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航空航天的未來(lái)范文1
關(guān)鍵詞：計(jì)算力學(xué)；多物理場(chǎng)耦合；先進(jìn)復(fù)合材料；有限元技術(shù)（FEM）
中圖分類(lèi)號(hào)：V211 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）12-0252-02
1 力學(xué)在航空航天領(lǐng)域的支柱地位
作為與材料科學(xué)、能源科學(xué)并肩的航空航天領(lǐng)域三大基礎(chǔ)學(xué)科之一，力學(xué)在航空航天領(lǐng)域擁有無(wú)可辯駁的支柱地位。航空航天技術(shù)的發(fā)展與力學(xué)學(xué)科的發(fā)展有著舉足輕重的關(guān)系。同樣，力學(xué)學(xué)科的發(fā)展也推動(dòng)了航空航天技術(shù)的發(fā)展。從航空航天的歷史開(kāi)端，力學(xué)便扮演著開(kāi)天辟地的角色：萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)前的時(shí)代，人類(lèi)的航空器長(zhǎng)期停留在熱氣球與飛艇的水平，人們普遍認(rèn)為任何總密度比空氣重的航空器是無(wú)法上天的；而隨著流體力學(xué)的發(fā)展，越來(lái)越多總密度大于空氣的航空器被發(fā)明出來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，而萊特兄弟的飛機(jī)即為第一個(gè)成功的嘗試，萊特兄弟的L洞也成為一個(gè)經(jīng)典（圖1）。從此，航空器的發(fā)展步入了快車(chē)道，各種結(jié)構(gòu)的飛機(jī)翱翔于藍(lán)天，從不到一噸的輕型飛機(jī)到上百?lài)嵉倪\(yùn)輸機(jī)，直至今天我們對(duì)機(jī)已經(jīng)習(xí)以為常。
時(shí)至今日，航空航天的總體設(shè)計(jì)已由龐大的力學(xué)各分支支撐起來(lái)，從最基本的方面分類(lèi)，可包括：飛行器整體氣動(dòng)外形歸屬于空氣動(dòng)力學(xué)；整體支承結(jié)構(gòu)歸屬于結(jié)構(gòu)力學(xué)以及材料力學(xué)；復(fù)合材料歸屬于復(fù)合材料力學(xué)；材料疲勞性能歸屬于疲勞分析；結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性歸屬于振動(dòng)力學(xué)；缺陷結(jié)構(gòu)分析歸屬于損傷力學(xué)以及斷裂力學(xué)。而對(duì)于具體的問(wèn)題細(xì)分，則還有如：針對(duì)超高速飛行器的高超空氣動(dòng)力學(xué)；針對(duì)紊流等大氣不穩(wěn)定情況的非定常空氣動(dòng)力學(xué)；針對(duì)流固耦合問(wèn)題的氣動(dòng)彈性力學(xué)；以及針對(duì)非金屬材料的粘彈性力學(xué)等。此外，還有眾多與力學(xué)相關(guān)的技術(shù)被發(fā)展起來(lái)，如有限元技術(shù)（FEM）等。
展望未來(lái)，力學(xué)發(fā)展的源動(dòng)力在于航空航天綜合多學(xué)科的交叉與技術(shù)。被譽(yù)為“工業(yè)之花”的航空航天工業(yè)，其研發(fā)生產(chǎn)涵蓋了目前已知的所有工科門(mén)類(lèi)，如此多的學(xué)科交叉下，力學(xué)的發(fā)展勢(shì)必會(huì)與其他學(xué)科進(jìn)行技術(shù)交流，這會(huì)帶來(lái)問(wèn)題的進(jìn)一步復(fù)雜化，同時(shí)也豐富了力學(xué)的研究?jī)?nèi)容。
2 航空航天領(lǐng)域力學(xué)發(fā)展新挑戰(zhàn)
航空航天的發(fā)展，給力學(xué)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，給力學(xué)計(jì)算帶來(lái)困難；繁瑣的理論公式，需根據(jù)工程需要進(jìn)行必須的簡(jiǎn)化；新材料的應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域最為敏感，在為飛行器降低結(jié)構(gòu)重量的同時(shí)，也帶來(lái)諸多的不利因素如耐熱性能差、環(huán)境敏感度高等；而在某些關(guān)鍵部件的多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題也將成為重要的研究方向。
2.1 程序化
航空航天器和大型空間柔性結(jié)構(gòu)的分析規(guī)模往往高達(dá)數(shù)萬(wàn)個(gè)結(jié)點(diǎn)、近十萬(wàn)個(gè)自由度的計(jì)算量級(jí)，這些問(wèn)題包括但不限于：飛行器的高速碰撞間題，如飛機(jī)的鳥(niǎo)撞， 墜撞，包容發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片與機(jī)匣設(shè)計(jì)，裝甲的設(shè)計(jì)與分析，載人飛船在著陸或?yàn)R落時(shí)的撞擊等。為了解決這種計(jì)算量龐大的問(wèn)題，上世紀(jì)50年代初，力學(xué)便發(fā)展出一門(mén)嶄新的分支學(xué)科――計(jì)算力學(xué)。伴隨著電子計(jì)算機(jī)以及有限元技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算力學(xué)取得輝煌的成績(jī)，這也說(shuō)明了其本身發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>
力學(xué)分析技術(shù)的發(fā)展，特別是對(duì)于各種非線性問(wèn)題（幾何非線性、材料非線性、接觸問(wèn)題等）分析能力，是長(zhǎng)期存在的。然而在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，受到計(jì)算機(jī)能力的制約，以及模型建立本身的局限性，力學(xué)分析求解停留在解析方法和小規(guī)模數(shù)值算法中。這對(duì)于工程人員的設(shè)計(jì)工作是一個(gè)極大的限制，對(duì)于航空航天領(lǐng)域而言則尤甚如此。計(jì)算力學(xué)的發(fā)展，帶來(lái)的效益是巨大的。首先其可以用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬一些常規(guī)的驗(yàn)證性試驗(yàn)和小部分研究型試驗(yàn)，這可以節(jié)省很大一筆試驗(yàn)費(fèi)用。其次，其可以求解某些逆問(wèn)題，逆問(wèn)題的理論解往往無(wú)法通過(guò)非數(shù)值的手段得到。最后，從工程管理角度考慮，數(shù)值模擬方法大大節(jié)省了產(chǎn)品研發(fā)的周期，由此單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生了更多的經(jīng)濟(jì)收益。有限無(wú)技術(shù)分析機(jī)翼見(jiàn)圖2。
上述計(jì)算力學(xué)給工程設(shè)計(jì)方面帶來(lái)的種種好處，都基于一個(gè)很重要的前提。那就是力學(xué)問(wèn)題程序化。如何將力學(xué)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)計(jì)算機(jī)可以求解的程序，一直是計(jì)算力學(xué)研究的重點(diǎn)，比如有限元技術(shù)就是其中一個(gè)典型代表。目前，有限元技術(shù)已經(jīng)涵蓋了大部分力學(xué)問(wèn)題，包括：靜力學(xué)求解，動(dòng)力學(xué)求解，各種非線性問(wèn)題，以及多物理場(chǎng)耦合等。但值得注意的是，除了靜力學(xué)以及相對(duì)簡(jiǎn)單的問(wèn)題外，其余問(wèn)題所用的算法目前精度仍然有限，相較于工程運(yùn)用而言仍存在諸多壁壘。對(duì)于這些問(wèn)題算法的更新，是力學(xué)問(wèn)題程序化必須面對(duì)的挑戰(zhàn)，仍需研究人員不斷探索。
2.2 工程化
力學(xué)工程化依然是基于計(jì)算力學(xué)而討論的。所不同的是，程序化是針對(duì)一項(xiàng)力學(xué)問(wèn)題能不能解決，工程化關(guān)注的問(wèn)題是如何使得力學(xué)問(wèn)題的解決過(guò)程更符合工程需求。
21世紀(jì)的航空航天，已經(jīng)越來(lái)越趨向于商業(yè)化，美國(guó)已有數(shù)家私有航天企業(yè)成立，我國(guó)的航天科技集團(tuán)也在進(jìn)行著一些商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射。而商業(yè)化的工程問(wèn)題，所追求的目標(biāo)永遠(yuǎn)是效益。因此，力學(xué)工程化發(fā)展也應(yīng)基于這一要求。航空航天工程的研發(fā)工作，一直給人周期長(zhǎng)的印象，動(dòng)輒10年以上的研究周期，對(duì)于目前商業(yè)化的運(yùn)營(yíng)是不適用的。如何快速的給出解決方案，是今后力學(xué)工程化的重要考量。隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的數(shù)值計(jì)算可以通過(guò)可視化、圖表化等快捷的交互式設(shè)計(jì)方法呈現(xiàn)出結(jié)果，這可以直觀地給予工程師設(shè)計(jì)反饋，從而達(dá)到加快設(shè)計(jì)進(jìn)程的目的。同時(shí)，直觀的結(jié)果反饋，也能避免數(shù)據(jù)分析過(guò)程出現(xiàn)人為失誤，起到規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的作用。
2.3 非均質(zhì)化
新材料往往首先出現(xiàn)在航空航天領(lǐng)域，其中典型代表便是先進(jìn)復(fù)合材料。先進(jìn)復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐腐蝕、耐疲勞、阻尼減震性好、破損安全性好以及性能可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。由于上述優(yōu)點(diǎn)，先進(jìn)復(fù)合材料繼鋁、鋼、鈦之后，迅速發(fā)展成四大結(jié)構(gòu)材料之一，其用量成為航空航天結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性標(biāo)志之一。
