飞行器范文10篇

飞行器范文篇1

关键词：气动；设计；教学

在传统的培养模式和计划中没有气动设计类课程中，过去学生都是通过分别学习空气动力学和飞机设计两门课程，然后在工程实践中摸索气动设计方法，由于飞行器性能要求的越来越高和气动设计的复杂性，国内外已普遍认识到这门课程的必要性和重要性。该课程的主要教学目的是建立起空气动力学和飞机设计两者之间的桥梁，将空气动力学的基础理论和飞机设计相结合，使学生对飞行器的气动设计有一个全面的了解和掌握，培养学生飞行器气动设计能力以及全面综合分析能力，建立飞行器空气动力学设计的基本设计方法、设计理论，和其他相关学科的综合考虑，为学生进行飞行器的气动设计提供空气动力学理论的基础、分析问题解决问题的能力。教学团队在前期良好的教学建设基础上，不断扩充完善教学内容，强调基础性、前瞻性和实用性，改进教学方法，培养创新意识。

一、教学内容的组织完善

与该课程相关的国内外参考资料非常有限，教学团队充分收集整理国内外相关著作、文献，利用网络资源，综合研讨教学内容。教学中注意将国内外前沿最新的飞行器气动设计理论方法引入教学，不断扩充完善教学内容。由于飞行器气动设计与总体设计、飞行控制、隐身等学科密切相关，涉及面广，因而，教材内容的组织取舍，如何在有限的教学时间内选取组织授课内容，保证课程的基础性、前瞻性和实用性，是非常重要而艰难的任务。教学团队广泛进行了国内外相关课程教学调研，收集资料，研讨并完善教学内容，形成了较为合理的课程体系。教学内容从运输机到战斗机再到高超声速飞行器，循序渐进。运输机作为最基本的飞行器类型，特别是民机，主要要求的是安全性、经济性、舒适性和环保性，设计目标相对集中，都是飞机设计中的基本问题。具体来说，主要包括先进翼型的不断发展，亚音速干线飞机三维机翼的设计，机翼翼梢减阻装置的应用、如何减少摩擦阻力、减少部件间的干扰阻力等减阻措施，低速起飞着陆阶段的增升装置外形的空气动力设计，多学科优化设计，最后简要介绍高速民航机的气动设计。现代战斗机性能要求不断提高，并且涵盖多个方面，如机动性、超声速巡航特性、隐身特性、超视距作战能力等，因而课程重点包括了现代战斗机的气动布局，边条翼、鸭式布局、前掠翼等，隐身要求和空气动力的综合设计，发动机进排气系统及其与飞机的一体化设计，推力矢量化，机敏性和超机敏性等，并且重点介绍了数值模拟方法在未来飞机设计中的重要性。由于高超声速飞行器的迅速发展，课程也对其进行了简要介绍，高超声速飞行是洲际弹道导弹、回收卫星、飞船、航天飞机在上升段和再入大气层时，以及穿越行星大气层的宇宙探测器进入行星大气时将经历的飞行阶段，也是当前正在发展的跨大气层飞机和新型武器系统所必须具备的能力。由于学生高超声速空气动力学基础偏弱，故首先概述了高超声速技术的需求背景、高超声速空气动力学、高超声速流动的基本特性，然后重点介绍了气动力、气动热工程计算模型和高超声速飞行器热防护等内容。

二、教学方法的综合应用

1.板书、电子课件、多媒体资料的有机结合。在课程教学中，根据讲授的具体内容，结合板书、电子课件、多媒体资料等多种手段综合应用。由于上课的研究生专业不同，基础差异较大，故在讲授中，教师需要根据学生的具体情况，以空气动力学设计思想、设计理论为核心，辅以补充必要的专业基础知识和理论，这些内容比较适合以板书的形式，而多媒体资料可以加深学生的印象，提高学生感性认识，增加学习兴趣，加深对基本理论的理解，故板书、电子课件、多媒体资料等相互补充，相辅相成。

2.案例教学和理论教学相结合。教师在课程讲授过程中，注意理论学习和案例教学相结合，由于气动设计的基本理论和飞行器的设计发展更新换代直接相关，因而在基本理论的讲授中紧密结合具体案例，以提高学生的学习兴趣，加强学生的感性认识，加深对气动设计基本理论的综合理解。如在民机的气动设计中，重点介绍了空客380、波音787等飞机的典型设计特点，了解翼梢装置设计中与结构重量等多学科优化的设计思想，机翼载荷的展向分布设计特点等。结合F15、F16讨论发动机进气道的设计特点等。结合F22讨论现代战斗机的设计特点，机动性和隐身性的综合权衡，对空气动力学的挑战等问题。

3.课外研究报告的撰写与课堂讨论相结合。为增强学生的科研实践能力，在课堂教学的同时，要求学生课外针对教学内容相关专题查阅文献、综合分析、研究讨论、撰写论文，并组织学生课堂展示研讨，变学生被动听讲为主动学习研讨，以提高学生学习的主动性和自觉性，锻炼学生自主研究、综合分析问题解决问题的能力。在教学实践中，对论文选题给以合理指导，相对集中，以增加讨论的参与性，收到较好的教学效果。

4.考核体系的完善。在教学方法研究方面，进行了考核体系改革，结合考试、报告撰写、课堂研讨、考勤等多种形式，全面衡量学生的学习态度、知识掌握、灵活运用、收集整理资料、研究解决问题、撰写报告、表达能力等多方面的考察。并积极听取学生的反馈意见，为进一步改进教学质量，提高教学效果提供参考。

三、课程的特点

由于现代飞行器发展迅速，不断更新的飞机都集成了新取得的科研成果和先进技术，教学内容不断变化是课程的一个显著特点，取得高性能的变化多样的气动布局是空气动力学的理论知识应用于实际飞行器设计的杰出成果。将经典理论和飞行器前沿设计技术紧密结合，直接面向工程部门飞行器设计应用，故课程不仅要涵盖气动设计的基本理论基本方法，而且要和当前国际航空航天前沿最新水平接轨，反映国际最高水平，只有这样，才能使学生掌握最新的气动设计思想方法理论，更好地服务于工程实践。本课程不仅在空气动力学专业，而且对相关专业如飞机设计、固体力学等专业的研究生培养中都占有重要地位，是学生全面掌握飞行器气动设计的主要理论和主要方法重要的专业课，和飞行器设计工程实践密切相关，为学生毕业后从事飞行器设计提供空气动力学设计理论和方法支撑。课程综合性较强，覆盖面广，涉及多学科相关领域，选课同学有硕士、博士研究生、单位代培等不同类别。通过该课程的学习，学生对空气动力学在飞机设计中的作用与意义可以有更深的认识，同时也切实认识到设计问题的复杂性、多学科综合应用的重要性，有利于在今后的学习工作中更全面更综合的考虑问题，为以后科研工程实践奠定坚实的基础。

四、总结

本课程是一门重要的研究生专业课，在国内外相关课程中有其鲜明的特色，在教学安排上，注意教学内容改进完善，不断将最新的科技成果增加到教学内容中，将气动设计基本理论和飞行器设计前沿技术相结合；课程体系设计合理，教学方法多样，对飞行器气动设计的能力培养有重要意义。

作者:吴宗成 邹辉 高振勋 单位:北京航空航天大学

参考文献：

[1]潘翀,孙振佳,高琪.《近代流动测试技术》双语教学的理念与实[J].教育教学论坛,2014,(23):214-216.

[2]刘沛清,屈秋林,郭昊.关于加强我国现代高等工程教育的几点看法[J].教育教学论坛,2011,(20):36-37.

[3]刘沛清.空气动力学研讨课建设的探索与实践[J].力学与实践,2016,38(1):87-89.

[4]王晓军,邱志平.航空专业研究生课《飞机结构强度》教学改革探析[J].力学与实践,2013,35(4):60-62.

[5]杨华保,王和平.“飞行器总体设计”精品课程教学改革探索[J].高等工程教育研究,2007,(1):131-132.

[6]宋磊,黄俊.面向创新人才培养的飞行器设计专业教学改革研究与实践[J].学位与研究生教育,2011,(3):47-51.

