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航空航天類包括哪些專業 1、飛行器設計與工程專業
飛行器設計與工程是一門普通高等學校本科專業,屬于航空航天類專業,基本修業年限為4年,授予工學學士學位。
飛行器設計與工程專業培養掌握航空航天飛行器設計相關專業知識,具有一定技術創新、工程實踐能力和管理能力的高級工程技術人才和管理人才。
2、航空航天工程專業
航空航天工程專業是一個專門化學科,培養具有扎實的數學、物理、力學、計算機等基礎理論,掌握航空航天領域的多學科知識,具有良好的綜合能力和創新意識的高級人才。
該專業的學生應掌握數學、物理、動力學與控制、空氣動力學、材料與結構、工程熱力學、控制系統原理、飛行器總體設計、航空電子系統、飛行器制造工藝及設計、實驗等方面的基礎理論和專業知識,具有飛行器總體、結構與系統設計分析的能力。
3、飛行器動力工程專業
飛行器動力工程專業培養具備飛行器動力裝置或飛行器動力裝置控制系統等方面的知識,能在航空、航天、交通、能源、環境等部門從事飛行器動力裝置及其它熱動力機械的設計、研究、生產、實驗、運行維護和技術管理等方面工作的高級工程技術人才。
4、飛行器制造工程
飛行器制造工程專業旨在培養從事飛行器制造領域內的設計、制造、研究、開發與管理的高級工程技術和管理人才,需要研讀4年,畢業后授予學位工學學士。
航空航天專業的就業前景 隨著我國航空航天事業的迅猛發展,國家在航空航天人才培養方面的投入也越來越大,這個專業從曾經的“小眾神秘”,到現在讓許多理工類人才都懷揣起了“航天夢”,其就業前景寬廣無限。
關鍵詞:先進復合材料;航空航天領域;飛船;衛星;火箭;飛機 文獻標識碼:A
中圖分類號:V257 文章編號:1009-2374(2016)13-0039-04 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2016.13.019
1 概述
現階段,我國航空航天事業得到前所未有的發展,航空航天領域對材料的要求不斷提升,為了滿足航空航天領域對材料性能的要求,應該研發新型、高性能的材料,先進復合材料應運而生,其具有多功能性、經濟效益最大化、結構整體性以及可設計性等眾多特點。將先進復合材料應用在航空航天領域,能夠有效地提高現代航空航天器的性能,減輕其質量。和傳統鋼、鋁材料相比,先進復合材料的應用,能夠減輕航天航空器結構重量的30%左右,在提高航空航天器性能的同時,還能降低制造和發射成本。現階段,先進復合材料已經成為飛船、衛星、火箭、飛機等現代航空航天器的理想材料,同時,先進復合材料已經和高分子材料、無機非金屬材料及金屬材料并列為四大材料。因此,文章針對先進復合材料在航空航天領域應用的研究具有重要的現實意義。
2 我國先進復合材料發展現狀
自20世紀70年代開始,我國就開始了對復合材料的研究工作,經過40多年的研究與發展,我國先進復合材料的技術水平不斷提高,并且取得了可喜的進步。現階段,我國先進復合材料在航空航天領域中的應用,逐漸實現了從次承力構件向主承力構件的轉變,被廣泛地推廣和應用在軍機、民機、航空發動機、新型驗證機和無人機、衛星和宇航器、導彈以及火箭等領域,即先進復合材料已經進入到實踐應用階段。但是,我國先進復合材料技術的發展和研究成果與國外發達國家的水平還具有一定的差距,現階段我國先進復合材料的設計理念、制備方法、加工設備、生產工藝以及應用規模等都相對落后。例如,我國軍用戰斗機中復合材料的用量低于國外先進戰斗機的復合材料用量,僅有少數的軍用戰斗機超過20%,例如J-20其復合材料的用量約為27%。我國成功研制的C9型民用飛機,單架飛機的先進復合材料的用量超過16噸,標志著我國先進復合材料在航空航天領域的應用水平在不斷提高。