復(fù)合材料的運(yùn)用給力學(xué)提出了新要求，相比于傳統(tǒng)各向同性的金屬材料，其各向異性的力學(xué)特性使得非均質(zhì)力學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，代表便是復(fù)合材料力學(xué)的誕生。非均質(zhì)化力學(xué)需要將材料的承力主方向設(shè)計(jì)為結(jié)構(gòu)中的主承力方向，而非主承力方向則需要保證一定強(qiáng)度，不至于破壞，這是其主要的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。相比各向同性材料，其理論模型更為復(fù)雜，相應(yīng)的數(shù)值求解方法也沒(méi)有那么完善。同時(shí)，實(shí)際中復(fù)合材料的性能分散性和環(huán)境依賴(lài)性相當(dāng)復(fù)雜， 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值的確定還很保守，導(dǎo)致最終設(shè)計(jì)結(jié)果并沒(méi)有理論中那么完美，很大程度上制約了工程領(lǐng)域大規(guī)模使用復(fù)合材料。對(duì)于國(guó)內(nèi)而言，復(fù)合材料研究工作相比國(guó)外則更為落后，無(wú)論是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)還是試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累都有不小差距。
建立完備的非均質(zhì)化力學(xué)模型，積累足夠的原始參數(shù)，大膽嘗試提高復(fù)合材料的設(shè)計(jì)水平以及用量是今后力學(xué)非均質(zhì)化的主要任務(wù)，需要研究人員付出更多的努力。
2.4 多物理場(chǎng)耦合
2.4.1 電磁與力學(xué)耦合
新時(shí)代下的航空航天材料，已不僅僅局限于提供簡(jiǎn)單的支承作用，功能化是航空航天器新材料發(fā)展的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，其最終目的是為了未來(lái)航空航天器發(fā)展智能化目標(biāo)。
目前，越來(lái)越多的具有電-力耦合功能的新型材料正成為航空航天器結(jié)構(gòu)材料的選擇。因?yàn)樵趯?duì)飛行器的自我檢測(cè)技術(shù)方面，具有電-力耦合功能的材料的受力狀態(tài)與電磁性能存在特定的函數(shù)關(guān)系，由此系統(tǒng)能通過(guò)檢測(cè)電磁性能達(dá)到檢測(cè)受力狀態(tài)的效果，這大大方便了對(duì)飛行器的健康監(jiān)測(cè)，也有效保證了飛行器的安全。這其中耦合函數(shù)的準(zhǔn)確性便成為關(guān)鍵，電-力耦合的發(fā)展能促進(jìn)這些技術(shù)的健全，具有十分積極意義。
2.4.2 溫度與力學(xué)耦合
溫度場(chǎng)與力場(chǎng)的耦合主要體現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)上，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部涵道的設(shè)計(jì)最優(yōu)化一直是熱力學(xué)著力解決的問(wèn)題。
目前大部分飛機(jī)均采用噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，包括：渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)以及渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。上世紀(jì)40年代末，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)，飛機(jī)飛行速度第一次能超過(guò)音速，帶來(lái)了一場(chǎng)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)革命。由此，包括進(jìn)氣道以及發(fā)動(dòng)機(jī)涵道的設(shè)計(jì)成為發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，早期的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，由于涵道上的設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致燃料燃燒產(chǎn)生熱能轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力的轉(zhuǎn)化比很低，同時(shí)伴隨著燃燒不充分，因此發(fā)動(dòng)機(jī)耗油量很高且推力較小。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前無(wú)論軍用還是民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，大部分均采用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)優(yōu)化得到的涵道形狀最大化了單位燃油所提供的推力。圖3為民用客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)涵道。
我國(guó)的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)水平距離世界領(lǐng)先水平仍有較大距離，特別是在大涵道比的商用發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)上。發(fā)展熱力學(xué)，對(duì)熱-力耦合問(wèn)題進(jìn)行更深入的研究，是發(fā)展我國(guó)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè)的奠基石。
2.4.3 流固耦合
流固耦合是飛行器研制最基本的問(wèn)題之一。幾十年的發(fā)展歷程中，基于流固耦合研究的飛機(jī)外形設(shè)計(jì)取得了諸多進(jìn)展，包括整體機(jī)身外形的優(yōu)化，翼梢小翼的出現(xiàn)等。隨著飛機(jī)飛行速度的不斷提高，特別是軍用飛機(jī)機(jī)動(dòng)性的要求，出現(xiàn)了許許多多新的流固耦合問(wèn)題。比如針對(duì)飛機(jī)在大攻角飛行時(shí)（一般出現(xiàn)在軍機(jī)上），傳統(tǒng)小攻角氣動(dòng)表示法、穩(wěn)定理論等均不再適用。因此，解決大攻角非定常問(wèn)題，需要從飛行器運(yùn)動(dòng)以及流動(dòng)方程同時(shí)出發(fā)，建立多自由度分析和數(shù)值模擬模型。這是典型的流固耦合問(wèn)題。
同時(shí)，以往舊的流固耦合理論，在先進(jìn)復(fù)合材料大量運(yùn)用的今天，顯然已經(jīng)不再使用。對(duì)舊有理論進(jìn)行必要的修正，也將成為流固耦合問(wèn)題亟需完成的工作。
3 結(jié)語(yǔ)
當(dāng)前，國(guó)家大力發(fā)展航空航天事業(yè)，作為高精尖產(chǎn)業(yè)，其所運(yùn)用的理論與技術(shù)絕不能落后。力學(xué)作為一門(mén)古老而又應(yīng)用廣泛的學(xué)科，其對(duì)航空航天事業(yè)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。為符合未來(lái)航空航天領(lǐng)域發(fā)展，航空航天領(lǐng)域的力學(xué)應(yīng)著力向著程序化、工程化、非均質(zhì)化、以及多物理場(chǎng)耦合化綜合發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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航空航天的未來(lái)范文2
關(guān)鍵詞：先進(jìn)復(fù)合材料；航空航天領(lǐng)域；飛船；衛(wèi)星；火箭；飛機(jī) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
中圖分類(lèi)號(hào)：V257 文章編號(hào)：1009-2374（2016）13-0039-04 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.13.019
1 概述
現(xiàn)階段，我國(guó)航空航天事業(yè)得到前所未有的發(fā)展，航空航天領(lǐng)域?qū)Σ牧系囊蟛粩嗵嵘瑸榱藵M(mǎn)足航空航天領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅艿囊螅瑧?yīng)該研發(fā)新型、高性能的材料，先進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生，其具有多功能性、經(jīng)濟(jì)效益最大化、結(jié)構(gòu)整體性以及可設(shè)計(jì)性等眾多特點(diǎn)。將先進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，能夠有效地提高現(xiàn)代航空航天器的性能，減輕其質(zhì)量。和傳統(tǒng)鋼、鋁材料相比，先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用，能夠減輕航天航空器結(jié)構(gòu)重量的30%左右，在提高航空航天器性能的同時(shí)，還能降低制造和發(fā)射成本。現(xiàn)階段，先進(jìn)復(fù)合材料已經(jīng)成為飛船、衛(wèi)星、火箭、飛機(jī)等現(xiàn)代航空航天器的理想材料，同時(shí)，先進(jìn)復(fù)合材料已經(jīng)和高分子材料、無(wú)機(jī)非金屬材料及金屬材料并列為四大材料。因此，文章針對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2 我國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料發(fā)展現(xiàn)狀
