21世纪的航空前沿技术

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欢迎访问e展厅 展厅 8 航空与航天设备展厅 直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ... 为了准确把握未来航空技术的发展趋势，促进我国航空技术的跨越式发展，2001年5月~2002年2月，中国航空.工业发展研究中心对21世纪的航空前沿技术进行了全面扫描，在重点分析40项航空前沿技术的创新性、实用性、技术可行性和经济可行性的基础上，选出了10项最有发展潜力的航空前沿技术，以下是这些航空前沿技术概况。 1 飞机一体化设计技术 飞机一体化设计技术，是指在掌握丰富的航空专业技术的基础上，利用虚拟设计和综合优化的技术手段，对飞机所涉及的技术和系统进行总体集成，实现飞机的最优化；同时，在飞机设计中，利用并行工程的系统方法对飞机设计的过程、人员和信息进行集成，从而提高飞机设计效率，缩短设计周期，降低设计成本。飞机一体化设计技术，包括技术集成、系统集成、过程集成、人员集成和信息集成等方面。为了使飞机设计过程中的各种技术信息能够快速、准确地交流，方便设计人员选择正确的技术途径和技术参数，实现飞机研制、生产和使用维护的综合优化，必须采用一体化设计技术。 2 高超声速技术 高超声速技术主要指研制高超声速（Ma>5）飞行器所需的相关技术。虽然采用火箭技术可以使飞行器达到很高的速度（可达到第三宇宙速度），但需自带燃料和氧化剂，比冲只有2500~5000m/s，有效载荷小，飞行成本高、时间短，且一般不能重复使用。而采用吸气式发动机的飞行器无需自带氧化剂，可直接从大气中吸取氧气，依靠气动力飞行，使用碳氢燃料时比冲可达10000~40000m/s，有效载荷大，飞行成本低，可控能力强，安全性好，并可长时间重复使用。所以目前人们更为关注的是采用吸气式发动机的高超声速飞行器的相关技术。吸气式高超声速飞行器技术的应用前景非常广泛，除可大幅度提高飞机和巡航导弹的速度、航程和生存能力外，还可大大降低空间发射成本。 3 高超声速推进系统技术 高超声速推进系统技术是指用于高超声速飞行器的动力系统技术，主要包括超燃冲压发动机技术和脉冲爆震发动机技术。所谓超燃冲压发动机，就是发动机内气流速度始终为超声速的冲压发动机。所谓脉冲爆震发动机（PDE），是一种利用脉冲式爆震波产生推力的新概念发动机，一般由进气道、爆震室、尾喷管、推力壁、爆震触发器、燃料供给和喷射系统及控制系统组成。高超声速推进系统是实现高超声速飞行的关键技术。超燃冲压发动机结构简单、重量轻、成本低、比冲高、速度快（M6~25），与火箭发动机相比，有效载荷大大增加，发动机推重比可达20。可作为高超声速巡航导弹、高超声速航空器、跨大气层飞行器、可重复使用的空间发射器和单级入轨空天飞机的动力装置。脉冲爆震发动机不但可作为远程导弹、靶机、无人机，还可用于高超声速侦察机、民用飞机和空间飞行器。 4 多电/全电发动机技术 多电/全电发动机是以支承发动机转子的磁性轴承和发动机轴上安装的内装式起动/发电机为核心，配以分布式电子控制系统，为发动机和飞机各个系统提供电能的航空发动机。它是多电/全电飞机的基础和重要的组成部分。利用多电/全电发动机技术，可以取消发动机和飞机的机械传动、气压、液压和润滑系统，从而大大减少重量和复杂性，改善可靠性和维修性，降低成本。此外，所产生的电功率由两根以上发动机轴分担，可以重新优化燃气发生器，有利于控制喘振和扩大空中点火包线，改善适用性；利用磁性轴承可以减少振动，增大DN值，对叶尖间隙进行主动控制；轴上安装的内装式起动/发电机能够产生几兆瓦的电功率，可用于生成激光或微波束，作为机载能束武器的能源。 5 先进主动流动控制技术 流动的控制可分为主动和被动两大类。被动流动控制最主要的特点是在飞机设计过程中就固定下来了，而主动流动控制则可以在飞机飞行过程中根据具体情况的需要进行恰当的使用。传统的主动流动控制方法包括各种常规和非常规的气动控制面和吹吸气技术等。在过去几十年中，人们一直将研究的焦点放在被动流动控制上。近年来，材料、电子、微型传感器和作动器等方面的进展和人们对三维非定常流动物理现象及机理的了解的增加，产生了以微机电系统（MEMS）技术为基础，将空气动力学、材料、结构和控制等多个学科综合起来的先进主动流动控制技术。