3 先進復合材料簡介
3.1 先進復合材料的組成
復合材料是由金屬、無機非金屬、有機高分子等若干種材料采用復合工藝組成的新興材料,先進復合材料不僅能夠保留原有組成材料的特點,還能夠對各種組成材料的優良性能進行綜合,各種材料性能的相互補充和關聯,能夠賦予新興復合材料無法比擬的優越性能。先進復合材料簡稱ACM,指的是碳纖維等高性能增強相增強的復合材料。先進復合材料的多種性能都優于普通鋼、鋁金屬材料,在航空航天領域的應用,能夠有效地減輕航空航天設備的重量,同時賦予航空航天設備特殊的性能,例如吸波、防熱等。
3.2 先進復合材料的特性
先進復合材料的特性主要表現為:
3.2.1 多功能性。先進復合材料經過多年的發展,結合了眾多優異的物理性能、力學性能、生物性能以及化學性能,例如防熱性能、阻燃性能、屏蔽性能、吸波性能、半導性能、超導性能等,并且不同的先進復合材料的組成不同,其功能性存在一定的差別,綜合性、多功能性復合材料已經成為先進復合材料發展的必然趨勢之一。
3.2.2 經濟效益最大化。先進復合材料在航空航天領域的應用,能夠減少產品部件數量。由于復雜部件的連接不需要進行鉚接、焊接,因此對連接部件的需求量降低,有效地減少了裝配材料成本、裝配和連接時間,進一步降低了成本。
3.2.3 結構整體性。先進復合材料可以加工成整體部件,即采用先進復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雜的部件,用金屬制造的可行性較低,采用先進復合材料能夠很好地滿足實際需求。
3.2.4 可設計性。采用樹脂、纖維、復合結構方式,能夠獲得不同形狀、不同性能的復合材料,例如選擇合適的材料、鋪層程序,能夠加工出膨脹系數為零的復合材料,并且復合材料的尺寸穩定性優于傳統金屬材料。
4 先進復合材料在航空領域的應用
傳統的飛機制造以鋼、鋁、鈦合金為主要材料,而傳統飛機上應用比例最大、構成輕質結構主體的鋁合金正在被越來越流行的復合材料所替代。我們所指的復合材料主要是以高性能纖維作為增強體,用樹脂作為基體將纖維粘結在內部并固化成型的高性能塑料。隨著復合材料的迅速發展和廣泛應用,當前先進的復合材料在飛機上的關鍵應用部位和用量的多少,已成為衡量飛機結構先進性的重要指標之一。由于碳纖維材料具有耐高溫、密度低、強度大等特點,目前在航空航天領域運用最為廣泛。與密度達到2.8g/cm3左右的鋁合金相比,先進的碳纖維復合材料密度一般在1.45~1.6g/cm3左右;而拉伸強度可以達到1.5GMPa以上,超過鋁合金部件的3倍,接近超高強度合金鋼制部件的水平。這種密度低、強度剛度高的優勢,使飛機的復合材料結構部件在獲得與先進鋁合金部件在強度剛度等綜合性能方面相當的水平時,重量可以大幅減少20%~30%。復合材料在飛機結構中的應用情況大致可以分為三個階段:第一階段是應用于受載不大的簡單零部件,可減重20%;第二階段是應用于承力大的部件,可減重25%~30%;第三階段是應用于復雜受力部位,如中機身段、中央翼盒等,可減重30%。復合材料主要用于制造航空器的外飾和內飾部件,如飛機的一次構造材料:主翼、尾翼、機體,二次構造材料,副翼、方向舵、升降舵、內裝材料、地板材、桁梁、剎車片等及直升飛機的葉片。根據統計,小型商務機和直升飛機的碳纖維復合材料用量已占55%左右,軍用飛機占25%左右,大型客機占20%左右。
4.1 軍機上的應用
