再花13分钟才能将指令送达火星上的“好奇”号。对于在地球上收听实时广播的我们来说，非常难想象这有多困扰。因此，“好奇”号具备一定的自动反应能力，能实时应付在火星上遇到的状况。

篇9

“砰！”一声爆响，氢气被引爆了！

观众们也被吓了一跳，旋即便送上了热烈的掌声。

这一天，长寿桥小学的航空航天活动室正式开放，成为杭州市首个航空航天主题活动室。校园里，线控飞机、无人机比翼齐飞，“宇航员”“飞行员”同台亮相，热闹得不得了。

其实，长寿桥小学的学生早在2003年便和航空航天结下了缘分。那一年，学校成立了“长寿鹰科技社团”，从此，小小“长寿鹰”飞出了自己的“科学新天地”。

三年风雨，小鹰初长成

翁启城是在一年级入学时就加入长寿鹰科技社团的，三年来，多次代表学校参加全国大赛。

“我从小就喜欢搭乐高，开遥控车和飞机，这是我一直保持的兴趣。”

“当时加入科技社团时，是怎样进行挑选的呢？”

“就是每人做一架飞机模型，通过测试就可以了。”这个性格阳光的小男孩轻松地说道。

长寿鹰科技社团的训练都是在课余时间进行的，假期也不例外。暑假里，他们跟老师一起，顶着烈日在操场上练习线操纵飞机：平飞、高平飞、俯冲、空中开车、筋斗、平稳降落到100分点位，还要练习线操纵飞机快速打气球。下雨天也要练习，雨太大就在室内练四轴飞行器和纸飞机，雨小些了，就冒雨练习线操纵飞机。这样日晒雨淋的日子，每个社员都习惯了。“大家都不觉得辛苦，每个人对科技都满怀兴趣。”翁启城说。

当然，也有遇到麻烦的时候。2016年暑假，翁启城他们跟着指导老师一起，到海口参加第十八届“飞向北京―飞向太空”全国青少年航空航天模型教育竞赛活动总决赛（国家顶级赛事，简称“飞北赛”）。线控飞机不便随身携带，要托运。翁启城对自己的飞机视若珍宝，哪里舍得托运，被弄坏了可就糟了。于是，从候机到登机，再加上近三小时的航程，翁启城都紧紧抱着心爱的飞机，不让它离开自己半步。当时正值G20期间，航空管制特别严，电池一律不能上飞机。线控飞机要用锂电池，老师们只好想办法在网上重新买电池直接寄到海口赛场。

到了赛场，大家抓紧时间进行场地训练――试飞。时间紧迫、心情紧张，就在翁启城做完第一次试飞，准备开始第二次的时候，一个人影靠近了场地，说时迟那时快，“啪！”机翼断了。

“这是我唯一的比赛机呀，当时真是欲哭无泪了……”回忆起这一幕，翁⒊腔故怯行┖笈隆

带队老师安慰他、鼓励他，帮他粘好了机翼。晚上，翁启城给电池充上电，把飞机又仔仔细细检查了一遍，确认一切准备就绪，才安心睡觉。

第二天一早，他小心翼翼地去关充电器开关，谁曾想，眼前一亮，火光四溅，一股青烟伴着焦味冒了出来――电线烧焦了！又是一场意外！

“我仔细查看了一下，才知道是因为我不小心将红线与黑线的金属片相碰，金属片熔化了一半。”翁启城不无懊悔地说道，“我赶紧用电笔测量，幸运地发现电池还能用，总算没有耽误比赛。”

“经历了这次国赛，我的心理素质得到了很好的锻炼，也知道了做任何事一定要仔细，遇到突况要冷静，想办法解决。”翁启城笑着说。

未来更远，有梦一起飞

篇10

在休斯敦的约翰逊太空中心，载人探索计划的研究人员怀着极大的兴趣观看这次撞击月球的过程。这次探索任务是为了证明在月球两极附近又深又暗的陨石坑是否有水，可供在月球基地的宇航员使用。

有待证实的理论是，在月球的冰冷地带那些陨石坑的深处聚集着冰，那里从来没有太阳光的照射。举例来说，有可能是彗星带来的水，会因为月球表面的强烈阳光照射而蒸发。但美国航空航天局月球与行星勘测项目主任门德尔说，很可能在陨石坑里有某种形态的水存在。

门德尔说：“在这种情况下，那可能不算是真的冰，也许是含有水成分的矿物。这样水成分就必须用什么方式从矿物里提炼出来，也许你想在基地附近，而不是在陨石坑里进行提炼，那样就又有了一个运输上的问题。”