飞行器范文篇2

1.舞台轨道飞行器动力学建模

舞台轨道飞行器悬挂重物运行状态可以抽象为小车和吊具的组合系统，当小车受水平拉力减速运行时，小车和吊具受力情况如图1所示。因舞台轨道飞行器在室内使用，在此忽略悬挂重物运行过程所受的空气阻力。小车与悬挂重物质量影响小车运行加速度，小车加速度大小取决于外力，故只需对方程（9）进行分析，可知悬挂重物m的摆动角度θ只与小车水平加速度x和绳长l有关。为进一步研究悬挂重物摆动角度、绳长与小车运行速度的关系，构建了动力学仿真模型。

2.舞台轨道飞行器动力学模型仿真与分析

2.1模型建立

通过fcn函数生成小车速度x随时间t变化量作为模型输入，小车目标速度x=2m/s，位移x=50m，加减速时间t=2s，对速度x微分可得加速度x随时间t变化曲线。悬挂重物摆动角度θ作为模型输出，经过一阶微分二阶微分可得角速度和角加速度随时间t变化曲线。在此，悬挂重物初始时刻摆动角θ为0，重力加速度g=9.8m/s。运用Matlab/Simulink软件建立的方程（9）仿真模型如图2所示。

2.2仿真模型动态分析

取悬挂重物绳长l=5m、l=10m、l=15m输入模型，可得到悬挂重物在不同绳长条件下摆动角度与小车速度随时间变化关系，如图3所示。分析图3，悬挂重物在小车输入速度随时间变化一定的条件下，不同绳长悬挂重物摆动角度在同一摆动周期的幅值差较小，表明悬挂重物的摆动幅度受绳长影响较小，只是增加了悬挂重物的摆动周期；而小车在加速、匀速和减速运行过程中，悬挂重物摆动幅值变化较大。因此，有效控制小车运行过程的速度，使悬挂重物尽可能与小车同步运行，即可减小悬挂重物摆动幅度。由图3可知悬挂重物在运行过程中的摆角变化近似单摆简谐运动，运动周期为T。对整个运动周期前1/2T时刻内小车加速过程进行速度干预，将前1/2T时刻周期划分为两个1/4T周期，前1/4T时刻产生摆角，后1/4T时刻抑制摆角，就可使悬挂重物在小车加减速和匀速运行过程中实现同步，从而有效抑制悬挂重物摆动角，实现悬挂重物在小车整个运行过程中无摆动的目的。为验证上述方法的有效性，对仿真模型中小车的前1/2T加速运行过程进行上述方式的干预处理，分别取悬挂重物绳长l=5m、l=10m、l=15m，得到速度、角度随时间变化的响应曲线如图4所示。对比分析图3与图4，悬挂重物摆角幅值明显消除，在小车匀速运行阶段悬挂重物基本无摆角，说明有效控制小车运行速度可抑制悬挂重物摆角。为进一步验证该方法的有效性，进行了现场试验。

3.舞台轨道飞行器防摇摆方法现场试验

舞台轨道飞行器试验系统包括上位机和下位设备。下位设备有PLC、变频器、电机、编码器以及低压电器，上位机即控制系统。系统控制轨道飞行器运行时，以PLC为控制器，连接上位机通信并下发控制指令到变频器，进而控制电机驱动器按照指令运行。实验平台在实验过程中未使用角度传感器对悬挂重物的摆动角度实时测量反馈，故试验控制系统属于开环控制，又称前馈控制。舞台轨道飞行器试验系统如图5所示，（a）为试验平台控制系统结构，（b）为试验平台。在试验过程中，受运行轨道长度限制，设定变频器加减速运行时间t=2s，目标速度x=1500rpm/s，平移位移x=6m；绳长l=3.5m，重力加速度g=9.8m/s2。由此可以计算出悬挂重物在运行过程中摆动周期T为3.7549s，则T/4为0.9387s。变频器控制舞台轨道飞行器运行速度全程无干预时，反应轨道飞行器运行状态的当前频率、转矩电流、实际电流和反馈速度这四个参数随时间变化的响应曲线如图6（a）所示。对变频器加减速运行做图7所示的干预，得到的当前频率、转矩电流、实际电流和速度反馈这四个参数随时间变化的响应曲线如图6（b）所示。分析图6，变频器反馈速度这一参数在有无速度干预的变化规律与仿真模型速度变化趋势一致，则说明由模型得到的速度控制防摇摆方法对舞台轨道飞行器是有效的。由于试验中无摆角测量装置，无法准确实时获取悬挂重物摆角数据，在图6中涉及的参数无反映变频器速度干预前与干预后悬挂重物摆角变化情况，在此通过手动测量法获取了悬挂重物在变频器速度干预前与干预后的摆幅值，如表1所示。由表1可知，在其他条件一定的情况下，对变频器速度进行干预后，悬挂重物的摆幅值远远小于干预前的摆幅值，说明控制舞台轨道飞行器运行速度可以有效抑制悬挂重物的摆动幅度。

4.结束语

飞行器范文篇3

1结构设计的基本要求

1．1机翼结构设计。机翼作为飞机的主要气动面，它的作用是承受气动，对飞行器而言起到了至关重要的作用。机翼的承载能力越强，结构高度越低就会对整体的结构布局造成更大的设计困难，所以我们对机翼的设计要求也相应的有所提升。机翼质量主要集中在机翼的结构上，大致能够占到机翼总重量的三道五层，而机翼的重量占到整个飞机的8%～15%。各个机翼的类型是不同的，机翼的结构布局也各具特色。机翼结构通常都是在强度上游要求，之后再检测弹性方面是否能够符合标准，之后参考分析结果尽心合理的改造。机翼主要是用蒙皮以及结构骨架这两大部分构成。其中蒙皮是由平板、加筋板或者是夹层板等形式构成，主要的作用的保持机翼的外形以及承载能力。1．2机身结构设计。机身结构大致可以分成三个部分，这三个部分是机身、短舱、尾撑，他们都是筒形结构。这种筒形结构主要的作用就是能够承受更大的力。飞行器上的气动荷载能够占到飞行器总荷载量的比例比较小，其承载的主要是惯性载荷。机身的结构主要是承受机翼及尾翼部分传来的力，用于平衡机身。机身结构通常是由蒙皮或者是内部骨架组成。内部骨架通常是由纵向元件或者是横向元件构成。机身与机翼的蒙皮发挥的作用是一样的。当承受局部力量的时候，比方说受到局部的动力，蒙皮所承受的力就会传递给机身结构。纵向骨架中主要包含有加筋条和梁。加筋条与蒙皮组合形成加筋板，加筋板的主要作用就是承受机身弯曲而出现的轴向力，加筋条对蒙皮提供相应的支撑。机身因为梁凸缘的面积相对比较大，梁凸缘因为是机身的一个部分，主要承受的就是机身开口处压力。水上飞机的机身通常是在机身下部的位置设置龙骨架，这个梁凸缘所承受的是其中一部分纵向弯矩，不仅如此还要承受机身着水的冲击力。

2结构设计思想的演变

飞行器在结构设计方面的思想是，能够确保飞行器结构的安全性能，飞行器注重安全主要是因为在实践的过程中安全扮演着极为重要的角色，不仅如此目前的科技水平以及生产力水平也受到了很大程度的制约，所以安全方面使我们最先需要考量的内容。飞行器的结构从设计思想方面来看，整个演变的过后才能大致被分成五个不同的阶段。(1)静强度设计;(2)安全寿命设计;(3)安全寿命/破损安全设计;(4)安全寿命/损伤容限设计;(5)耐久性/损伤容限设计。不仅如此，参考可靠性分析，设计出一个完整的发展方向，不过到目前为止还没有形成一套比较系统的方法。总之，我们设计师用的结构最重要的就是简易性，这是不断改善设计的重要原因之一。静强度设计的出发点是:结构在规定的设计载荷范围之内不会出现系统性的故障;经过使用载荷，卸载之后保证不会出现变形等方面的问题。安全寿命设计是以静强度作为基本的设计理念，能够有效的延长设备的安全使用时限。安全设计最重要的内容就是:一架新飞机的整体结构不论是在结构内还是结构表面都没有形成缺陷或者是裂痕，设计通过一段时间的试用之后，有可能会出现裂纹或者是其他会影响试用寿命的问题。破损安全设计是在安全寿命设计思想之后新提出来的一个理念。破损安全设计的提出主要是为了解决飞机中部分可能被隐藏的小瑕疵，小细节的问题，这些结构在使用的过程中可能会出现一些安全性问题，所以我们必须及时发现，马上进行补救。损伤容限设计把不同类型的结构归为两个大类，分别是缓慢裂纹扩展结构、破损安全结构。无止裂特性的单传力被归为前一种类型，而多途径传力则被归为第二种类型。耐久性/损伤容限设计的思想主要是为了能够确保飞机的结构在使用期限内不会因为疲劳、腐蚀或者是其他的外部因素而造成严重的破坏。不仅如此，还能确保结构在寿命以及维修经济性上能有良好的表现。耐久性/损伤容限设计能够保证经济寿命，为飞行安全保驾护航。

3结语

要想对飞行器的结构设计，首先应详细了解飞行器各部分的设计特点，并且跟随飞行器的发展，以及不同飞行器种类，采用不同的飞行器设计思想，以期充分发挥飞行器的使用性能。

参考文献:

［1］陈梓昊．飞行器结构设计思想的演变研究［J］．传播力研究，2018(06)．

飞行器范文篇4

您好!首先真心感谢您在百忙之中能来光临我的求职网站,并请接受我最真诚的问候和对您成功的祝福!我是沈阳航空工业学院2003级一名本科应届毕业生,所学专业为飞行器动力,既将于2003年7月份毕业。大学四年,弹指一挥间。四年前,我怀着崇高的理想走进大学校园,彼情彼景记忆犹新,如今又到了这个毕业就业的人生转折点,从学校走进社会。

