航天技术

航空技术航空的基础理论是空气动力学。航空技术是综合高技术，在理论和设计的基础上，材料技术是关键，电子技术是灵魂。航空指飞行器在地球大气层内的航行活动。气球，飞艇是利用空气的浮力在大气层内飞行，飞机则是利用与空气相互作用产生的空气动力在大气层内飞行。飞机上的发动机依靠飞机携带的燃料（汽油）和大气中的氧气工作。一、直升机新技术和新概念飞行机•21世纪，技术已非常成熟的经典直升机将更加完善其性能及质量水平，更加注意安全、可靠、经济及舒适性。各种相关新技术的飞速发展，将为多种具有直升机特征的新概念飞行器的研究、发展和登上历史舞台提供有利条件纯直升机技术经过半个多世纪的发展，应该说经典技术已经比较成熟，产品质量、水平也日臻完善，其发展趋势是更加注重安全、可靠、经济、舒适性。21世纪人们可以把旋翼系统发展得更完善、更先进、效率更高、更安全可靠，可以用新思路、新技术(诸如环量控制技术，下洗流机翼、襟翼控制技术等)来取代尾桨系统，以提高性能，降低振动和噪音，降低成本。这样一来，我们可以把直升机速度提高到350千米／4、时以上，耗油率降低到0．2千克／千瓦·小时左右，结构空重比达到0．3左右，全机振动水平降到0．贴g，噪声水平降到85分贝以下，而飞行小时费用降低到目前的l／3—1／5左右，军用标准将逐步被民用标准取代，装机的成、附件可以直接从市场上采购，从而大大降低研制费用，使人们能够买得起、用得起直升机。以下是目前影响和推动纯直升机发展的一些主要因素。发动机和传动装置的技术创新新型先进材料的工程实用化直升机与机载系统的综合一体化复合式飞行器1发动机和传动装置的技术创新•推力矢量技术已经在固定翼飞机上采用，它对实现过失速机动，改进飞机性能和机动性，减小飞机阻力和重量，提高作战效能和生存力，降低成本和全寿命费用等方面都有重要意义。但还存在若干问题，特别是控制技术的安全性还没有得到根本性解决。而直升机发动机可以完善其实用技术、通过矢量喷管与机身匹配，总体布局、地面仿真试验与飞行试验，实现直升机／推进系统一体化设计，以减小阻力，提高效率，减轻重量，提高可靠性、可维修性，降低成本。通过研究矢量喷流与直升机扰流的干扰，超环量气动效应，反向喷流干扰效应等特殊的气动问题，实现直升机／推进系统的综合控制。直升机的纯机械传动装置重量占直升机重量的1／5以上，且其故障率占的比例也很大。我们可以设想，抛开传统的机械传动装置，另辟路径，利用光、电、磁等综合技术实现功率的传递、转速的变化，这样就可以大大简化该装置，大大降低空机重量，并大大降低成本和费用，提高其可靠性。2新型先进材料的工程实用化•新型先进材料工程实用化的每一次突破，都将给直升机技术发展带来一场新的革命，促进直升机技术和综合性能达到一个新的高度。21世纪在材料工程发展上，将把注意力放在改进和提高传统材料性能的同时，着眼于发展新材料。新材料将向高功能化、高性能化、复合化和智能化方向发展。金属材料在工艺创新的基础上，将不断提高质量，降低成本，扩大品种规格。发展高纯高韧铝合金，高强高模铝捏合金，先进的高强、高韧、高温钛合金等。陶瓷材料将实现从先进陶瓷发展到纳米陶瓷的第三次飞跃，科学家通过诸如纳米粉体的制备、成型、烧结等多方面艰苦工作，在21世纪初有可能解决陶瓷脆性这一致命缺点。届时直升机结构和发动机部件上都将采用这一强度、硬度高，耐磨、耐热能力非常好，在高温和强腐蚀介质环境下性能稳定的新型材料。复合材料不仅能保质原组成材料(有机高分子、无基非金属或金属)的主要特色，又能通过复合效应获得原组分所不具备的性能，还可以通过材料在使用中的受力要求进行选材设计及复合结构设计，使组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得新的优越性能。比强度大于4x10^6厘米和比模量大于4x10^8厘米的结构复合材料的出现促进了航空、航天高技术产业的发展。随着复合材料工艺、生产流程、质量控制的降低成本、树脂基复合材料将得到更广泛的应用，而金属基和陶瓷基复合材料亦将获得工程应用。