自20世紀(jì)70年代開(kāi)始，我國(guó)就開(kāi)始了對(duì)復(fù)合材料的研究工作，經(jīng)過(guò)40多年的研究與發(fā)展，我國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料的技術(shù)水平不斷提高，并且取得了可喜的進(jìn)步。現(xiàn)階段，我國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用，逐漸實(shí)現(xiàn)了從次承力構(gòu)件向主承力構(gòu)件的轉(zhuǎn)變，被廣泛地推廣和應(yīng)用在軍機(jī)、民機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、新型驗(yàn)證機(jī)和無(wú)人機(jī)、衛(wèi)星和宇航器、導(dǎo)彈以及火箭等領(lǐng)域，即先進(jìn)復(fù)合材料已經(jīng)進(jìn)入到實(shí)踐應(yīng)用階段。但是，我國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展和研究成果與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的水平還具有一定的差距，現(xiàn)階段我國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)理念、制備方法、加工設(shè)備、生產(chǎn)工藝以及應(yīng)用規(guī)模等都相對(duì)落后。例如，我國(guó)軍用戰(zhàn)斗機(jī)中復(fù)合材料的用量低于國(guó)外先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)的復(fù)合材料用量，僅有少數(shù)的軍用戰(zhàn)斗機(jī)超過(guò)20%，例如J-20其復(fù)合材料的用量約為27%。我國(guó)成功研制的C9型民用飛機(jī)，單架飛機(jī)的先進(jìn)復(fù)合材料的用量超過(guò)16噸，標(biāo)志著我國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用水平在不斷提高。
3 先進(jìn)復(fù)合材料簡(jiǎn)介
3.1 先進(jìn)復(fù)合材料的組成
復(fù)合材料是由金屬、無(wú)機(jī)非金屬、有機(jī)高分子等若干種材料采用復(fù)合工藝組成的新興材料，先進(jìn)復(fù)合材料不僅能夠保留原有組成材料的特點(diǎn)，還能夠?qū)Ω鞣N組成材料的優(yōu)良性能進(jìn)行綜合，各種材料性能的相互補(bǔ)充和關(guān)聯(lián)，能夠賦予新興復(fù)合材料無(wú)法比擬的優(yōu)越性能。先進(jìn)復(fù)合材料簡(jiǎn)稱(chēng)ACM，指的是碳纖維等高性能增強(qiáng)相增強(qiáng)的復(fù)合材料。先進(jìn)復(fù)合材料的多種性能都優(yōu)于普通鋼、鋁金屬材料，在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠有效地減輕航空航天設(shè)備的重量，同時(shí)賦予航空航天設(shè)備特殊的性能，例如吸波、防熱等。
3.2 先進(jìn)復(fù)合材料的特性
先進(jìn)復(fù)合材料的特性主要表現(xiàn)為：
3.2.1 多功能性。先進(jìn)復(fù)合材料經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，結(jié)合了眾多優(yōu)異的物理性能、力學(xué)性能、生物性能以及化學(xué)性能，例如防熱性能、阻燃性能、屏蔽性能、吸波性能、半導(dǎo)性能、超導(dǎo)性能等，并且不同的先進(jìn)復(fù)合材料的組成不同，其功能性存在一定的差別，綜合性、多功能性復(fù)合材料已經(jīng)成為先進(jìn)復(fù)合材料發(fā)展的必然趨勢(shì)之一。
3.2.2 經(jīng)濟(jì)效益最大化。先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠減少產(chǎn)品部件數(shù)量。由于復(fù)雜部件的連接不需要進(jìn)行鉚接、焊接，因此對(duì)連接部件的需求量降低，有效地減少了裝配材料成本、裝配和連接時(shí)間，進(jìn)一步降低了成本。
3.2.3 結(jié)構(gòu)整體性。先進(jìn)復(fù)合材料可以加工成整體部件，即采用先進(jìn)復(fù)合材料部件能夠替代若干金屬部件。某些特殊輪廓和表面復(fù)雜的部件，用金屬制造的可行性較低，采用先進(jìn)復(fù)合材料能夠很好地滿(mǎn)足實(shí)際需求。
3.2.4 可設(shè)計(jì)性。采用樹(shù)脂、纖維、復(fù)合結(jié)構(gòu)方式，能夠獲得不同形狀、不同性能的復(fù)合材料，例如選擇合適的材料、鋪層程序，能夠加工出膨脹系數(shù)為零的復(fù)合材料，并且復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性?xún)?yōu)于傳統(tǒng)金屬材料。
4 先進(jìn)復(fù)合材料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用
傳統(tǒng)的飛機(jī)制造以鋼、鋁、鈦合金為主要材料，而傳統(tǒng)飛機(jī)上應(yīng)用比例最大、構(gòu)成輕質(zhì)結(jié)構(gòu)主體的鋁合金正在被越來(lái)越流行的復(fù)合材料所替代。我們所指的復(fù)合材料主要是以高性能纖維作為增強(qiáng)體，用樹(shù)脂作為基體將纖維粘結(jié)在內(nèi)部并固化成型的高性能塑料。隨著復(fù)合材料的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，當(dāng)前先進(jìn)的復(fù)合材料在飛機(jī)上的關(guān)鍵應(yīng)用部位和用量的多少，已成為衡量飛機(jī)結(jié)構(gòu)先進(jìn)性的重要指標(biāo)之一。由于碳纖維材料具有耐高溫、密度低、強(qiáng)度大等特點(diǎn)，目前在航空航天領(lǐng)域運(yùn)用最為廣泛。與密度達(dá)到2.8g/cm3左右的鋁合金相比，先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料密度一般在1.45～1.6g/cm3左右；而拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到1.5GMPa以上，超過(guò)鋁合金部件的3倍，接近超高強(qiáng)度合金鋼制部件的水平。這種密度低、強(qiáng)度剛度高的優(yōu)勢(shì)，使飛機(jī)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件在獲得與先進(jìn)鋁合金部件在強(qiáng)度剛度等綜合性能方面相當(dāng)?shù)乃綍r(shí)，重量可以大幅減少20%～30%。復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用情況大致可以分為三個(gè)階段：第一階段是應(yīng)用于受載不大的簡(jiǎn)單零部件，可減重20%；第二階段是應(yīng)用于承力大的部件，可減重25%～30%；第三階段是應(yīng)用于復(fù)雜受力部位，如中機(jī)身段、中央翼盒等，可減重30%。復(fù)合材料主要用于制造航空器的外飾和內(nèi)飾部件，如飛機(jī)的一次構(gòu)造材料：主翼、尾翼、機(jī)體，二次構(gòu)造材料，副翼、方向舵、升降舵、內(nèi)裝材料、地板材、桁梁、剎車(chē)片等及直升飛機(jī)的葉片。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，小型商務(wù)機(jī)和直升飛機(jī)的碳纖維復(fù)合材料用量已占55%左右，軍用飛機(jī)占25%左右，大型客機(jī)占20%左右。
4.1 軍機(jī)上的應(yīng)用
為滿(mǎn)足新一代戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)高機(jī)動(dòng)性、超音速巡航及隱身的需求，20世紀(jì)90年代后，西方戰(zhàn)斗機(jī)全部大量采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。先進(jìn)的復(fù)合材料也大大增加了軍用運(yùn)輸機(jī)的有效載重，增大了軍用飛機(jī)的載油量，克服常規(guī)材料在高超聲速飛行器研制中存在的瓶頸問(wèn)題。因此，先進(jìn)復(fù)合材料被廣泛地應(yīng)用在軍機(jī)上，例如，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，在軍機(jī)主結(jié)構(gòu)、次結(jié)構(gòu)以及特殊部位等方面的應(yīng)用，有效地提高了軍機(jī)的耐腐蝕性、抗疲勞性，同時(shí)還具有明顯的減重效果；再如，F(xiàn)22由于存在超聲速巡航需求，飛機(jī)外表面會(huì)長(zhǎng)時(shí)間與空氣高速劇烈摩擦，因此在機(jī)翼復(fù)合材料上放棄了環(huán)氧基樹(shù)脂，而使用雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂基體以獲得260℃的最大工作溫度。
4.2 民機(jī)上的應(yīng)用
民機(jī)和軍用飛機(jī)不同，民用飛機(jī)作為以載客飛行和運(yùn)營(yíng)為目的的交通工具，對(duì)安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性要求更加嚴(yán)格。復(fù)合材料在飛機(jī)上大量應(yīng)用的時(shí)間還比較短，在對(duì)材料工藝穩(wěn)定性和有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)尚不十分充分的情況下，應(yīng)用較多含量的復(fù)合材料需要大量時(shí)間和實(shí)踐的積累。民航上的復(fù)合材料應(yīng)用受限，使用分為兩類(lèi)：結(jié)構(gòu)件用復(fù)合材料、艙內(nèi)材料。