作为一名2003届毕业生,面对日益繁荣的经济大潮,面对竞争激烈的时代,我作好了充分的准备,去迎接社会和未来的挑战。

在这四年里,我努力学习,勤奋工作,不断成长和进步。通过大学四年的学习本人牢固掌握了公共课和专业基础知识,初步学会了分析解决实际问题的能力,同时也领会到作为一名工程技术人员应具备的素质。在努力学好基础课和专业课的同时,本人着重加强了英语和计算机的学习。英语通过了国家四级考试,具备一定的听说读写译的能力;在计算机方面,我充分利用课余时间自学了很多相关课程,使我的计算机应用水平有了很大的飞跃,具有较强的实际操作能力。在软件方面,熟练掌握Window操作系统,office2000,autocad2000,精通网页制作相关软件,学习了Photoshop,Flash等平面设计软件,除此之外,还对计算机硬件有一定的了解,能处理一般计算机硬件故障问题,能够熟练的组建和维护计算机局域网。

同时,我注意了综合素质的提高,积极参加各种社会活动和集体活动,脚踏实地做好每一件事。在课余活中,加强体育锻炼,关注时事新闻。本人有极强的组织原则和纪律观念,有高度的责任心和集体荣誉感,强烈的求知欲和竞争意识,对未来充满信心;另外,本人可塑性很大,能很快适应新的环境,从事新的工作;生活的艰辛和磨练也炼就了我坚韧的性格和吃苦耐劳的精神。

“实践出真知,斗争长才干”,能力与才干在实践中养成,也终究要在实践中体现,从学校学来理论和方法,最后都要到社会中去实践。

新世纪的列车已经启动,很高兴能乘上这趟奔向更加广阔天空的列车,开始一个新的奋斗历程。就要走出象牙塔的我盼望能得到你的赏识,与您好携手共创美好的未来。一个合作的机会,便是一个良好的开端。我愿意将个人的价值放在与贵单位全体员工共同努力的工作中去实现。我期待着您的好消息!

最后,诚祝贵公司/单位事业蒸蒸日上!

飞行器范文篇5

【关键词】无人机飞行器；工程规划；测绘

随着科学技术的不断发展，我国的无人机技术也得到很大的提高和改善，特别这几年，这个新型技术的优势也在不断地展现和创新，利用性也越来越广泛，例如：国家的重大工程建设、灾害应急与处理包括一些资源开发和城镇建设等方面[1]。只要将其合理的利用，势必可以广泛的应用于国家经济建设发展，服务国家建设。本文对无人飞行器在工程规划测量中的作用进行简单的分析。

1无人飞行器摄影测量系统的组成

在无人飞行器航摄工程测量数据的时候，我们首先简述无人飞行器航摄的组成，这个系统有两部分构成，分别有遥感平台和传感器，及无人飞行器和数码相机。下面我们就好好讲讲。1.1无人飞行器无人机一般都体积小，在空中运作简便，一般依靠的是计算机的操控，它最大的巡航空速可以达到98Km/小时,在空中飞行的高度可以达到3600m,最大的运载力可以在3.5g,一般可以飞行1个小时，抗风力能达到13m/s，起飞的距离在没有受阻力的情况下是60米左右，降落的距离在没有受阻力的情况下是在150m.1.2数码摄影相机下面我们就以使用最普遍的一款数码相机举个例子，佳能EOS450DMark(36*24mm),其畸变参数为k1=1.856600e-005，k2=2.777889-006。在航空摄影中的张片参数为:宽度：4272mm/长度2848mm.

2无人飞行器航摄在工程规划测量中的优势

2.1工作效率高效具有时效性。无人机航测通常都是低空飞行，空中飞行便利，受气候条件影响较小，对起降的场地也没有太大的要求，一些平坦的路面就可以实现升降，也不用考虑飞行人员的安全，对现场的实地测量的信息获取也最真实准确。能够解决很多人工探测无法进行探测的地区，操作简单便利，大大增加了信息获取的准确性和实效性，传统的遥感卫星一般会出现两个问题:第一，存档数据时效性差，第二，编程拍摄可以得到最新的影像，但是时间比较长，时效性也不高，无人飞行器就更好的解决了这一问题，可以随时拍摄，快速的得到所需要的成果。相比于人工测量，无人飞行器测量的工作效率也大大的超过了人工测量，不仅效率高，成本还低。无人飞行器势必还是今后发展的重要趋势。2.2工作灵活度较高地域限制较小。我国地域辽阔，具有较复杂的地形和气候，很多地区处在极端的天气下，受到山谷、积雪、云层等因素的影响，导致卫星遥感信息采集受到一定的影响，无人飞行器就不一样了，无人飞行器低空航摄工程测量具有高效、快速、灵活而且安全性高，不需要驱动，通过对空气和天气两大因素的控制，就能在极端的环境下完成拍摄。不管是在多么特殊的情况下，都能很好的完成应急测绘项目，在短时间内得到超高分辨率数字影像和高精度的定位数据。不仅这样，无人机遥感制图在一些自然灾害中也起到了很大的作用，利用无人飞行器设备轻便、安装便捷、操作简单、反应迅速、对起降点要求低等特点，大大的提高了测绘的效果。

3无人飞行器航空摄影的特点

无人飞行器有以下几个方面：第一，可以在室内工作，不受外界气候、地理条件限制，但是所拍摄的内容又真实的反应外界真实的状态，内容比较直观。第二，可以实现很多常规手段实现不了的测量工作，可以大范围的进行测量，成图清晰高效、有较高的时效性、产品的形式也多种多样，比如：数字线化图、数字高程模型、数字正射影像等等，可以根据自身的需求选择适合自己的产品。

4无人飞行器航空测量的要点合作方式

4.1航摄工程测量设计合理准确在航空拍摄过程中要对拍摄的目标进行精确的计算定位，在拍摄的过程中在对其进行一些拍摄上的设计，通过合理的角度和目标的准确定位来实现拍摄的成品。后期经过合理的计算比例，来进行数据和影像的一比一还原，来提高航摄的精确数据，这不仅要求还原的方式要合理，还要通过航高、比例尺、焦距、和图像质量等要素，来加深设计的合理性，再根据具体的影响来开展数据和图像设计，不能光局限于绘画图纸上，还需要具体性的图像，用科学的方法科学的手段来获取预期的标准，从而实现测量的目的，高标准的、合理的实现作业。4.2信息的采集数据的处理在航空摄影测量中，对信息的采集也需要合理的控制，不仅要对图像进行准确的处理，采集的过程也很重要，通过正确的具体，定点找到合理的采取位置，使其最终的效果更加真实、准确，航空拍摄人员不仅要掌握合理的拍摄方法，还要针对不同的高度、不同的地理位置、不同的方位、不同的拍摄方法等来实现数据的采集，将其进行合理的分析和比较，使其任务完美的完成。同时还可以利用摄影仪，对地面进行拍摄，获取信息数据[2]。在这个信息发展的时代，要把数据采集向自动化、信息化、数字化发展，通过科学的手段，达到无人飞行器航摄测量的准确性。

5小结

飞行器范文篇6

1现状和分析

1.1我国所需紧急医用物资的情况

在人口众多的我国,很多地方的救援条件不完善、信息不畅,使得医疗事故紧急救援的“紧急”性大大折减,从而使得我国万人致死率远远高于其他国家。由于救助常识的缺乏,多数救助措施是在受伤者被运送到分布有限的医院、急救中心以后才着手实施的,而医院设备的限制或看似普通的药物却在需要时不能及时或短时间内送到而导致伤者因贻误救助时机而丧失生命或加剧救助难度。有专家指出,我国要搞好紧急救援,使其在各个地区、各个领域、各个方面都能发挥卓有成效的作用,最大限度减少生命和财产损失,是全面落实以人为本、促进人的发展的一个基本前提。而从我国的国情出发,我国的公路及高速公路经常造成交通堵塞,空运的昂贵费用增加了利用城市医疗和急救系统救援的难度。在搜集信息的过程中我们发现,其实紧急救援中有一定的比例是在于紧急物资的运送。如果我们设计一种小型飞行器能实现在最短时间内把所急需的医疗物资安全、快捷地送到目的地,那无疑是对中国医疗事业的一大贡献。它是一架无人驾驶的微型飞机,与大型航空器相比,它无需造价昂贵的机场,与公路交通相比,它不受堵车的时间限制,还可以翻山越岭不受地形的阻挡,正所谓“天高任鸟飞”,广阔的空间为它提供了施展身手的舞台,即使未来当小型飞行器的人均拥有量与现在的汽车拥有量相同,也不会造成交通拥挤现象。这可以由地面上的控制中心通过一系列的技术来统一设定航向,自动驾驶,从而快速安全地达到目的地。发明这一装置的意义在于抓住拯救病人的黄金时间,挽救可能存活的生命。

1.2聚焦个案——北仑区的所需紧急医用物资调用情况

1.2.1区人民医院急救药品紧急运输的调查

1.2.2北仑区紧急医用物资运送的调查:

2研究内容

设想一下:一位正在登山游玩的游客哮喘发作,他赶紧拿出手机,拨通了120急救中心,几分钟后小型飞行器已带来了他所需要的药品及处理的步骤。我们根据它的特点、功能结合现代科技技术提出我们的方案。