3直升机与机载系统的综合一体化•伴随现代军事技术的发展，现代战争呈现以下趋势：联合作战概念扩大，包括电子战、信息战，形成了陆、海、空、电(磁)联合体战争；信息能力成为衡量武器装备体系质量和效能的重要标志；中远程精确打击和导弹攻防对抗，成为高技术局部战争中的重要作战样式。根据这一作战趋势，航空武器装备的发展具有以下三个鲜明的特点：一是常规武器打击的精确化；二是武器装备的隐身化；三是武器平台的信息化。4复合式飞行器•充分利用直升机的旋冀特性，加上飞机机翼特性，发展一种大家比较了解的倾转旋翼机，如美国的V—22烦转旋翼机已经试飞成功，在未来5年内可装备部队。还有一种复合式飞机，当它的三片桨叶旋转时具有直升机的功能特点，当将其三片桨叶固定时，就变成一架能快速飞行的固定翼飞机。无论是倾转旋翼机还是复合式飞机，既可像直升机一样在空中悬停和垂直起落，又能像飞机一样快速飞行，与传统的纯直升机比较，其飞行速度和飞行高速提高了一倍，可以达到600千米／4、时和2400。3000米，而航程增加了l—4倍，达到近4000千米的水平。由于直升机的尾桨系统要耗损9％左右的功率，且其事故率较高，故人们为提高安全性和尾桨效率采用涵道尾桨，或采用喷气环量系统，或采用主桨尖喷气系统代替尾桨，或采用共轴式旋翼系统技术省去尾桨等等。最近人们在充分研究飞机机翼、襟翼特性和直升机旋翼下洗气流特性后，提出了一种新概念的无尾桨直升机，可以充分利用旋翼下洗气流能量，通过控制双层梁二元机翼迎角和面积尺寸来平衡和控制直升机运动方向，不仅可大大减少功率损耗，还可大大提高安全性，减小直升机的空间尺寸。二、战斗机新技术日本预研六代战机提出“云射击”等七大新技术猛！歼-10B战机仍被称为中国战斗机最新技术的代表日本预研六代战机提出“云射击”等七大新技术•1，“云射击”及先进座舱技术•2，先进综合火控系统，以及无人机的“群控制”•3，定向能武器研究（强激光、强微波武器）•4，光传操纵系统•5，凌驾于敌人之上的隐形性能•6，下一代大功率雷达•7，轻量化的大功率发动机•1，“云射击”及先进座舱技术这一设想类似于“云计算”，利用先进数据链系统，将己方机群形成“云”，通过共享信息等方式，作为群体发动最有效率的攻击。例如，在多架战斗机编队接敌时，如果A机未能发现近处敌机而B机发现，则后者可将对方情况传递给A机，且地面雷达和海上军舰也可将数据汇入这一体系。这可以使战斗机的攻击范围产生飞跃性的扩大，并增加先发制人的机会，减少弹药消耗。2，先进综合火控系统，以及无人机的“群控制”“i3”战斗机还要求能够与未来其他的作战飞机协同行动，例如在前方担任战斗任务的自主型无人机、搭载具备反隐形能力大型雷达的预警机、搭载高功率化学激光器的战机等。他们通过多重加密的高速数据链相联系。如此一来，战斗机本身即使不搭载大型雷达，也可以通过无人机和预警机获取信息并攻击敌人，从而减少了战斗机的风险。如果无人机自身具有“群控制”及自主判断能力，还可以大为减轻战斗机飞行员的负担。•3，定向能武器研究（强激光、强微波武器）空对空导弹是当今空战的主要武器，但其发展已接近极限，一方面其很难在大气层内实现10马赫以上速度，一方面其外形不利于战斗机隐形，而携带于机身内弹舱的方式又将限制战斗机载弹数量。因此，防卫省技术研究本部大胆提出了激光武器等定向能武器实用化的方案。而且，将激光作为自卫武器的方案已经有所进展。•4，光传操纵系统第四代战斗机使用的电传操纵系统可以将操纵指令转化为电信号，通过电缆控制飞机。而技术研究本部已经在P-1巡逻机上成功使用了光传操纵系统，今后将用于“i3”构想。光传操纵系统用光纤代替了此前电传操纵系统中的电缆。从而消除了操纵信号受到电磁干扰的可能性，并大为减轻操纵系统的重量。因此，光传操纵系统完全不受电磁脉冲攻击的影响，这大幅提高了第六代战斗机对电磁脉冲武器的抵抗能力。而如果“i3”搭载和使用电磁脉冲弹．将使对方飞机和导弹丧失作战能力。