以波音787為例，每架飛機(jī)的結(jié)構(gòu)比例中有50%是重約35噸的復(fù)合材料，這意味著它從材料密度上就減輕了15噸左右的重量。而空客也不甘示弱，新的A350客機(jī)改名為A-350 XWB，XWB意為超寬機(jī)身，復(fù)合材料的比例達(dá)到了52%，是現(xiàn)在所有大型商用飛機(jī)中最高的。A-350XWB的機(jī)體比B-787還寬13cm。作為世界上僅有的兩個(gè)大型商用飛機(jī)研制巨頭，波音、空客先后推出復(fù)合材料占結(jié)構(gòu)比例50%的主力型號(hào)，這意味著大型客機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以復(fù)合材料為主要材料的時(shí)代已經(jīng)拉開(kāi)序幕。波音787等新一代復(fù)合材料飛機(jī)上實(shí)現(xiàn)的性能提升，并不僅僅是依靠低密度材料減重得來(lái)。實(shí)際上復(fù)合材料在工藝、結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)上，都有著傳統(tǒng)金屬材料所完全無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，比如復(fù)合材料可以做出超大尺寸的整體結(jié)構(gòu)部件，而且尺寸大小不會(huì)隨著溫度高低而產(chǎn)生變化。
國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)在復(fù)合材料的應(yīng)用上還比較保守，公開(kāi)的報(bào)道顯示，復(fù)合材料的使用量約占C919飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的20%。飛機(jī)上使用的復(fù)合材料主要是碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，它們具有高耐腐蝕、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，在這些性能上的確要超過(guò)一般的金屬材料。通常復(fù)合材料的價(jià)格大約是常規(guī)鋁合金材料的幾十倍，即便是我們看起來(lái)已經(jīng)很金貴的鋁鋰合金材料，其價(jià)格也比復(fù)合材料低得多，所以C919僅為波音737價(jià)格的1/2左右。
4.3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用
對(duì)于航空領(lǐng)域，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造而言，高性能系統(tǒng)所需的輕質(zhì)和耐高溫等特性越來(lái)越重要。航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)是指渦扇/渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)、渦軸/渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)和傳統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)以及航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的集研發(fā)、生產(chǎn)、維修保障服務(wù)于一體化產(chǎn)業(yè)集群。新的材料和工藝不斷研發(fā)以應(yīng)對(duì)新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，尤其是先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用，GE-AEBG公司、惠普公司在制造飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件時(shí)都采用了先進(jìn)復(fù)合材料，主要包括風(fēng)扇出風(fēng)道導(dǎo)流片、風(fēng)扇罩、推力反向器等部位。先進(jìn)復(fù)合材料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用具體表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：
4.3.1 陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用。陶瓷基復(fù)合材料是將碳化硅陶瓷纖維與碳化硅基底材料復(fù)合后，再涂覆一層專(zhuān)用涂層提升其性能，密度僅為金屬材料的三分之一。由于陶瓷基復(fù)合材料具有的耐高溫屬性，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)流道中使用空氣代替，在發(fā)動(dòng)機(jī)高溫區(qū)只需要較少甚至不需要冷卻氣體，渦輪扇發(fā)動(dòng)機(jī)大幅減重，意味著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率更高，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、耐久性、燃油經(jīng)濟(jì)性和高推重比。F-35戰(zhàn)斗機(jī)使用的F135發(fā)動(dòng)機(jī)是有史以來(lái)戰(zhàn)斗機(jī)上安裝過(guò)的推力最大的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，F(xiàn)135使用了陶瓷基復(fù)合材料（CMC），主要用在F135-PW-600噴管的外側(cè)部分。
以GE航空集團(tuán)為例，陶瓷基復(fù)合材料在GE航空集團(tuán)的技術(shù)路線圖上是一條關(guān)鍵路徑。通用電氣航空集團(tuán)將于2016年新建兩個(gè)復(fù)合材料制造廠，用于碳化硅和陶瓷基復(fù)合材料的批量制造，這兩種復(fù)合材料都是制造噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的必備材料。GE公司是所有廠商中第一個(gè)決定使用CMC制造旋轉(zhuǎn)葉片的，通過(guò)把陶瓷基復(fù)合材料葉片安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上試車(chē)，它們已經(jīng)證明了旋轉(zhuǎn)CMC葉片的性能，這是一個(gè)重要的里程碑。
4.3.2 樹(shù)脂基復(fù)合材料的應(yīng)用。樹(shù)脂基復(fù)合材料具有降噪能力強(qiáng)、耐腐蝕性強(qiáng)、耐疲勞能力好、比模量高、強(qiáng)度高等眾多優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)將樹(shù)脂基復(fù)合材料應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的冷端結(jié)構(gòu)、反推力裝置以及發(fā)動(dòng)機(jī)短艙等結(jié)構(gòu)上，不僅能夠降低發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，還能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)的耐腐蝕性、抗疲勞性以及強(qiáng)度等。例如，JTAGG驗(yàn)證機(jī)的進(jìn)氣機(jī)匣利用PMR15樹(shù)脂基復(fù)合材料，該種先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用比傳統(tǒng)鋁合金進(jìn)氣機(jī)匣的重量降低了25%。
4.4 新型驗(yàn)證機(jī)及無(wú)人機(jī)上的應(yīng)用
現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)理念的改變，使無(wú)人機(jī)倍受青睞，無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)是未來(lái)航空武器的一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向。無(wú)人機(jī)除在情報(bào)、監(jiān)視、偵察等信息化作戰(zhàn)中的特殊作用外，還能在突防、核戰(zhàn)、化學(xué)和生物武器戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮有人軍機(jī)無(wú)法替代的作用。無(wú)人機(jī)的發(fā)展方向是飛行更高、更遠(yuǎn)、更長(zhǎng)，隱身性能更好，制造更加簡(jiǎn)便快捷，成本更低等，其中關(guān)鍵技術(shù)之一就是大量采用復(fù)合材料，超輕超大復(fù)合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)是提高其續(xù)航能力、生存能力、可靠性和有效載荷能力的關(guān)鍵。和傳統(tǒng)的鋁合金混合結(jié)構(gòu)相比，以復(fù)合材料為結(jié)構(gòu)的無(wú)人機(jī)，例如“全球鷹”“捕食者”等無(wú)人機(jī)都采用先進(jìn)復(fù)合材料。以“全球鷹”為例，該種無(wú)人機(jī)的機(jī)翼、尾翼都采用石墨/環(huán)氧復(fù)合材料，采用該種復(fù)合材料制造的無(wú)人機(jī)，和傳統(tǒng)鋁合金混合結(jié)構(gòu)的重量相比降低了65%。再如，諾斯羅普?格魯門(mén)公司研發(fā)的X-47無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)，為了滿(mǎn)足生存力、機(jī)動(dòng)性、隱身性能等特殊要求，該無(wú)人機(jī)除了接頭部位采用了少量的鋁合金外，幾乎整個(gè)機(jī)體都采用先進(jìn)復(fù)合材料。依靠復(fù)合材料，設(shè)計(jì)師還可以做出傳統(tǒng)金屬材料所無(wú)法達(dá)成的氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，比如超聲速飛行的前掠翼飛機(jī)。
5 先進(jìn)復(fù)合材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用
5.1 衛(wèi)星和宇航器結(jié)構(gòu)材料
衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的質(zhì)量會(huì)影響對(duì)運(yùn)載火箭的要求以及衛(wèi)星功能，衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的輕型化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為衛(wèi)星結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢(shì)之一。國(guó)際通訊衛(wèi)星中心的推力桶采用先進(jìn)復(fù)合材料，該種推力桶質(zhì)量比傳統(tǒng)鋁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量降低了30%左右，降低的重量可以增加460條電話(huà)線路，同時(shí)還能夠有效地降低衛(wèi)星的發(fā)射費(fèi)用。歐美國(guó)家衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的質(zhì)量為總質(zhì)量的1/10，其原因就是大量的應(yīng)用了先進(jìn)復(fù)合材料。現(xiàn)階段，我國(guó)神州系列飛船、風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星等都采用碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料，有效地降低了總體重量，同時(shí)發(fā)射成本也顯著降低。
5.2 導(dǎo)彈用結(jié)構(gòu)材料
現(xiàn)階段，美國(guó)已經(jīng)將先進(jìn)復(fù)合材料作為導(dǎo)彈彈頭結(jié)構(gòu)殼體、級(jí)間段、儀器艙等部件的主要材料，洛克希德導(dǎo)彈與宇航公司指出，采用碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料制造的導(dǎo)彈比傳統(tǒng)鋁結(jié)構(gòu)導(dǎo)彈的重量減輕40%。現(xiàn)階段，采用先進(jìn)復(fù)合材料的導(dǎo)彈發(fā)射筒也被國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用在戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)略型號(hào)上，例如，俄羅斯的“白楊M”導(dǎo)彈、美國(guó)的“MX”導(dǎo)彈都采用復(fù)合材料發(fā)射筒。因?yàn)橄冗M(jìn)復(fù)合材料導(dǎo)彈發(fā)射筒和傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)相比，其結(jié)構(gòu)質(zhì)量顯著降低，能有效地提高戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的靈活性。在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈領(lǐng)域，先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的導(dǎo)彈發(fā)射筒更加靈活、應(yīng)用范圍更加廣泛。現(xiàn)階段，我國(guó)也研發(fā)了先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略導(dǎo)彈和導(dǎo)彈發(fā)射筒，還研發(fā)了先進(jìn)復(fù)合材料儀器艙，有效地提高了戰(zhàn)略導(dǎo)彈的靈活性和機(jī)動(dòng)性，應(yīng)用效果良好。
5.3 運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)材料
國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家于20世紀(jì)50年代開(kāi)始應(yīng)用纖維纏繞成型的玻璃鋼殼體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼殼，例如，美國(guó)的“北極星A-3”潛地導(dǎo)彈，采用纖維纏繞成型的玻璃鋼殼體，其重量比采用傳統(tǒng)鋼殼的“A-1”輕了55%左右，隨后研發(fā)的“MX”“三叉戟1”的三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，全部都采用芳綸/環(huán)氧復(fù)合材料，該種結(jié)構(gòu)形式的殼體質(zhì)量比纖維纏繞成型玻璃體殼體的重量減輕了50%左右。隨著先進(jìn)復(fù)合材料的發(fā)展，其在運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，并且先進(jìn)復(fù)合材料被應(yīng)用在三叉戟Ⅱ、德?tīng)査?7925運(yùn)載火箭等型號(hào)中。現(xiàn)階段，我國(guó)運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體制造業(yè)逐漸的開(kāi)始應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料，雖然起步較晚，但是經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展獲得了巨大的進(jìn)步，經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)，已經(jīng)成功地將芳綸/環(huán)氧復(fù)合材料、玻璃纖維/環(huán)氧復(fù)合材料應(yīng)用在運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體中。先進(jìn)復(fù)合材料在運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，有效地降低了運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，同時(shí)提高了運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
6 復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展前景
先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用已經(jīng)成為評(píng)價(jià)航空航天器水平的重要標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也是提高航空航天器結(jié)構(gòu)先進(jìn)性的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)技術(shù)。由于我國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用水平和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家還存在一定的差距，但是我國(guó)已經(jīng)進(jìn)行大量投入來(lái)強(qiáng)化先進(jìn)復(fù)合材料方面的研究，其發(fā)展前景良好。未來(lái)先進(jìn)復(fù)合材料的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：
6.1 智能化
智能型先進(jìn)復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)的研究，能夠創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，智能型先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天器外表的應(yīng)用：在未來(lái)航空器表面增加各種傳感器，能夠?qū)χ車(chē)h(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)、全面、智能的檢測(cè)，同時(shí)為通訊系統(tǒng)、電子戰(zhàn)以及雷達(dá)系統(tǒng)提供瞬時(shí)模態(tài)，以此保證航空器能夠安全、穩(wěn)定地飛行。
6.2 多功能化
在減小航空航天器體積的基礎(chǔ)上，為了提高航空航天器的突防能力，許多結(jié)構(gòu)部件需要具備多種功能，多功能先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用能夠賦予航空航天器新的功能，現(xiàn)階段，多功能先進(jìn)復(fù)合材料的研究已經(jīng)從雙功能型向三功能型方向轉(zhuǎn)變。
6.3 質(zhì)量輕、性能高
目前，我國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料能夠減輕航空航天器的質(zhì)量占總重的20%左右，和國(guó)外25%以上的減重效率還存在一定的差距。導(dǎo)致該種現(xiàn)狀的原因是我國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料的整體性能較低，并且結(jié)構(gòu)的整體性相對(duì)較差。因此，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)復(fù)合材料強(qiáng)度、韌性以及整體性等方面的研究，研發(fā)整體性好、強(qiáng)度高和韌性高的先進(jìn)復(fù)合材料，同時(shí)使復(fù)合材料的減重率超過(guò)25%。
6.4 低成本
成本較高是限制先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用和發(fā)展的主要原因之一，為了解決該問(wèn)題，應(yīng)該對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料的制造工藝進(jìn)行研究，采用科學(xué)的制造工藝進(jìn)行先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、尺寸以及形狀的加工和制造，同時(shí)采用先進(jìn)的質(zhì)量控制技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)械化技術(shù)等，提高先進(jìn)復(fù)合材料的生產(chǎn)效率，提高其成品率，以此降低先進(jìn)復(fù)合材料的成本。