2.1飞行器基本外形设计

我们的设想:飞行器的基本外形为碟形,就如UFO一样,见图(1)。

2.2飞行器所具备的功能

(1)具备垂直起降功能,飞行时速达到800～900km/h(2)具有小型雷达探测功能,实时监测以它为中心、半径为1km球体以内的物体,同时实现高度的定位(3)具备北斗卫星导航数据接收芯片,用来确定飞行器的位置(4)具备3G网络模块及信号增强设备,从而可以实现实时视频传输功能(5)具备飞行器储物空间并配置安全系统功能(6)采用能源:太阳能和电能等

2.2.1技术研究(1)垂直起降技术的原理我们知道,飞机飞行需要克服两种力—重力和阻力。重力是由飞机的气动面,即机翼和尾翼产生的升力平衡的;阻力则是由发动机提供的推力克服的。正常飞机的起飞过程就是飞机在发动机的推动下,克服阻力向前滑跑,当滑跑速度足够大到使机翼产生的升力大于飞机的重量时,飞机就可以离开地面升空飞行了。而垂直起落飞机由于不需要滑跑,就不可能由机翼产生平衡重力的升力,所以要实现垂直起降,就只能把希望寄托到飞机的动力设备—发动机上了。垂直起降飞机就是由发动机提供向上的推力来克服重力实现垂直起降的。垂直起降飞机产生升力的办法有三个,一个是偏转发动机的喷管,第二种是直接使用升力发动机提供升力,第三个是前两种办法的组合,同时使用升力发动机和主发动机。(2)垂直起降技术的优点①具有垂直起降能力的飞机不需要专门的机场和跑道,降低了使用成本。②垂直起降飞机只需要很小的平地就可以起飞和着陆③定点准确,着陆安全性高。(3)小型雷达探测器近年来微电子技术和微电子工艺都经历了飞速发展,固态毫米波器件日益成熟,微波单片集成电路(MMIC)逐渐向频率高端发展,并已经进入毫米波应用阶段,这些都为毫米波集成系统的发展奠定了良好的基础。随着毫米波系统的不断改进,系统对天线的要求也不断提高,这极大程度的促进了毫米波天线技术的发展,不断有新结构、高性能的天线问世,并且相当一部分已经成功应用到了毫米波系统中。36.5GHz小型雷达前端,有单天线体制和双天线体制两种,整个前端集成在25mm和30mm直径的圆柱形金属盒内。小型雷达便于安装在小型飞行器上,其功能强大,能探测方圆100km以内所有的飞行物,控制中心根据雷达所获取的信息,及时调控飞行器,按规划路线飞行。(4)北斗七星终端全球3G移动通信标准之一的TD-SCDMA,便是由中国制定,近年在中国移动、华为等公司合作下,已设计出适用于北斗系统的方案,待北斗系统完成,TD-SCDMA就不必完全受制于美国的GPS。利用卫星导航精确定位与测速的优势,可实时确定飞行器的瞬时位置,有效减小飞行器之间的安全距离,甚至在恶劣天气情况下实现安全飞行。是中国专利3G网络模块。TD-SCDMA作为中国提出的第三代移动通信标准(简称3G),自1998年正式向ITU(国际电联)提交以来,已经历十多年的时间,完成了标准的专家组评估、ITU认可并、与3GPP(第三代伙伴项目)体系的融合、新技术特性的引入等一系列的国际标准化工作,从而使TD－SCDMA标准成为第一个由中国提出的,以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。这是我国电信史上重要的里程碑。TD-SCDMA在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面有独特优势。TD-SCDMA由于采用时分双工,上行和下行信道特性基本一致,因此,基站根据接收信号估计上行和下行信道特性比较容易。此外,TD-SCDMA使用智能天线技术有先天的优势,而智能天线技术的使用又引入了SDMA的优点,可以减少用户间干扰,从而提高频谱利用率。TD-SCDMA还具有TDMA的优点,可以灵活设置上行和下行时隙的比例而调整上行和下行的数据速率的比例,特别适合因特网业务中上行数据少而下行数据多的场合。但是这种上行下行转换点的可变性给同频组网增加了一定的复杂性。我们考虑到以后飞行器数量的增多,会面临IP地址不够用的现状,所以在飞行器上使用最新的IPV6协议,保证有足够的地址使用。机载视频在飞行器起飞和着陆以及接近用户的时候启用,并与控制中心形成信息交互,从而使飞行器能够平稳、安全地着陆。(5)具备飞行器储物空间并配置安全系统功能凭航空公司短信发来二维条码,旅客无需再到机场柜台办理登机牌,可直接登机。昨起,国航国内航班推出手机乘机服务,成为国内首家全程无纸化登机的航空公司。国航和首都机场联合宣布,自5月8日起,在国航国内航班上开通手机乘机服务,包括北京出发的国航实际运营的国内直达航班(不包含西藏航线旅客及婴儿、儿童、病残等需要特殊照料的旅客)。记者看到,这个二维条码电子登机牌是个黑白相间的小图标,旅客进到安检通道后,工作人员用仪器轻轻扫过小图标,旅客身份、航班信息就得到了确认。昨日,中国民航局运输司司长王荣华证实,这是国内首次推出完整的手机乘机服务[5]。利用类似的安全系统可以实现:飞行器到达用户身边时,用户可以用授权码取出所需物件。(6)能源来源太阳能的接收——根据自身所携带的新型太阳能接收板,接收来自外界的太阳能,不用时则可停靠在太阳下充电。太阳能的接收、存储与传输:①当太阳能不够时,控制中心能及时获取信息并对飞行器实施远程无线充电。②当太阳能过多时,控制中心则会采用远程无线充电技术实施反充电,以收集多余能源用于他处。

2.3小型飞行器智能控制中心

2.3.1小型飞行器智能控制中心的运作原理运作原理:用户急需药品并使用通讯工具联系120急救中心,120急救中心确定药品规格及数量,然后把信息传给控制中心,控制中心调配相应规格的飞行器到120中心取药,同时发送授权码给用户,然后通过北斗七星定位系统,直接飞行到用户处,用户通过授权码确认并取出药物。具体见(图2)注:①用户提出需求。②120中心查找并发送药品的信息(外形和重量)给控制中心。③-⑤控制中心通过北斗卫星,确定用户准备位置,并反馈信息给控制中心。⑥-⑦控制中心调配最近适当型号的飞行器确定飞行路线并发授权码给用户。⑧授权的飞行器,在控制中心的调控下自动到达120中心,120中心安装药品并确认,控制中心自动检测完成后起飞。⑨-⑩飞行器到达用户处,用户用授权码取出药品,控制中心检测安全后,返回到基地A。

2.3.2小型飞行器智能线路规划系统只听说过飞鸟与飞机的相撞事故,没听说过在一起飞行的鸟相互撞击的故事,准确的导航系统和先进的智能感应器可以确保众多飞行器在一起飞行的安全性,同时也可以避让其他空中飞行物。由北斗七星全球定位系统确定用户的位置,反馈给控制中心,然后由巨型计算机完成飞行路线分配,并确定航线,防止飞行器互相干扰。利用飞行器中的小型雷达系统实时反馈飞行航线中遇到的障碍(如飞鸟或其他飞行物),然后控制中心可以进行实时的线路调整(如由于自然原因造成的飞行器航线偏离,飞行器可以实现与控制中心数据的实时交互,实现线路的纠正),从而顺利到达目的地附近,接着通过机载摄像头安全地送达用户手中。

3关于小型飞行器在未来社会的大胆展望

(1)静音技术:高速飞行划破空气会产生巨大或刺耳的噪音,最好有一种静音技术,像外星人的飞碟一样来无影去无踪,无声无息。

飞行器范文篇7

1.飞行仿真技术的分类

按照飞行仿真模型类型及其实现方式的不同，可以分为全数字仿真、半实物仿真和人在回路仿真三类。下面从这三类介绍飞行仿真技术。

1.1数字仿真

在计算机出现之前，仿真都是利用实物或物理模型进行行业曲线linkindustryAppraisementDOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2022.11.010可替代度影响力可实现度行业关联度真实度研究，例如风洞试验与模型飞行试验等，由于物理试验操作复杂、成本较高，并且存在一定程度的不可重复性，随着计算机的发展和应用，人们开始使用计算机进行仿真。数字仿真就是建立数学模型在计算机上反复进行的试验，是利用编程建立飞行器的数学模型进行仿真计算。数字仿真无需做模拟环境的各种物理效应设备，直接利用键盘等外部输入设备改变系统参数，经过仿真计算后，将仿真结果输出至外部显示设备。数字仿真流程如图1所示。数学仿真尤其适用于研究开发、方案论证和设计阶段。

1.2半实物仿真

半实物仿真又被称为含实物仿真，通过在仿真试验系统的仿真回路中接入所研究系统的部分实物来实现仿真试验目的。半实物仿真系统首先建立飞行器的动力学模型并布置在计算机上，然后将需测试的传感器等物理设备通过以太网或总线的方式接入计算机，实现对需要测试的实物进行评估，半实物仿真必须实时运行。典型的半实物仿真如图2所示一般可以分为下面几个模块：（1）仿真计算机，计算机上布置飞行器数学模型和计算程序；（2）环境模拟设备，包含运动设备、视景设备等；（3）被测实物，可以是飞行器的航空电子设备，也可以是飞行控制设备等。