先进主动流动控制技术不仅能用于飞机、发动机进气道、喷管和燃烧室，而且可广泛用于流体机械、汽车和航海器的流动控制。 6 射频综合技术 现代作战飞机装备着通信、导航、火控、敌我识别和电子战等系统的各种功能的传感器。它们都是各自独立开发的，相互之间保持着十分松散的关系。目前的航空电子综合系统主要是对各传感器的数据处理进行了一定程度的综合，但是，在信号处理以及射频和天线口径方面的综合尚未十分成熟。通过射频综合技术，可以把上述各传感器系统（如雷达、电子战、通信/导航/识别以及数据传输等子系统）进行高度的综合。通过广泛的数据共享、中频和射频电路共享、天线口径共享，实现信息资源的合理利用，最大限度地提高系统性能。采用传感器综合技术，可以减小目前航空电子系统的重量、体积、功耗和费用，提高其可靠性和维修性。从而提高飞机的作战效能，降低采购费用。 7 虚拟座舱技术 虚拟座舱是虚拟现实技术在航空领域的重要应用。它由计算机虚拟环境发生器、头盔显示器、交互式大屏幕显示器、声音告警系统、话音识别器、头/眼/手跟踪系统以及触觉/动觉系统构成。根据复杂程度的不同，虚拟座舱可以分为桌面虚拟座舱(仅采用交互式大屏幕显示器)、临境虚拟座舱(增加头盔显示器)和分布式虚拟座舱（进一步上网实现联机操作）。虚拟座舱能使人进入一种封闭的虚拟环境，通过人机接口输出3维视觉、听觉和触觉信息，多通道刺激人的感官，从而使人在头脑中形成身临现实环境的感觉；同时，又能接受人的手指动作、话音、头眼指向等多通道控制信息，实现人机交互。虚拟座舱具有临境性(immersion)、交互性(interactivity)和想象力(imagination)的特点。利用虚拟座舱技术，能增强驾驶员对情况的了解，摆脱常规任务，减轻工作负担，提高工作效率，并实现座舱显示/控制的综合化和智能化，满足21世纪信息时代有人和无人飞行器座舱的需要。 8 机载激光武器系统技术 激光武器是用激光直接照射目标而将其杀伤的定向能武器。激光对目标的杀伤能力取决于波长、光束强度、照射时间的长短、目标的通频带和激光武器与目标的距离等多种因素。使人致眩和致盲的激光武器所需要的激光能量较低，故称之为低能激光武器；使对方的光电系统致盲、烧伤有生力量和烧毁设备所需的激光能量很高，称为高能激光武器。由于激光器发出的光束在大气传播过程中有相当一部分能量要损失掉，所以激光武器在地面和低空的使用效果不如在高空使用时明显。目前，美国正在用波音-747研制YAL-1高能激光武器飞机，用于摧毁发射初期的弹道导弹。此外，美国还打算把YAL-1的氧碘激光器小型化，安装在V-22"鱼鹰"倾转旋翼机等小型飞机上，用于攻击巡航导弹和掠海飞行导弹。机载激光武器系统技术的成熟，将使未来的空战发生重大变化。 9 纳米复合材料技术 所谓纳米复合材料是指在组成复合材料的各相中，有一相以上为纳米尺度的材料。由于碳纳米管具有高强度、低密度、高长径比等普通碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维无可比拟的特点，是未来理想的超级纤维。利用纳米复合材料，可以进一步提高飞机、发动机结构的强度、刚度和耐热性，降低结构重量，提高使用寿命。如将纳米粒子加入到透明聚合物中，在提高其强度、韧性、耐热性的同时而不降低其透光率，可用于军机的座舱罩。据美国预测，在未来５～10年，比强度及比模量较现有复合材料提高10倍的碳纳米管增强复合材料将全面进入航空领域，未来10～30年，航空材料甚至将进入比强度、比模量提高100倍的全碳管时代。 10 微机电系统及其制造技术 微机电系统(MEMS)是通过微制造技术将电子和机械元器件集成在一个硅基片上而构成的独立智能系统，主要包括微传感器、微执行器（作动器、致动器）、微能源、信号处理以及控制电路。微机电系统具有体积小、重量轻、功耗小、惯性小、响应时间短等特点，具有力、热、磁、化学、生物等多种能源转化与传输功能，它可以完成常规大尺寸机电系统不能完成的任务。目前，许多微型器件和微型系统已广泛用于第四代战斗机的导航、制导、测量与控制、探测与监测、故障诊断和显示器系统，并在主动流动控制、智能结构、智能蒙皮、微型无人机等技术领域有广阔的应用前景。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/11/2004)