7 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，我國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料工業(yè)逐漸形成了一個(gè)完整的體系，并且部分先進(jìn)復(fù)合材料已經(jīng)成功地應(yīng)用在航空航天器生產(chǎn)實(shí)踐中，獲得了良好的效果。但是，從整體上來(lái)說(shuō)我國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)水平和發(fā)達(dá)國(guó)家還存在一定的差距。因此，我國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料研究、研發(fā)人員和生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該加快先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、制造技術(shù)、生產(chǎn)工藝等方面的研究，同時(shí)借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，解決我國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的各種難題，以此提高我國(guó)航空航天器的各種性能，進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)航空航天領(lǐng)域的全面、高速發(fā)展。
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航空航天的未來(lái)范文3
進(jìn)入火星大氣層的“好奇”號(hào)飛行器，時(shí)速達(dá)到2.1萬(wàn)千米。展開(kāi)巨大減速傘后，飛行器墜落時(shí)速降到320千米。接著再利用制動(dòng)火箭，以每小時(shí)3.2千米的速度下降。最后以纜繩從飛行器上垂降放下龐大的探測(cè)車(chē)。當(dāng)探測(cè)車(chē)順利著陸后，飛行器隨即飛離。從進(jìn)入大氣層到著陸，整個(gè)降落過(guò)程被工程團(tuán)隊(duì)稱(chēng)為“驚魂7分鐘”。
在空中垂降探測(cè)車(chē)的想法聽(tīng)起來(lái)很瘋狂，不過(guò)這是“輕放”如此龐大的探測(cè)車(chē)的最佳方式。“2001火星奧德賽”號(hào)衛(wèi)星和火星勘測(cè)軌道飛行器構(gòu)成的美國(guó)航空航天局太空通訊網(wǎng)會(huì)監(jiān)控整個(gè)登陸過(guò)程。這樣的登陸任務(wù)很難不令人緊張，而緊張可能需要借由花生來(lái)消除。美國(guó)航空航天局的任務(wù)指揮中心有一項(xiàng)傳統(tǒng)，會(huì)在登陸前打開(kāi)一包花生，然后傳遍指揮中心。這一“幸運(yùn)豆”的傳統(tǒng)可以追溯到1964年的“徘徊者7”號(hào)月球近距離拍攝任務(wù)。火星任務(wù)的總監(jiān)阿瑟，阿曼達(dá)表示：“我們有很多花生，通常任務(wù)總監(jiān)會(huì)假定花生不會(huì)被消耗完。”
航行8個(gè)月半，2.5億千米的旅程，這位“大男孩”平安到達(dá)目的地后，得向地球上焦急的美國(guó)航空航天局任務(wù)指揮中心報(bào)平安。不過(guò)，這通長(zhǎng)途電話(huà)卻不簡(jiǎn)單。
地球和火星的距離為2.5億千米，即使以接近光速的無(wú)線電波，在兩星球間傳遞信息也需要13分鐘。這意味著“好奇”號(hào)發(fā)生狀況13分鐘后，位于地球的指揮中心才會(huì)接到消息，再花13分鐘才能將指令送達(dá)火星上的“好奇”號(hào)。對(duì)于在地球上收聽(tīng)實(shí)時(shí)廣播的我們來(lái)說(shuō)，非常難想象這有多困擾。因此，“好奇”號(hào)具備一定的自動(dòng)反應(yīng)能力，能實(shí)時(shí)應(yīng)付在火星上遇到的狀況。
另一個(gè)大問(wèn)題是，火星和地球都會(huì)自轉(zhuǎn)，要是“好奇”號(hào)在火星上的位置背對(duì)地球，便無(wú)法順利將電波信號(hào)直線傳送到地球。對(duì)此，兩部先前由美國(guó)航空航天局發(fā)射，環(huán)繞在火星軌道上“2001火星奧德賽”號(hào)衛(wèi)星和火星勘測(cè)軌道飛行器就派上用場(chǎng)了。
航空航天的未來(lái)范文4
美國(guó)自以為豪的航天飛機(jī)為什么要退役呢?在制定航天飛機(jī)計(jì)劃時(shí)，人們贊揚(yáng)它是一種集火箭、衛(wèi)星和飛船技術(shù)優(yōu)點(diǎn)于一身的、最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的新型航天器；同時(shí)也一致認(rèn)為它是一種“巧奪天工”的航天技術(shù)大飛躍。但是，經(jīng)過(guò)27年的飛行實(shí)踐證明，盡管它在載人航天的發(fā)展中起到不可磨滅的作用，可也不是一種理想的天地往返運(yùn)輸工具，尤其是“挑戰(zhàn)者”號(hào)和“哥倫比亞號(hào)”的爆炸，5架航天飛機(jī)只剩下了3架后，人們普遍認(rèn)為航天飛機(jī)在很多方面都沒(méi)有達(dá)到原定的設(shè)計(jì)要求，特別是沒(méi)有能大幅度降低載人航天的費(fèi)用，而且它的致命弱點(diǎn)是技術(shù)復(fù)雜、機(jī)上結(jié)構(gòu)件和設(shè)備老舊、安全可靠性很低，使美國(guó)人對(duì)航天飛機(jī)完全喪失了信心。所以，美國(guó)航空航天局早就有淘汰航天飛機(jī)、發(fā)展新一代乘員航天器的想法。
那么，接替航天飛機(jī)任務(wù)的將是誰(shuí)呢?誰(shuí)來(lái)完成今后空間站的運(yùn)送任務(wù)和月球、火星的探險(xiǎn)任務(wù)呢?對(duì)于采用什么類(lèi)型的乘員航天器，美國(guó)航空航天局也有一個(gè)認(rèn)識(shí)的過(guò)程，經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段是在1986年“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)爆炸事故發(fā)生后數(shù)周，美國(guó)總統(tǒng)里根提出了發(fā)展空天飛機(jī)作為航天飛機(jī)的替換品。空天飛機(jī)是一種能夠以普通飛機(jī)的方式起飛，既能在30千米～100千米高的大氣層中飛行，執(zhí)行航空任務(wù)，也能直接進(jìn)入低地球軌道，完成航天任務(wù)的飛行器。由于空天飛機(jī)的技術(shù)難度大，所需投資多，研制周期長(zhǎng)，美國(guó)航空航天局沒(méi)有成功的把握，因此于1994年取消了這項(xiàng)計(jì)劃。第二階段是起始于1996年6月，美國(guó)航空航天局提出了發(fā)展x－33航天器的計(jì)劃。這種航天器與航天飛機(jī)很相似，只是它靠自身發(fā)動(dòng)機(jī)和內(nèi)置燃料，無(wú)需外掛燃料箱就能進(jìn)入軌道，其優(yōu)點(diǎn)是不僅能節(jié)省大量人力物力，同時(shí)還能節(jié)省約90％的發(fā)射費(fèi)用和縮短兩次任務(wù)之間的準(zhǔn)備時(shí)間。但此計(jì)劃也因技術(shù)困難和經(jīng)費(fèi)超支，在經(jīng)過(guò)5年的研究、耗資12.6億美元后，于2001年中止了此計(jì)劃。第三個(gè)階段是在“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)發(fā)生事故后，美國(guó)航空航天局又宣布了發(fā)展軌道載人航天器的計(jì)劃，這個(gè)軌道航天器比現(xiàn)在的航天飛機(jī)小巧，僅能乘坐4名航天員，優(yōu)點(diǎn)是其準(zhǔn)備升空的時(shí)間較短。主要執(zhí)行兩項(xiàng)任務(wù)：一是運(yùn)送航天員到國(guó)際空間站，=是充當(dāng)備用救生船，以便空間站發(fā)生緊急情況時(shí)航天員逃生使用。2003年，當(dāng)軌道載人航天器正在緊張研制之際，對(duì)于新一代載人航天器是采用太空艙式結(jié)構(gòu)還是采用帶機(jī)翼的飛機(jī)式結(jié)構(gòu)發(fā)生了爭(zhēng)論。經(jīng)過(guò)對(duì)兩種結(jié)構(gòu)的比較，人們普遍認(rèn)為俄羅斯的“聯(lián)盟”號(hào)飛船是目前世界上最安全的飛船，飛行36年僅發(fā)生過(guò)兩起重大事故，因此很多人轉(zhuǎn)向建造太空艙式載人航天器的一面，最終的結(jié)果是決定采用飛船式的結(jié)構(gòu)。為了重返月球，一些人提出采用類(lèi)似于阿波羅飛船的結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是阿波羅飛船結(jié)構(gòu)不僅簡(jiǎn)單和安全，生產(chǎn)和使用的成本都比較低。而且，阿波羅飛船經(jīng)過(guò)登月的實(shí)踐考驗(yàn)，是一種比較成熟的技術(shù)，采用這種技術(shù)可以大大縮短開(kāi)發(fā)研制的周期和經(jīng)費(fèi)。最后，在2006年8月31日，美國(guó)航空航天局正式宣布選用洛克希德一馬丁公司提出的新一代載人航天器“奧賴(lài)恩”，這個(gè)圓錐狀的飛行器將承擔(dān)美國(guó)航天員未來(lái)重返月球乃至登陸火星的飛行任務(wù)，此舉標(biāo)志著美國(guó)新一階段載人航天計(jì)劃正式啟動(dòng)。
新一代載人航天器“奧賴(lài)恩”是一個(gè)混血兒，它采用了“水星”飛船的火箭發(fā)射和返回方式、“阿波羅”號(hào)飛船的外形、航天飛機(jī)可重復(fù)使用的技術(shù)。它在繼承了其前輩優(yōu)點(diǎn)的情況下，融入了計(jì)算機(jī)、電子、生命支持、推進(jìn)系統(tǒng)及熱防護(hù)系統(tǒng)等領(lǐng)域諸多的最新技術(shù)，在性能、可靠性和軌道工作能力等方面明顯技高一籌。與它的前輩比，它有以下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：
1 更可靠、安全
與現(xiàn)在的航天飛機(jī)相比，“奧賴(lài)恩”的安全性能大大提高。首先，在發(fā)射時(shí)，“奧賴(lài)恩”是將乘員艙安置在航天器的頂部，遠(yuǎn)離了容易出現(xiàn)問(wèn)題的推力引擎和燃料箱，這樣航天員就不用擔(dān)心發(fā)射過(guò)程中泡沫絕緣體或是其他脫落碎片撞擊航天器而引起航天器的爆炸了。第二，在這種新型的航天器里有一個(gè)“發(fā)射中斷系統(tǒng)”，如果航天器在發(fā)射過(guò)程中發(fā)生爆炸或者故障，地面指揮中心的一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將能夠自動(dòng)發(fā)射一枚火箭撞擊航天器，使乘載著航天員的太空艙彈離航天器。接著，這個(gè)太空艙會(huì)垂直降落，一段時(shí)間后艙上的降落傘將自動(dòng)打開(kāi)，使太空艙濺落在海面上或者降落在陸地上，從而大大增強(qiáng)航天員生存的機(jī)會(huì)。第三，它的外形為圓錐狀，這種形狀被認(rèn)為是航天器重返地球大氣層時(shí)最為安全可靠的外形設(shè)計(jì)。美國(guó)航空航天局認(rèn)為，采用這些措施后，“奧賴(lài)恩”的安全系數(shù)將是現(xiàn)在航天飛機(jī)的10倍。航天飛機(jī)的失敗幾率是1:200，而“奧賴(lài)恩”是1:2000。