1.3人在回路仿真

人在回路中的仿真是一种操作人员或飞行员在系统回路中进行操纵的仿真试验。人在回路中仿真仍然通过建立的数学模型在计算机上进行，但是要求有相应的形成人感觉环境的各种物理效应设备，如图3所示。这种仿真系统可以实现对飞行器性能、操作人员、或整个人-机系统的评价。与半实物仿真系统相同，必须实时运行系统。

2.飞行仿真技术的发展现状

2.1数字仿真

我国在数字仿真技术上起步较晚，但是随着计算机技术的发展，数字仿真迅速发展，取得了卓越进步，航空领域作为我国致力发展的重要领域，数字仿真机从产生就一直被应用于军事方面的仿真研究。1982年，我国在“数字仿真计算机方案审定会”制定了中国全数字仿真计算机的研制方案。1985年，成功研制中国第一台全数字仿真计算机系统银河仿真I型机系统（YH-F1），但是银河仿真I型机存在浮点运算的局限性，精度还有待提高。为了解决这些问题，升级了算法，研制了全数字仿真计算机系统-银河仿真Ⅱ型机系统（YH-F2），1995年YH-F2通过国家鉴定，在火箭、导弹等飞行器的研制中发挥了极其重要的作用。随着计算机技术的发展，基于Alpha高性能处理器和OpenVMS操作系统的YHSSC仿真系统在1996年问世。随后在2002年，基于Intel平台和WindowsNT系统的实时仿真平台YH-Star通过国家鉴定。小型机和微型处理器的迅速普及，为全数字仿真提供了良好的发展环境，大量科研或工程人员参与到全数字仿真建设中。为了实现特定目的的全数字仿真，这些学者和工程人员开发了相关领域的仿真语言和软件工具。随着云计算概念的发展，2012年航天二院建设了基于云平台的COMSIM-CSP仿真平台。国内高校为全数字仿真平台做出了突出贡献，北京航空航天大学成功建设SO-SMA仿真网络架构。国防科技大学的StarLink采用层次式RTI体系架构，可以将不同仿真模块接入仿真系统中。中国科技大学2018年了11比特的云接入超导量子计算服务，用户可以自行上传或编写量子程序，下载程序运行结果。量子计算机卓越的计算性能将会在很大程度上带动全数字仿真技术的发展。全数字仿真可以贯穿于装备论证、研发、试验鉴定和战法推演等各个进程。目前全数字的应用可以分为工程级、武器级、任务级和作战级四个层次的全数字仿真试验系统。然而，随着飞行器的硬件规模和软件代码越来越复杂，各个子系统之间的交互随之增加，一些子系统的物理设备难以实现数学建模。为了实现复杂系统的仿真，也为了提高仿真精度，对于没有规律、难以建立数学模型的系统采用实物的方式实现。不仅解决建模的难题，使得仿真环境更接近真实的试验环境，提高仿真结果的可信度。

2.2半实物仿真

与西方发达国家相比，国内半实物仿真技术起步较晚，20世纪50年代末才进行半实物仿真试验研究。半实物仿真试验最早应用在飞行器的飞行控制系统研究上，自行研制了三轴转台等仿真设备。随着半实物仿真技术的成熟，国内逐渐开始使用半实物仿真试验设备进行试验，同时也促进了半实物仿真技术的发展。20世纪90年代中后期至今，各种新型号武器装备研制对于半实物仿真技术的发展需求更为迫切。半实物仿真技术的研究得到了快速发展。各固定翼和旋翼主机厂所和导弹研发基地也建立了半实物仿真环境（又称铁鸟试验台），用于进行飞行器各子系统的全尺寸实物综合实验，特别是验证飞行控制系统性能是否满足规范要求。20世纪90年代开始，我国开展了半实物的分布式交互仿真、虚拟现实等先进的仿真技术及其应用的研究。国内很多研究所和高校都对半实物仿真技术的发展做出了突出贡献，随着微电子、信息技术、计算机技术、制造技术的发展，半实物仿真技术的发展已得到了长足的发展。我国自行研制的一些半实物仿真系统已经达到世界前列。目前半实物仿真技术已成功与外场试验相结合，完成了飞行器性能评估、鉴定研究等工作。

2.3人在回路中的仿真

飞行模拟器是典型的人在回路仿真系统，按用途可以分为两类：一类用于工程设计和研究。在新型飞机或系统的研制以及进行某项专项研究时，通过优化调整关键系统的参数，得到最佳分配效果，实现系统最优。另一类用于飞行训练，在对飞行人员进行新机种驾驶技术和技术保持训练方面。具有极高的安全性和经济性。我国飞行模拟技术研究起步较晚，从20世纪50年代至今，历经从国外引进、自行研制、快速发展三个阶段。我国早期的飞行模拟器主要靠引进，如三自由度气动式训练器TA-1·及固定式米格型训练器都是从苏联引进。长期的技术垄断迫使中国自行研制飞行模拟器。1969年，由空军某厂与地方高等院校、研究所联合研制成功J6飞机仪表飞行图2半实物仿真系统图3人在回路中仿真系统练习器，这是我国自行设计的第一台实用的仪表飞行训练器，能够非常真实地模拟歼6战机的仪表功能，具有很高的训练价值。随后于1999年研制出国内第一台实像式飞行模拟器。目前，我国飞行模拟技术得到了比较广泛的应用，研制单位及相关人才也在不断地增加，飞行模拟训练设备鉴定团队逐步组建和鉴定法规逐渐健全，飞行模拟技术得到了极大的发展，先后成功研制视景系统和六自由度运动系统等关键分系统，促进飞行模拟器的快速发展。2003年，北京蓝天航空科技公司研制的MA60全任务飞行模拟器获得国家中国民航局C级认证，MA60模拟器确定了具有自主知识产权的飞机飞行数据包。2020年，北京蓝天研发的第三代完全自主知识产权MA60系列飞机全动模拟器通过了中国民航总局CCAR-60部的D级认证。天津华翼蓝天主营航空模拟设备，已研制出十几种机型的飞行训练器、工程模拟设备和科普飞行体验设备。2019年，华翼蓝天自主研发的国产首台A320飞行模拟机通过中国民航局D级鉴定。该模拟机采用空客2.0版本数据包，配置空客驾驶舱硬件组件、泰雷兹航电设备、柯林斯EP8100视景计算机。穆格六自由度电动平台及操纵负荷系统、ASTI高保真声音系统。上海华模科技聚焦于民航最高端D级全任务飞行模拟器的研发和生产，涵盖FTD、MTD、IPT、CBT等多型航空训练模拟设备的研制。2020年，华模科技研发生产的A320-NEO/CEO全动飞行模拟器通过中国民用航空局D级认证，拥有完整自主知识产权。模拟器采用E2M全电动六自由度运动系统，座舱设备大量采用真机件。视景系统采用DLA-VS2300投影仪，配置EP8100视景计算机，可提供200°×45°视场角。北京摩诘专业从事模拟器及各分系统的研发、生产、销售。其研制的大负载六自由度电动运动平台，达到了国内领先水平。2020年引进了西班牙Indra研制的AS350直升机D级模拟机，视场角210°×80°，使用10通道WQXGALED投影仪，运动平台采用穆格14t全电平台。此外，航空工业集团各主机厂所也根据自身情况，先后开展自己设计的飞机、直升机训练模拟器的研制工作。

3．飞行仿真技术的发展趋势

飞行仿真涉及内容多、范围广、技术复杂，必须制定飞行仿真技术的标准化。随着飞行仿真技术的不断发展，仿真系统的规模越来越大，越来越复杂，新开发的仿真系统日益复杂，涉及技术和领域也更加广泛，飞行仿真标准与规范尤为重要。提升飞行器建模与复杂环境（自然环境和电磁环境）建模能力，提高仿真精度。无论是训练模拟系统，还是作战试验平台，都离不开各类不同精度的仿真模型，并且仿真模型在一定程度上决定了仿真系统的功能和性能，决定了系统的可用性和结果的可信度。飞行器建模涉及飞行器各分系统建模，包含飞行器气动建模、发动机建模、航空电子建模、飞行控制建模等核心部件建模。复杂环境包含地理地形、大气、空间等自然环境和电磁、光学等人为环境。复杂自然环境建模能力的提升依赖自然环境特征量的提取技术、多维数据场的动态建模技术、综合自然环境的多分辨率建模与模型压缩简化技术等多项技术的发展。复杂人为环境的建模能力的提升包含电磁源辐射建模与仿真、电磁环境效应建模与仿真、电磁场空间分布建模与可视化等技术的发展。推进基于分布式仿真的多平台、多领域飞行仿真技术发展。飞行仿真不仅承担着飞行训练任务，也担负着战术训练任务。飞行模拟器带来的军事效益和经济效益，促使各国将微电子、自动控制、人工智能、信息技术和虚拟现实等领域的最新技术充分应用到飞行模拟器中，进一步增强模拟的真实性。另外分布式仿真技术研究与应用使得分布在不同地方的各仿真系统可以扩展为综合任务训练系统，实现多兵力、多兵种协同作战训练，以及跨军种联合作战训练。飞行训练系统的重要趋势是促进各类训练模拟系统的综合集成、深化部队异地训练、联合训练，提升模拟训练的组织水平。促进飞行仿真在飞行器系统的全寿命和全方位方向发展。改变以往先有实体机再研制飞行模拟器的方式，将飞行模拟器的研制和使用与相应机型的论证、设计和生产同步进行，这样不仅可以在飞行模拟器上论证新技术和新设备的应用，还可以加快飞行员的训练，缩短新型飞行器的投入运营时间。