对于今后的战斗机而言，光传操纵系统可谓是能够决定生死的技术。•5，凌驾于敌人之上的隐形性能在开发隐形技术时，可以使用日本拥有的发达的民用技术和先进材料。例如，制造液晶电视所用的透明电磁薄膜材料对可见光是透明的，但具有可以遮断电磁波的特性，因此可用于制造隐形战斗机的座舱盖。在这一方面．防卫省十分重视自然界不存在的“超材料”的开发。过去，隐形飞机主要依靠特有的外形设计，将雷达波散射至各个方向，并涂装可吸收电磁波的材料，用以降低雷达反射面。而“超材料”通过材料中特殊的金属或导体排列方式，使雷达电波自然地“流过”材料扩散至其它方向。因此，在设计使用超材料的战斗机外形时，无需更多地考虑隐形性能，而可以充分照顾到机动性等方面的需要。•6，下一代大功率雷达第六代战斗机的对手也是隐形战斗机，所以必须拥有大功率雷达，以加强探知对方的能力。目前，技术研究本部正在研究氮化镓材料的雷达用功率放大器，这种材料可以使雷达天线的体积在同等功率下大幅缩小。在此方面的另一个目标是，将F22上的64处传感器以及F-35上的21处传感器整合为8处；•7，轻量化的大功率发动机为突破这一难关，日本将充分发挥自身擅长的陶瓷、碳素和复合材料技术，努力研制轻量化的大功率发动机。其中，主要需提高发动机风扇等核心部件的耐高温高压能力，并使用陶瓷等材料减轻重量。战争的最高水平是“不战而屈人之兵”。虽然“i3”计划本身可能最终仅停留于方案，但自主研发下一代战斗机新技术，可对周围国家形成有效的威慑力。歼-10B战机——中国战斗机最新技术的代表•歼-10B已被确认采用相控阵雷达，但可能采用的是PESA体制。另一方面，歼-10B采用了更新的机载设备，特别是光电观瞄系统，可有效对抗隐身战机，这也是F-35、台风等新型战机所用技术。•歼-10B另一项关键改进就是隐身能力，通过改用DSI进气道，增添隐身涂料等，据称雷达反射截面（RCS）比歼-10A降低了一个数量级，估计可能在0.1-0.3平方米左右。•歼-10B的弱点仍是缺乏动力和武器方面的问题三、民航新技术美航企引进卫星技术升级空中Wi-Fi网络服务中国民航RNP技术研究与应用北航成功研制“空地协同的民航空域监视新技术及装备”•据《今日美国》报道，美国多家航空公司正考虑使用卫星通信技术提供空中无线网络（Wi-Fi）服务，卫星技术的主要优势有：带宽限制少，跨海飞行时仍可以传送数据。美国大多数航空公司已经开始提供空中上网服务，达美航空（DL）、美国航空（AA）、全美航空（US）、阿拉斯加航空（AS）、穿越航空（FL）、维珍美国（VX）目前使用的是由Aircell公司提供的Gogo网络服务。由于Gogo通过地空系统连接地面信号发射站，不能为跨海航班提供服务。机上娱乐服务顾问普兰尼（MichaelPlaney）表示航空公司正在发现Gogo的这一缺陷。•尽管卫星系统的安装费用昂贵，但如果航空公司想在国际航班上推广空中Wi-Fi，卫星技术是不错的选择。普兰尼说：“卫星通信技术可以提供更好的宽带能力，帮助航空公司提供更加多样化的服务。”卫星系统的另一个优势是：航空公司可以推出对宽带能力要求更高的一些盈利项目，如多媒体、网购、酒店预订、获取目的地优惠券等。美航企引进卫星技术升级空中Wi-Fi网络服务中国民航RNP技术研究与应用•，RNP技术的应用是中国民航新一代航空运输系统第一个获得突破的核心关键新技术，为中国民航新技术应用探索出一条切实可行的实现途径，树立了航行新技术应用于民航实践的典范。所谓RNP，即精密导航性能。“中国民航RNP技术研究与应用”从2004年正式启动，历时3年，该项目由民航总局飞行标准司、总局空中交通管理局、总局航空安全技术中心、民航西南地区管理局、中国国际航空公司西南分公司等单位联合完成。•该项目在世界上，首次将代表国际航行技术发展方向的RNP技术成功应用于高原复杂机场，首次将RNP技术应用于B757机型，项目的技术难度大，为RNP今后的广泛应用提供了宝贵的实践经验，促进了RNP技术在全世界的应用和发展