2、性能更強(qiáng)
“奧賴(lài)恩”的外表看上去與當(dāng)年登月的“阿波羅”號(hào)飛船很相似，故有人說(shuō)它是2.0版的“阿波羅”飛船。但是，它們之間是有很大差別的，“奧賴(lài)恩”只是選擇性地吸取了阿波羅計(jì)劃中可取的部分，而在很多方面進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，表現(xiàn)在：1)“奧賴(lài)恩”號(hào)有5米寬，重量達(dá)到25噸，最多可容納6名航天員，而“阿波羅”飛船則遠(yuǎn)比它小，一次只能搭乘3名航天員；2)“奧賴(lài)恩”配備了太陽(yáng)能電池板，這將大大減少飛行器對(duì)燃料電池和普通電池的需求；3)“奧賴(lài)恩”使用了降落傘和氣囊相結(jié)合的降落設(shè)計(jì)，使載人艙在落地后還可重復(fù)使用，另外也節(jié)省了在海上降落的昂貴搜救成本，“阿波羅”飛船只能濺落在海上；4)“奧賴(lài)恩”由高科技合成材料制成，重量降低，運(yùn)載量更大，生存和生活環(huán)境更優(yōu)越；5)“奧賴(lài)恩”攜帶的燃料比“阿波羅”多，這樣航天員可以到月球表面的任何地方，而“阿波羅”僅攜帶了可在月球赤道著陸的燃料；6)“奧賴(lài)恩”上的計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)勁，其內(nèi)裝的自動(dòng)駕駛儀可保障飛行器自動(dòng)繞月運(yùn)行，所有4名航天員均能降落到月球表面；7)“阿波羅”飛船只能使用一次，但“奧賴(lài)恩”按照設(shè)計(jì)方案可重復(fù)使用10次，這樣大大降低了每次發(fā)射的成本。
3、可承擔(dān)多種探險(xiǎn)任務(wù)
航空航天的未來(lái)范文5
關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；制造裝備；應(yīng)用；發(fā)展趨勢(shì)
復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過(guò)物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。先進(jìn)復(fù)合材料自問(wèn)世以來(lái)，由于其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐疲勞、耐
腐蝕等諸多優(yōu)勢(shì)，在航空、航天、造船、汽車(chē)和風(fēng)電等工業(yè)領(lǐng)域得到高度重視，而且這種趨勢(shì)仍在繼續(xù)。如圖1所示。先進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用機(jī)結(jié)構(gòu)中可減重20%～30%，因此復(fù)合材料在軍民用飛機(jī)上的用量逐年增加，大型飛機(jī)尤為突出（A380用
60.5噸、占25%，787用25噸、占50%）。且其裝機(jī)應(yīng)用水平已成為現(xiàn)代航空裝備先進(jìn)性的標(biāo)志。
圖1 國(guó)外飛機(jī)的復(fù)合材料用量年譜
先進(jìn)復(fù)合材料最近10年在航空航天、汽車(chē)、船舶、風(fēng)電上井噴式的應(yīng)用，已經(jīng)證明了先進(jìn)復(fù)合材料在未來(lái)航空航天、汽車(chē)、船舶、風(fēng)電等領(lǐng)域的重要地位。先進(jìn)復(fù)合材料制造裝備顯的尤為重要，自動(dòng)化制造、檢測(cè)裝備可增加復(fù)合材料用量、提高制造技術(shù)水平、保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本的關(guān)鍵，是武器裝備用復(fù)合材料構(gòu)件快速研制與大批量穩(wěn)定生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)敏捷制造的必由之路。
一、復(fù)合材料制造工藝及主要設(shè)備
先進(jìn)復(fù)合材料裝備是重要的基礎(chǔ)制造裝備之一，其水平從一個(gè)方面反映了國(guó)家制造裝備的整體水平。目前，復(fù)合材料裝備制造技術(shù)已發(fā)展成為集材料、冶金、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、電子等多學(xué)科為一體的先進(jìn)技術(shù)。
復(fù)合材料制造裝備工藝及檢測(cè)方法主要有：手動(dòng)鋪層、預(yù)浸料和預(yù)制體成型、纖維纏繞成型、自動(dòng)鋪帶（ATL）、自動(dòng)絲束鋪放、熱壓罐固化成型、三維縫合成型、復(fù)合材料液體成型、隔膜成型、復(fù)合材料制件加工及裝配、復(fù)合材料自動(dòng)化無(wú)損檢測(cè)等。
與復(fù)合材料制造裝備工藝及檢測(cè)方法相對(duì)應(yīng)的制造裝備主要有：預(yù)浸料制造裝備、預(yù)浸料自動(dòng)裁剪設(shè)備、預(yù)制體成型裝備（如圖2所示）、纖維纏繞成型設(shè)備、自動(dòng)鋪帶、自動(dòng)鋪絲機(jī)（如圖3所示）、熱壓罐成型裝備、三維縫合成型裝備（如圖4所示）、復(fù)合材料液體成型裝備、隔膜成型裝備、機(jī)器人制孔系統(tǒng)、自動(dòng)鉆鉚設(shè)備、超高壓水切割設(shè)備、超聲C掃描檢測(cè)系統(tǒng)等。
圖2 國(guó)外預(yù)制體成型裝備
圖3 Viper6000大型ATP機(jī)，代表了當(dāng)今自動(dòng)絲束鋪放最高水平
圖4 美國(guó)研制三維縫合成型裝備
二、復(fù)合材料制造檢測(cè)裝備的應(yīng)用
復(fù)合材料制造檢測(cè)裝備在航空航天、汽車(chē)、船舶及風(fēng)電等領(lǐng)域的應(yīng)用之處如下：
（一）預(yù)浸料制造裝備、預(yù)浸料自動(dòng)裁剪設(shè)備、纖維纏繞成型設(shè)備、自動(dòng)鋪帶機(jī)、自動(dòng)鋪絲機(jī)。適用于各種復(fù)雜零部件的成型制造，例如航空航天器中采用復(fù)合材料的垂尾、腹鰭、空中受油飛機(jī)的S型受油管；直升機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)件（尤其是大開(kāi)口構(gòu)件）、縱列式重型直升機(jī)協(xié)調(diào)軸；輕型飛機(jī)機(jī)身；S型進(jìn)氣道、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣；大開(kāi)口衛(wèi)星承力筒、構(gòu)架式衛(wèi)星構(gòu)架節(jié)點(diǎn)接頭、大型運(yùn)載火箭殼體、帶裙固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)以及民用氧氣瓶、壓力容器等復(fù)雜型面零件。汽車(chē)結(jié)構(gòu)件、功能件、覆蓋件的成型制造。船用螺旋槳、船體部件的成型制造。風(fēng)電領(lǐng)域大葉片的成型制造。
（二）熱壓罐成型裝備。熱壓罐可用于金屬/非金屬膠接構(gòu)件和樹(shù)脂基高強(qiáng)度玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維等復(fù)合材料制品。如飛機(jī)艙門(mén)、整流罩、機(jī)載雷達(dá)罩，支架、機(jī)翼、尾翼等，汽車(chē)結(jié)構(gòu)件、功能件、覆蓋件；船用螺旋槳、風(fēng)電領(lǐng)域大葉片等。
（三）三維縫合成型裝備。適用于各種復(fù)雜零部件的預(yù)成型制造，例如航空航天器中采用復(fù)合材料的垂尾、腹鰭、空中受油飛機(jī)的S型受油管；直升機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)件（尤其是大開(kāi)口構(gòu)件）、縱列式重型直升機(jī)協(xié)調(diào)軸；輕型飛機(jī)機(jī)身；S型進(jìn)氣道、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣；大開(kāi)口衛(wèi)星承力筒、構(gòu)架式衛(wèi)星構(gòu)架節(jié)點(diǎn)接頭、大型運(yùn)載火箭殼體、帶裙固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)以及民用氧氣瓶、壓力容器等復(fù)雜型面零件。汽車(chē)結(jié)構(gòu)件、功能件、覆蓋件的預(yù)成型制造。船用螺旋槳、船體部件的預(yù)成型制造。風(fēng)電領(lǐng)域大葉片的預(yù)成型制造。
（四）機(jī)器人制孔系統(tǒng)、自動(dòng)鉆鉚設(shè)備。可用機(jī)的機(jī)翼、機(jī)身、艙口、尾翼及機(jī)身的加工及連接。
（五）超高壓水切割設(shè)備。可用機(jī)制造中的復(fù)合材料壁板切割的切割。
（六）超聲C掃描檢測(cè)系統(tǒng)。航空航天、汽車(chē)、船舶和風(fēng)電領(lǐng)域中采用復(fù)合材料制作的構(gòu)件（尤其是大型復(fù)雜曲面）進(jìn)行檢測(cè)。
三、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
目前，在國(guó)外，復(fù)合材料制造、檢測(cè)裝備已經(jīng)達(dá)到實(shí)用階段，如美國(guó)辛辛那提機(jī)床公司Viper6000大型ATP機(jī)，代表了當(dāng)今自動(dòng)絲束鋪放最高水平。德國(guó)凱爾曼特種機(jī)械制造有限公司是世界上唯一生產(chǎn)復(fù)材縫合設(shè)備的制造公司，擁有多項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)，也是目前世界航空航天工業(yè)領(lǐng)域復(fù)材縫合加工設(shè)備市場(chǎng)占有率高達(dá)95%以上的企業(yè)。世界各大航空企業(yè)都是凱爾曼的客戶(hù)，從歐洲的空中客車(chē)公司，歐洲直升機(jī)公司，美國(guó)的波音飛機(jī)公司到中國(guó)的哈爾濱飛機(jī)制造集團(tuán)，北京的航空制造工程研究所都是他們的客戶(hù)，都應(yīng)用凱爾曼的設(shè)備生產(chǎn)最先進(jìn)的復(fù)材輕型節(jié)能飛機(jī)。意大利特魯茲公司的熱壓罐已經(jīng)被用于歐洲阿麗亞娜火箭和空客A380，A320，A316和A400M軍用運(yùn)輸機(jī)的復(fù)合材料部件制造，迄今特魯茲已為用戶(hù)提供600多套熱壓罐，并已進(jìn)軍中國(guó)。