4．结语

飞行器范文篇8

0引言

随着航空技术的持续进步以及全球经济活动的发展，航空客运和货运活动在过去几十年中一直保持增长态势，尤其是进入21世纪以后，世界航空客货运周转量快速上升，并将在未来相当长的时间内保持下去。与此同时，在全球变暖趋势以及环境污染问题日益严重的背景下，人类飞行活动对于环境的影响正在受到越来越多的关注。航空业对于环境的不良影响主要体现在噪声、空气质量、水质量、能源消耗以及温室气体排放等方面，如何减少飞行活动对于环境的影响，已经成为目前以及未来航空技术的主要发展方向之一。欧盟早在2000年就了《2020欧洲航空发展愿景》，提出了非常雄心勃勃的环境目标：到2020年，飞机噪声相对于2000年的水平降低一半，二氧化碳排放量（等价于燃油消耗量）降低一半，氮氧化物排放量降低80%。为了确保这一宏伟愿景的实现，欧盟专门成立了欧洲航空研究咨询委员会（ACARE）。该委员会通过制订战略性研究议程（SRA），指出各种技术解决方案的战略性方向以及研发工作的路线图，以确保2020年愿景目标的实现。在SRA的指导之下，欧盟已经于2010年发起了一个预算投资16亿欧元的庞大计划——清洁天空（CleanSky）计划。美国在这样的世界性的航空发展局势下，也开始陆续开展与环境有关的航空技术研究。美国国家航空航天局（NASA）2006年发起亚声速固定翼（SFW）项目，并在2009年将其升级为技术成熟度水平更高的环境责任航空（ERA）计划。

1环境责任航空计划的来源

2006年1月，NASA的航空研究任务理事会（ARMD）提出了覆盖从亚声速到高超声速的全部飞行环境下的航空核心能力研究计划，一共是四个，包括基础航空计划、航空安全计划、领空系统计划和航空试验计划。2006年5月24日，ARMD公布了航空核心能力研究计划的研究通告，其中基础航空研究计划包括四个子项目：亚声速固定翼项目、亚声速旋转翼项目、超声速项目和高超声速项目。其中，亚声速固定翼项目有两个目标，一是发展减少设计过程中不确定性的预测和分析工具，二是发展在噪声、排放、性能参数方面有显著提高的概念与技术。其发展的概念与技术均应用于亚声速或跨声速飞行器，主要关注技术成熟度1级到3级的领域，少量技术在基础研究情况较好的情况下，也可进行实验室环境下的部件试验，即将技术成熟度等级推进到4级。实际上，亚声速固定翼项目后来成为了ERA计划的基础。随着研究工作的开展，基础研究领域取得越来越多的研究结果，NASA认为应该将一些较为突出的技术向更高的技术成熟度等级推进，于是在2009年开始实施综合系统研究计划（ISRP）。该计划主要针对一些有前途的概念、技术和探索来组织系统级的研究，要将其发展到可以进行飞行器整机缩比模型风洞试验的程度，技术成熟度至少到6级，同时评估和验证其对环境的优势。ISRP包括两个子计划，一个是无人飞行器系统（UAS）计划，另一个就是环境责任航空（ERA）计划。

2环境责任航空计划的技术目标

2009年5月14日，美国国家研究委员会航空与空间工程委员会召开了专家论证会议，在会上确定并了ERA计划的技术发展纵览。ERA计划的总体设想是发展一个或多个可行性和前瞻性好的飞行器设计方案，使其能同时满足国家对噪声、排放和性能的要求，最终能够在减少或消除对环境不利影响的同时使航空实现可持续发展。主要任务有两项，一是通过性能研究，探索和评估飞行器设计概念以及实现技术在减轻航空对环境影响的潜能方面的可行性、有益性、依赖性和风险性；二是与其他航空研究机构形成技术交流与反馈，促进NASA基础航空项目的研究与发展。ERA计划主要针对第二代飞行器概念以及如何实现这些概念的技术进行研究，还有与环境相关的系统与子系统的研究。由于NASA与美国国防部、军方关系密切，ERA计划也同时具备了两方面的特殊背景需要：一是要保证该计划在国家安全和国土防御方面都可以使用，确保在航空运输方面的机动性，同时必须贯彻安全性与成本效应原则；二是必须满足能源多样性需要，即能够使用代替燃料，而不是需要新制造代替燃料。ERA计划的具体目标如表1所示。世界各大航空研发机构都于近十年推出了多种机身外形和飞发匹配形式较为新颖的飞行器设计，但是其对应的技术却不是都能满足ERA计划的要求。由于ERA计划针对的技术成熟度等级已经达到6级，进入了模型或原型机实际环境验证阶段，对技术的可行性和可操作性提出了较高的要求，主要包括：与传统飞行器特点相比，改变尽可能要少；多应用先进的传统结构形式或可替代结构形式；增加涵道比的同时降低噪声；低氮氧化物燃烧技术和减少燃油消耗技术；多使用轻质结构，通过降低阻力和耗油率来改善燃油经济性。这些要求可以用公式（1）表示。其中，安装耗油率与发动机耗油率相关，升阻比与飞行器气动设计相关，空重与轻质材料及结构使用相关。=ln1++（1）针对上述研究目标和技术要求，ERA技术纵览认为，有很多概念方案的设计可以满足这些要求，但是绝大多数还停留在纸面上。其中翼身融合飞行器方案被关注较多，已经在很多细节上进行了研究。翼身融合飞行器方案始于1989年NASA的先进概念工厂，1990年代就确定了概念研究和技术难点演技，一直延续至今。翼身融合飞行器比传统的圆柱形机身减少了33%的流动接触面积，由此可以带来巨大的减小黏性流动阻力的潜能。其典型优点包括更高的燃油效率、更小的环境影响和更好的操纵性。与此对应的技术难点包括非圆柱体压力舱设计、飞行包线边缘的飞行力学设计和飞机发动机一体化设计。ERA技术纵览提出了降低燃油消耗和噪声的指标，并提出了可供参考的实现技术方法和路径。其中，燃油消耗减少潜能的参考对象是1997年大型双通道飞机波音777-200型所采用的技术和油耗指标。ERA计划从机身、机翼、发动机、发动机短舱、进气道和客/货舱体六个大型部件入手，在复合材料、结构设计、层流控制、混合层流控制、附面层吸收等技术方面针对传统机身机翼、翼身融合和先进翼身融合式飞行器，提出了油耗降低总目标和每个主要部件的技术进步应该带来的贡献，如图1所示。ERA计划对应噪声降低也同样给出了总指标和各项技术进步能带来的参考贡献，如图2所示。