门德尔所领导的月球勘测项目是美国航空航天局“星空”计划的一部分，目的是以月亮作基地，执行目标更为远大的到火星的载人飞行任务。他说，月球陨石坑观测与遥感卫星是重要的第一步。

科学家自信会找到月球水

总部设在休斯敦的月球与行星研究所的保罗・斯普蒂斯则比较乐观。他与美国航空航天局合作进行探索计划，他说那里可能会有形式更纯的水。

“如果能够提取出足够数量的水，在陨石坑顶部附近的一个基地使用，那就可以为人提供饮用水，并被分解成氢气和氧气。”斯普蒂斯说， “你可以利用水来导电，而也可能是太阳能电池板产生的，然后再把水还原成气态。当水变成气态时，可以被压缩到极冷状态，变成液态氧和液态氢，而这也是火箭的助推燃料。”

“无论月球冲撞计划与遥感卫星任务的发现是什么，美国航空航天局还将会有更多的跟踪计划，包括使用探测机器人来确认发现结果，并检测陨石坑里的物质。”斯普蒂斯说，“在人们登陆之前，使用机器人可以完成很多任务。可以让机器人登陆，检测那些物质的物理状态，甚至可以挖掘出泥土，尝试提取出比如说水一类的东西，看看有多困难。这些实验很多都可以靠机器人来做，因为月球离我们非常近，我们可以在地球上几乎同步地遥控月球上的机器。”

未获取珍贵的撞击图像

美国航空航天局此前曾称，LCROSS卫星将传回“半人马座”火箭撞击月球瞬间的照片，但结果并非如此。受资金限制，美国未给撞月卫星配备最先进的探测器和摄像设备，这可能是图像传输失灵的原因。

美国航空航天局工作人员随后表示，他们相信本次撞击是成功的。只是卫星在撞击前数秒停止向地球发送照片，这是美国本次撞月计划的一大硬伤。因为撞击图像最能直观反映月球南极表面的情形，为这里是否存在水提供有力证据。在此之后通过大量数据分析得到的信息都没有当时的图像信息有价值。

“重返月球”计划可能动摇

美国航空航天局“重返月球”计划的核心目标是在月球上建立永久基地，并以此为跳板，为美国登陆火星甚至探索更遥远的星体做准备。本次撞月任务被认为是为实施这一计划所迈出的第一步。

篇11

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。

篇12

从公司披露的2014年业绩快报来看，2014年公司实现营业收入6.16亿元，同比增长18.62%;实现营业利润1.13亿元，同比增长23.52%;实现净利润1.12亿元，同比增长30.27%;实现每股收益0.35元。

公司净利润快速增长的主要原因是募投项目开始进入逐步投产阶段。截至2014年6月底，公司5个募投项目已全部完工，未来1―2年将进入产能释放期，全部达产后公司总产能将超过2500吨，约为募投项目之前产能的2.5倍。随募投项目逐步达产，制约公司的最大瓶颈正被逐步突破，公司业绩有望逐渐步入快速增长通道。

另外，现在距离“十二・五”到期仅剩一年，公司尚未进行外延式扩张。目前公司账上有近2亿元现金，这也强化了公司外延式增长的预期。再加之，公司2014年7月设立两家子公司――河北钢研德凯和天津钢研海德，前者主营高端铝镁合金铸件，应用于航空航天等军工领域;后者则主要生产高纯高强特种合金制品。毫无疑问，这两家子公司未来也有望在募投基础之上进一步为公司业绩带来贡献。

成长维度：物超所值

从2014年业绩快报来看，公司在2014年四季度当季，实现营业收入1.94亿元，营业利润4000万元，净利润3500万元，实现每股收益0.11元，同比2013年四季度分别增长30.20%、66.66%、40%和37.5%，显示出极佳的成长性。而这种成长性主要体现在以下几个方面：

（1）公司专业从事高温合金材料的研发、生产和销售业务，60%以上的产品面向航空航天领域的客户。而航空航天产业的产业政策从中长期来看是明朗的，发展自主航空航天产业，提高国产化率是国家安全战略的重要部分，这无疑也为公司的发展提供了机遇。

（2）除航空航天领域以外，公司近年来也在逐步开拓民用领域，并且已经在地面燃机、玻璃制造、冶金等领域取得了显著的业绩。随着新型高温固体自复合材料及制品的募集资金项目实施，公司正努力开拓高温金属基自轴承等市场。

（3）公司核电产品研发正在开发中，且获得国家5000万元补贴，长期前景看好。其正在研发的GH690合金非常适用于核工业蒸汽发生器的传热管，法国、美国和日本自20世纪80年代末起相继开始使用GH690合金，应用效果良好，我国大亚湾核电站也采用法国提供的GH690合金管。