目前，國(guó)內(nèi)復(fù)合材料低成本產(chǎn)業(yè)起步較晚，技術(shù)水平較低，特別是高端的航空航天產(chǎn)品的低成本制造，目前僅停留在實(shí)驗(yàn)階段，這也從一個(gè)側(cè)面反映出我國(guó)復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的總體現(xiàn)狀和水平。雖然復(fù)合材料加工的中小型民營(yíng)企業(yè)數(shù)量巨大，但都普遍存在諸如生產(chǎn)工藝落后，產(chǎn)品多為來(lái)樣加工，缺乏自主設(shè)計(jì)能力，無(wú)嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)體系，生產(chǎn)過(guò)程對(duì)空氣污染嚴(yán)重，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，工人缺乏必要的防護(hù)服等著一系列的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)主機(jī)場(chǎng)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)廠商使用復(fù)合材料制造、檢測(cè)裝備全部靠國(guó)外進(jìn)口，成本相當(dāng)昂貴。
四、前景分析
在航空航天和國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域中，航空材料專(zhuān)家曹春曉院士指出：50%復(fù)合材料是新型飛機(jī)復(fù)合材料用量的起點(diǎn)，飛機(jī)用材料正由鋁合金時(shí)代進(jìn)入復(fù)合材料時(shí)代。中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司專(zhuān)家咨詢(xún)組2008年9月10日的咨詢(xún)報(bào)告指出：“復(fù)合材料應(yīng)用是當(dāng)代大型民機(jī)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，大量使用復(fù)合材料是減輕結(jié)構(gòu)重量、提高結(jié)構(gòu)效率，提高民用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、舒適性，體現(xiàn)先進(jìn)性的重要舉措。”我國(guó)大型客機(jī)C919基本型的復(fù)合材料設(shè)計(jì)用量2014年為15%、2016年達(dá)到23%，接近A380復(fù)合材料用量25%的水平。
在汽車(chē)領(lǐng)域中，隨著汽車(chē)復(fù)合材料應(yīng)用水平的不斷提高，復(fù)合材料單車(chē)用量將逐漸增加。2010年我國(guó)汽車(chē)工業(yè)所需塑料、復(fù)合材料總量約為72.2萬(wàn)噸，2015年將達(dá)到150-180萬(wàn)噸。隨著成形技術(shù)與裝備的不斷發(fā)展，復(fù)合材料汽車(chē)零部件在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用將日益擴(kuò)大。
在船舶領(lǐng)域中，到目前為止，大中型船艇的船體和上層建筑等多采用玻璃鋼制造，而高性能船舶，如軍艦等也開(kāi)始逐漸采用先進(jìn)復(fù)合材料進(jìn)行生產(chǎn)和制造。船舶上使用復(fù)合材料的比例逐漸升高，制造的復(fù)合材料船舶也越來(lái)越大，并且力學(xué)性能要求比較高的螺旋槳也開(kāi)始采用復(fù)合材料制造，復(fù)合材料在船舶與海洋行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)正在不斷的加速。
在風(fēng)電領(lǐng)域中，隨著風(fēng)機(jī)容量增加，葉片長(zhǎng)度不斷增大，同時(shí)對(duì)葉片的制造技術(shù)及葉片的材料會(huì)提出新的更高要求，比如，隨著葉片長(zhǎng)度的增加，高性能碳纖維的用量會(huì)越來(lái)越多。風(fēng)電行業(yè)上的應(yīng)用，風(fēng)機(jī)正在向著大型化發(fā)展，相應(yīng)地對(duì)葉片材料也提出了更高的要求，復(fù)合材料高比強(qiáng)度、高比剛度特性滿(mǎn)足了風(fēng)機(jī)葉片對(duì)強(qiáng)度和剛度的要求。風(fēng)機(jī)的用材也正由玻璃鋼向碳纖維復(fù)合材料或混合復(fù)合材料轉(zhuǎn)變，風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)復(fù)合材料的需求也會(huì)越來(lái)越大。
五、結(jié)束語(yǔ)
先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天、汽車(chē)、船舶、風(fēng)電上井噴式的應(yīng)用，已經(jīng)證明了先進(jìn)復(fù)合材料在未來(lái)航空航天、汽車(chē)、船舶、風(fēng)電等領(lǐng)域的重要地位。先進(jìn)復(fù)合材料制造裝備可保證材料的用量、制造技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本，先進(jìn)復(fù)合材料制造裝備的重要性不可忽視。
目前，復(fù)合材料制造裝備，在國(guó)外，已經(jīng)達(dá)到實(shí)用階段；在國(guó)內(nèi)僅停留在實(shí)驗(yàn)階段。國(guó)內(nèi)幾乎所有的復(fù)合材料制造裝備全部為進(jìn)口。所以緊跟國(guó)際最新發(fā)展趨勢(shì)，成為達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際一流技術(shù)水平的復(fù)合材料制造裝備，最大限度的推動(dòng)航空、航天、汽車(chē)、船舶、風(fēng)電等制造業(yè)發(fā)展，提升國(guó)家綜合實(shí)力。
航空航天的未來(lái)范文6
并購(gòu)背后
在2011年用戶(hù)大會(huì)上，LMS公司宣布LMS的中國(guó)市場(chǎng)發(fā)展迅速，新增業(yè)務(wù)已經(jīng)占到全球的18％，2012年LMS中國(guó)的目標(biāo)是達(dá)到25％。
從LMS近年來(lái)的發(fā)展來(lái)看，這個(gè)目標(biāo)絕非口號(hào)。
2007年，LMS并購(gòu)法國(guó)Imagine公司，使其從早期的試驗(yàn)和NVH(振動(dòng)噪聲)仿真領(lǐng)域，拓展到三維仿真，再到一維仿真：2010年，并購(gòu)美國(guó)Emmeskay公司，實(shí)現(xiàn)了“基于模型系統(tǒng)工程的仿真”，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜產(chǎn)品的機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；2011年8月，LMS成功收購(gòu)比利時(shí)SAMTEOH公司，進(jìn)一步深化LMS公司在航空航天領(lǐng)域的仿真技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
SAMTECH是歐洲領(lǐng)先的CAE解決方案開(kāi)發(fā)商，其軟件被公認(rèn)為線性和非線性力學(xué)仿真領(lǐng)域中的標(biāo)桿，并擁有優(yōu)秀的復(fù)合材料仿真分析解決方案：在過(guò)去的二十幾年中，SAMTECH在航空航天和風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的成績(jī)斐然，從技術(shù)產(chǎn)品的角度來(lái)看，SAMTECH公司的仿真技術(shù)與LMS公司的仿真技術(shù)有著極大的互補(bǔ)。SAMTECH公司過(guò)去約80％的業(yè)務(wù)主要集中在歐洲，并購(gòu)后，通過(guò)LMS的全球銷(xiāo)售力量，能夠幫助SAMTECH將原有的在歐洲開(kāi)發(fā)出來(lái)的成熟解決方案迅速推廣到全球。可以看到，通過(guò)五年來(lái)的三次并購(gòu)，LMS公司的產(chǎn)品覆蓋領(lǐng)域逐漸加大；在銷(xiāo)售方面加強(qiáng)在不同地區(qū)的銷(xiāo)售力量，并逐步完成不同行業(yè)領(lǐng)域解決方案的拓展，使其LMS優(yōu)勢(shì)從汽車(chē)制造業(yè)擴(kuò)展到航空航天領(lǐng)域，進(jìn)一步增強(qiáng)了LMS公司的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)
LMS是一家將創(chuàng)新作為驅(qū)動(dòng)力的公司，其中包括了產(chǎn)品技術(shù)和服務(wù)上的創(chuàng)新，以更好地滿(mǎn)足客戶(hù)需求。目前，機(jī)電產(chǎn)品的復(fù)雜程度越來(lái)越高，如汽車(chē)，既要求具有很好的舒適性，又要求降低油耗和排放，而且其電控系統(tǒng)越來(lái)越多、越來(lái)越復(fù)雜，若基于傳統(tǒng)流程進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)成本會(huì)增加很多，開(kāi)發(fā)周期也會(huì)變長(zhǎng)。因此，LMS推出基于MBSE的系統(tǒng)級(jí)解決方案：MBSE面向開(kāi)放的多物理領(lǐng)域、多性能屬性和系統(tǒng)級(jí)集成，將產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程中的仿真分析進(jìn)一步向上游前移，使用戶(hù)在設(shè)計(jì)早期就可以綜合考慮產(chǎn)品的一維模型，三維模型、試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒖刂颇Ｐ偷龋丛诟拍铍A段就更好地優(yōu)化復(fù)雜產(chǎn)品的架構(gòu)，使得大量的機(jī)械系統(tǒng)，電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題得以在早期得到發(fā)現(xiàn)和解決。