3环境责任航空计划的途径与实施

ERA计划聚焦于噪声、能量效率和排放等三方面的技术研发与验证应用，但同时也考虑到了飞机的设计是多种因素的平衡，其中最重要的是安全，还要兼顾成本、航程、可靠性、维修性、酬载、乘客舒适度、起降所需跑道长度、巡航高度、巡航马赫数和着陆速度等众多因素。因此，按照技术的分类和相互影响与制约，ERA计划分为计划管理、机身技术、推进技术和系统综合技术等四个研究领域。每一个技术领域的研究内容都较为专业，具有很强的针对性。对于有交互影响的技术内容还专门设置了系统综合技术这一研究领域。其中，计划管理主要关注实施的步骤、路线图与进度等；机身技术研究主要技术成熟度4级到6级N+1代2015年N+2代2020年N+3代2025年噪声-32dB-42dB-71dBNOx排放-60%-75%-80%飞机燃油消耗-33%-50%-60%表1ERA计划的目标=ln1++×包括轻重量结构、飞行力学与控制、降低阻力和减小噪声，主要关注升阻比、空机重量和机身噪声，发动机的安装位置却不是第一考虑；推进技术研究主要包括燃烧室、推进器和核心机技术，主要关注耗油率、发动机噪声和排放指标，机身系统则不是第一考虑；系统综合研究主要包括系统分析、推进与机身综合、推进与机身气动声学和先进的整机概念，主要关注整机升阻比、整机重量、整机耗油率、整机排放指标和整机噪声，首要考虑推进系统与机身的相互影响。按照ERA计划的流程，2009年NASA在一些初步研究的基础上，开始进行ERA计划的讨论与建议，除NASA外，政府其他研究机构、大型企业和高校，以及其他国家的一些先进航空研发机构都有参与。第一阶段研究从2010年开始，计划在2012年底结束，主要针对2009年5月NASA的研究公告所限内容，并对计划在2012年决定的下一阶段研究内容的关键研究结果与结论进行研讨。第二阶段的研究工作预计从2013年开始，具体研究内容尚未最后确定。整个ERA计划的预算从2010年开始，最初的预算只计划到2014年，五年的投资分别是6240万、6440万、6710万、6440万、6050万美元，五年共计划投入3亿1880万美元。但实际上，在2012年进行第一阶段总结时，前三年的实际投资已经比2009年的计划多了230万美元。2009年5月，NASA的研究公告所限内容主要分为三个研究主题：第一个主题是第二代先进飞行器概念，主要包括飞行器概念的发展与可行的技术路线、为后续阶段所进行的关键系统研究等；第二个主题是低氮氧化物燃烧室，主要包括相关概念的发展与可行的技术路线、一些初始的火焰筒试验等；第三个主题是如何快速启动系统研究的方法，包括第一阶段研究的补充、一些可以为ERA目标服务的早期技术进步与成果的转化等。ERA计划第一阶段的研究范围包括：对从基础研究项目成果中得到的部分概念和技术进行系统级别的试验，系统综合设计与多学科风险分析。其中包括六个关键技术：1）低重量和强度许可范围内的复合材料使用；2）为降低阻力而进行的层流控制；3）能够对新飞机结构形式进行控制的飞行力学技术；4）低排放燃烧室技术；5）油耗和噪声都降低的推进综合技术；6）为降低噪声而使用的屏蔽翼技术。第一阶段完成以后，当时预期的成果包括从众多研究中挑选和确认一些概念与技术，这些概念与技术应该已经经过可行性、有利性、依赖性和风险性研究与评估，并且能揭示一些在多学科交互影响下产生的难以预料的问题和现象；还要形成一些完全创新的或者提炼创新的想法，也可以二者兼而有之，为后续研究做准备。除了这两方面，还计划得到一些详细的成果报告来修正系统研究，以便对第二阶段预计的研究工作进行优先排序和内容取舍。针对技术成熟度6级的特点，技术纵览要求ERA计划在第一阶段结束时就拿出模型验证机，要求验证机必须保证几何高度逼真，并要求验证机能完成四项任务：1）验证空气动力学设计，包括最小缩放比例的高雷诺数和高速可压缩效果；2）验证飞行气动声学试验，主要是噪声源的机理，要求缩放的比例合适，能研究清楚噪声的衰减和屏蔽效果；3）验证气动弹性和飞行力学技术；4）能够评估先进的飞行控制概念。ERA计划在第一阶段就要求这样的模型验证机是有很多好处的。通过在验证机上进行的技术系统综合研究确保满足下两代目标的各种技术进步同时进行，增加对技术相互依赖与相互影响的理解以及硬件的系统综合能力；通过全包线试验可以增加多偏离数据点的有效性，验证真实条件下的飞行雷诺数影响；为技术特性和设计方法的有效性提供数量更多、质量更好的试验数据；收集真实的飞行质量、乘客乘坐质量和客舱噪声数据；作为包括推进技术在内的未来技术概念试验台架进行预先试验技术的贮备。

4环境责任航空计划的最新成果

经过2010～2011两年的正式实施，2012年1月11日，ERA计划借着第50届航空宇航科学会议举行了成果汇报会。三家著名航空企业——波音、门(诺格)公司，分别汇报了各自的飞行器研究成果，包括瞄准2025年投入运营的首选系统概念(PSC)设计，分为传统机身和翼身融合两种飞行器，以及翼身融合式飞行器的模型验证机。波音公司的PSC包括三种飞行器，分别是先进的传统机身、先进的双发中部安装传统机身以及翼身融合，如图3所示。其中，传统机身飞行器配装的是罗-罗公司的先进三轴涡扇发动机，而翼身融合飞行器则可以配装普惠公司的齿轮驱动风扇发动机（GTF）或者罗-罗公司的开式转子（OR）发动机，翼身融合模型验证机为65%缩比，动力方案采用的是两台普惠公司的GTF发动机。洛马公司的PSC由著名的臭鼬工厂设计，传统机身式飞行器采用的是罗-罗公司的先进涡扇发动机，非传统机身采用的不是翼身融合，而是盒式翼型（BoxWing），如图4所示。洛马公司认为，盒式翼型可以大幅度减阻，并且与现有翼型相似，减少技术难度，大大提高技术可行性和可操作性。盒式翼型飞行器采用的是罗-罗公司的超高涵道比涡扇发动机，其验证机为50%缩比。诺格公司的PSC都采用的是GE公司的发动机，其非传统机身采用的也不是翼身融合，而是类似B2远程轰炸机的飞翼（FlyingWing），如图5所示。诺格公司认为飞翼飞行器稳定裕度大、业载大，而且噪声低，其验证机为55%缩比，动力方案采用4台GE公司TechX高涵道比涡扇发动机。

飞行器范文篇9

理及其被用于测距、测速、测角和姿态测量的具体实现方案。

关键词空间交会对接;激光雷达;激光应用;激光测量

在航天器与空间站的交会和对接过程中,一般将空间站称为“目标飞行器”,是被动的;将航天

器称为“追踪飞行器”,是主动的。交会对接过程分为如图1所示的三个阶段[1]。

图1交会对接飞行阶段的划分

追踪飞行器进入轨道后,在GPS导引和地面的遥控下,在距离目标飞行器约100km处捕获到

目标飞行器,并开始确定测量信息和与目标飞行器建立通信联系,转入自动寻的阶段。可见,飞行器

要进行空间对接必须先进行交会(100km～10m),然后进行对接(10～0m)。空间交会对接不仅

在理论上,而且在技术上都是相当复杂的。特别是交会对接测量系统和敏感器的研究在当前和今后

一段时间都是一个关键研究课题。

自主交会对接范围为100km～0m,国外通常的做法是采用微波雷达(100km～200m)、激光雷

达(20km～10m)、光学成象敏感器(200～3m)和对接敏感器(10～0m)四种不同敏感器完成全过

程交会对接测量任务。虽然这些敏感器在一定程度上互为备份,提高了测量系统的可*性。但是这

种测量系统结构复杂,在目标飞行器还必须装有应答机。为了捕获目标飞行器和测量相对姿态,一

般还装有多部天线,整个测量系统敏感器种类多、投资大,设备比较复杂,重量和体积较大,功耗较

高。所以美国、俄罗斯、欧洲空间局及日本等都在发展激光交会雷达,其中特别发展用于几十km至

0m的复合式激光雷达。这种交会雷达测量精度高、功耗小,体积也较小。

本文从理论和实验两方面入手,研究空间交会对接中的激光交会雷达系统,揭示应用于此领域

的微波和激光交会雷达的优缺点和差异,有助于系统的研制和提高交会对接的可*性。

1国外研究概况、水平和发展趋势

美国在60年代初期首次为“双子星座计划”研制微波交会雷达,作用范围为450km～150m,可

以测出目标航天器的方位角、仰角和距离与速率,并可以数字形式送入导航计算机。在阿波罗飞船

进行登月舱和指令服务舱交会对接时,采用X波段单脉冲比幅连续波雷达。美国航天飞机的交会雷

达是Ku波段脉冲多普勒雷达,并且具有通信收发功能,以时分方式工作。70年代美国成功研前已

经在进行激光交会雷达和光学敏感器等自主交会对接测量设备的研制。前苏联交会对接测量系统

基本上采用无线电测量设备———微波雷达,有时也采用闭路电视系统,能在屏幕上给出前方飞行器

沿滚动轴的方向图像。为使对接系统更加完善,并且具有更高技术性能,前苏联也将激光技术用于

空间交会对接,重点发展激光交会雷达。欧洲空间局虽至今尚未实现在轨交会对接,但从80年代初

就开始研究自主交会对接测量技术和敏感器,其中中短程采用激光雷达,目前正在研制激光交会雷

达。80年代后期日本也开始研制交会对接测量系统和敏感器,主要是扫描式激光雷达。可见,微波

雷达作为远距离交会测量手段比较适合,而在中近距离上采用激光交会雷达则优于微波雷达。

由于近期激光技术的继续发展,采用大功率半导体激光器和改进扫描机构性能,提高跟踪精度

以及在目标飞行器上设置协作目标,从而使复合式激光雷达作为交会对接全过程的测量敏感器成为

了可能。目前这些敏感器大部分还在试验和研制阶段。

表1给出了80年代以来交会对接激光雷达敏感器一览表。

表1激光雷达在空间交会对接中的应用一览表

系统名称报道时间作用距离工作方式

激光对接系统美国约翰逊空间中心1986

年报道

远距离

22km～110m

近距离

100～0m

CW半导体激光器作为光源,光

电二极管作为接收器件,检流计

式扫描装置,姿态测量由PSD和

Wallstion棱镜来完成

多目标和单目标定

向敏感器

NASA1986年报道

多目标100～6m

单目标测量6～0m

析象管为接收器件,相位式测

距,远距离用析象管测角

用于空间交会对接

的扫描激光雷达

日本东京宇航研究所1987

年报道

远距离

20km～200m

近距离

200～0m

CW-GaAlAs激光二极管作光

源,硅APD构成四象限检测器

用作接收器件,利用相位法测

距,用检流计扫描装置

用于自主交会对接

的光电敏感器

德MBB公司1983年报道

20km接近CW-GaAlAs半导体激光器作为

光源,硅APD作接收器件,检流计

扫描装置,姿态测量由CCD完成。

用于交会对接跟踪

激光雷达

日本电气、三菱电机公司

1989年报道

30km～0.2m

近距离CCD成象

GaAs激光二极管,四象限检测

器和CCD成象,音频测距。

交会对接光学敏感

器系统

日本NASDA公司1995年

报道

600～0.3m半导体激光连续测距

CCD成象

有源传感器用于空

间交会对接[2]

美国NASA

1997年报道

110～0m

仰角±8°

方位角±10.5°

850nm半导体激光器脉冲照射,目

标安装角反射器,CCD成象检测。

目前美、俄所实现的空间交会对接都需要宇航员的手动介入,而在未来的许多太空任务如卫星

服务计划、空间站自动补给、深空探索、无人飞船等,则需要无人式的自主交会对接[3]。因此美、俄、

日及欧洲空间局都在发展自主自动交会对接测量系统,特别是复合式激光雷达测量系统。

80年代以来,我国激光雷达技术获得了显著的发展,取得了许多科研成果,基本建立了激光测

距、测速、定位和成像等理论模型和实验系统,完全可以将激光技术应用于我国不久将进行的无人自

主空间交会对接。

448电子科技大学学报第28卷

2激光雷达在空间交会对接中的应用

在实际的空间交会对接中,当相对距离大于100m时,航天员可通过机载微波交会雷达和潜望

镜来获得两航天器之间的相对位置。随着两航天器的逼近,当相对距离小于100m时,由于硬件的

限制,微波雷达不能为最后逼近提供足够精度的测量信息。由于激光本身的波束窄、相干性好、工作

频率高等优点,激光雷达能在交会阶段直到对接的整个过程(20km～0m)中提供高精度的相对距

离、速度、角度和角速度的精确测量,因此它既能用于目前的自动寻的、接近和最后的手动逼近操作

过程,又能为未来无人交会对接任务提供自主导航的扩展功能。

2.1激光雷达系统的组成

激光雷达一般由下列部分组成:激光源、发射与接收光路、信号处理、扫描跟踪机构、目标反射器

和检测器等[4,6]。激光雷达系统的组成如图2所示。

图2激光雷达系统

扫描跟踪机构可完成大角度的光束偏转,从而使雷达能在较大范围内扫描、捕获、最后跟踪目标

飞行器。这种机构大都由两自由度框架组成,框架上固定了反射镜,使光束偏转。由于偏转对象是

光束,所以机构可作得十分精巧、细致,不象微波雷达随动跟踪天线那样笨重复杂。

目标反射器安装在目标飞行器上,一般用角反射器三个相互垂直的反射镜组成),从而使目标反

射器将雷达天线射出的光束按原方向反射回去。此时目标的位置和姿态信息由激光雷达光学接收

天线接收,然后进行检测和数据处理。

2.2在空间交会对接中的激光雷达工作原理

激光雷达的测距、测速和测角原理与微波雷达基本相同[6]。因此用于空间交会对接的激光雷达

包含连续波测距器和位置敏感器两个部分[4,7]。这两部分通过共用光学装置混合起来,其光学系统

工作原理和传输波形如图3所示。

图3距离敏感器的工作原理

用激光二极管分别发射测量距离和位置

的激光光束,经极化混合光学系统,进入目标

反射器,然后光束再反射出来,经分光到距离

和位置接收器。为了区别测距和测位置信

息,分别把光信号调制在f1和f2,其中测距

工作频率f1为几MHz到几百MHz,可以利

用边带频率的相位延迟之差测距。图4为其

实现结构图。

第4期杨春平等:激光雷达在空间交会对接中的应用449

图4距离敏感器技术实现结构

图中PD1、PD2和PD3为光电二极管,它

们把光信号转变为电信号。PD1检测连

续波测距基准信号,PD2检测目标反射器

反射回来的信号,两个信号相比可得出相

位差。

激光雷达比较可*和精确的测速方

法是测量回波信号的多普勒频移。该方

法有两种,第一种要求发射的激光束用几

kHz～1GHz的频率f0去调制,回波信号

的多普勒频率fd由下式表示

fd=

2v

c

f0

式中c为光速;v为距离变化率;f0为调制频率。只要测出fd,利用公式v=fdc/(2f0)即可测量

目标飞行器的相对速度,由于调制技术限制,此方法测量灵敏度不高。第二种方法采用激光光频的

多普勒频率,即上式f0用激光频率来代替,则可以进一步提高灵敏度和测速精度(优于1mm/s)。

激光雷达对目标的角跟踪可采用圆锥扫描法和单脉冲法。激光雷达向目标飞行器发射激光信

号,经目标反射回来,通过光学系统投射到四象限光电探测器上。如果目标反射回来的光信号与测

量光轴有一角偏差,则投射在光电探测器上的光斑在四个象限上的面积不同,经处理后得到相应角

误差信号,从而得到两个飞行器的相对方位角和仰角。

现在,激光雷达也能用于最后的手动逼近和对接阶段,此时主要用来测量相对姿态。激光测距

技术比较成熟,但是激光测量姿态角是一项技术难点。在近距离(约100m)一般采用光学成像敏感

器实现。

光学成像敏感器由安装在追踪飞行器上的成像装置(如CCD摄像机、红外摄像机)和安装在目

标器上的特征光点(如激光二极管或无源光点角反射器)两部分组成。根据安装在目标飞行器上特

征光点的数目和位置,有以下方法:1)三个特征光点在目标飞行器对接口平面内成等腰直角三角形

排列;2)三个特征光点在目标飞行器对接口平面内成等边三角形排列;3)三个特征光点在与目标飞

行器对接口垂直的平面内成等边三角形排列,其中一个安装在对接轴上;4)四个特征光点在目标飞

行器对接口平面内成正方形排列;5)四个特征光点,其中三个特征光点在目标飞行器对接口平面内

成等腰三角形排列,另一个安装在对接轴上[5];6)五个特征光点,其中四个特征光点在目标飞行器

对接口平面内成正方形排列,另一个安装在对接轴上;7)三个不在一条直线上的特征光点在目标飞

行器对接口处根据需要任意布局。

根据1997年NASA报道[5],美国马歇尔太空飞行中心用于近距离的自主交会对接系统的激光

雷达测量相对姿态的主要方法是直接照射法:在激光雷达上安装CCD照相机(响应波长为800nm

和850nm),采用宽发散角(29°)的800nm和850nm脉冲激光光束直接照射按照5)方式排列在目

标飞行器上的边角反射器阵列(吸收800nm,反射850nm),然后根据CCD相机上成像的光点或图

像,经数据处理成为相对距离和姿态[2]。随着CCD面阵的像素增多,数据处理和软件的改善,这种

方法可以获得较高精度。

影响光学成象敏感器姿态测量精度的主要因素有:1)特征光点数目和布局:原则上光点数目越

多和光点与摄像机构成的体积越大,测量精度越高;2)摄像机数目和安装位置:从原理上说摄象机

数目越多,测量精度越高。但通常采用双摄像机已足够,此时可以克服光点本身位置安装带来的误

差和避免算法多解。另外,从空间设备量来说,减少设备总会受到总体设计师的欢迎;3)镜头焦距

与几何失真、图像采集A/D误差与靶面分辨率和成像中心定位误差;4)不同算法与算法数值误差也

是影响测量结果的一个重要因素。

450电子科技大学学报第28卷

国外大量实验表明:相对距离越长,姿态测量误差越大;在长距离(>10m),测量姿态精度比测

量距离精度高;在短距离(<10m),测量距离精度比测量姿态精度高。

3结束语

激光雷达在空间交会对接应用方面,不仅可以作为远距离交会测量手段,也可以作为近距离交

会对接敏感器。与微波雷达相比,它具有以下特点:1)窄波束:用实际可实现的天线孔径,可得到极

窄的激光波束,从而提高测角分辨率;2)大宽带:高的工作频率使激光雷达能获得大信号带宽,从而

提高测距的精度和测角分辨率。3)测速灵敏度高:因激光雷达工作频率高,从而提高了多普勒测量

的灵敏度;4)固态化:采用固体激光器可获得高可*性,可使体积小、重量轻和功耗低;5)可以比较

方便地测量飞行器的相对姿态角。

另外,激光雷达还可以做到无机械运动机构,同时在空间基本上没有无线电传输损耗和衰减等。

因此激光雷达比较适用作为空间交会对接敏感器,特别在中、近距离更为突出。

参考文献

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7林来兴.自主交会对接测量系统和对接敏感器.航天控制,1991,4:40～45

ApplicationofLaserLadarinSpaceRendezvousandDocking

YangChunPingWuJianHeYi

(Inst.ofAppliedPhysics,UESTofChinaChengdu610054)

ZhangWei

AbstractInthispaper,theapplicationoflaserradarinspacerendezvousanddockingis

introduced,Theprincipleofhowalaserradarworksasarendezvousdetector,andthewayitis

implementdeindetectingrange,speedandanglearediscussed.

飞行器范文篇10

关键词：“工程材料学”；航空航天专业；教学改革

“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。

作者:汪涛 周克印 单位:南京航空航天大学材料科学与技术学院

参考文献：

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[2]周风云.工程材料及应用[M].武汉:华中科技大学出版社,2002.

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