為滿足新一代戰斗機對高機動性、超音速巡航及隱身的需求,20世紀90年代后,西方戰斗機全部大量采用復合材料結構。先進的復合材料也大大增加了軍用運輸機的有效載重,增大了軍用飛機的載油量,克服常規材料在高超聲速飛行器研制中存在的瓶頸問題。因此,先進復合材料被廣泛地應用在軍機上,例如,碳纖維增強樹脂基復合材料,在軍機主結構、次結構以及特殊部位等方面的應用,有效地提高了軍機的耐腐蝕性、抗疲勞性,同時還具有明顯的減重效果;再如,F22由于存在超聲速巡航需求,飛機外表面會長時間與空氣高速劇烈摩擦,因此在機翼復合材料上放棄了環氧基樹脂,而使用雙馬來酰亞胺樹脂基體以獲得260℃的最大工作溫度。
4.2 民機上的應用
民機和軍用飛機不同,民用飛機作為以載客飛行和運營為目的的交通工具,對安全可靠性和經濟性要求更加嚴格。復合材料在飛機上大量應用的時間還比較短,在對材料工藝穩定性和有關試驗數據尚不十分充分的情況下,應用較多含量的復合材料需要大量時間和實踐的積累。民航上的復合材料應用受限,使用分為兩類:結構件用復合材料、艙內材料。
以波音787為例,每架飛機的結構比例中有50%是重約35噸的復合材料,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客機改名為A-350 XWB,XWB意為超寬機身,復合材料的比例達到了52%,是現在所有大型商用飛機中最高的。A-350XWB的機體比B-787還寬13cm。作為世界上僅有的兩個大型商用飛機研制巨頭,波音、空客先后推出復合材料占結構比例50%的主力型號,這意味著大型客機結構設計以復合材料為主要材料的時代已經拉開序幕。波音787等新一代復合材料飛機上實現的性能提升,并不僅僅是依靠低密度材料減重得來。實際上復合材料在工藝、結構力學設計上,都有著傳統金屬材料所完全無法比擬的優勢,比如復合材料可以做出超大尺寸的整體結構部件,而且尺寸大小不會隨著溫度高低而產生變化。
國產大飛機在復合材料的應用上還比較保守,公開的報道顯示,復合材料的使用量約占C919飛機結構重量的20%。飛機上使用的復合材料主要是碳纖維增強樹脂基復合材料,它們具有高耐腐蝕、質量輕等特點,在這些性能上的確要超過一般的金屬材料。通常復合材料的價格大約是常規鋁合金材料的幾十倍,即便是我們看起來已經很金貴的鋁鋰合金材料,其價格也比復合材料低得多,所以C919僅為波音737價格的1/2左右。
4.3 航空發動機上的應用
對于航空領域,特別是發動機的結構設計制造而言,高性能系統所需的輕質和耐高溫等特性越來越重要。航空發動機產業是指渦扇/渦噴發動機、渦軸/渦槳發動機和傳統傳動系統以及航空活塞發動機的集研發、生產、維修保障服務于一體化產業集群。新的材料和工藝不斷研發以應對新一代航空發動機的發展趨勢,尤其是先進復合材料的應用,GE-AEBG公司、惠普公司在制造飛機發動機零部件時都采用了先進復合材料,主要包括風扇出風道導流片、風扇罩、推力反向器等部位。先進復合材料在航空發動機上的應用具體表現在以下兩個方面:
4.3.1 陶瓷基復合材料的應用。陶瓷基復合材料是將碳化硅陶瓷纖維與碳化硅基底材料復合后,再涂覆一層專用涂層提升其性能,密度僅為金屬材料的三分之一。由于陶瓷基復合材料具有的耐高溫屬性,因此在發動機流道中使用空氣代替,在發動機高溫區只需要較少甚至不需要冷卻氣體,渦輪扇發動機大幅減重,意味著發動機運轉效率更高,提高了發動機的性能、耐久性、燃油經濟性和高推重比。F-35戰斗機使用的F135發動機是有史以來戰斗機上安裝過的推力最大的噴氣式發動機,F135使用了陶瓷基復合材料(CMC),主要用在F135-PW-600噴管的外側部分。
以GE航空集團為例,陶瓷基復合材料在GE航空集團的技術路線圖上是一條關鍵路徑。通用電氣航空集團將于2016年新建兩個復合材料制造廠,用于碳化硅和陶瓷基復合材料的批量制造,這兩種復合材料都是制造噴氣式發動機零部件的必備材料。GE公司是所有廠商中第一個決定使用CMC制造旋轉葉片的,通過把陶瓷基復合材料葉片安裝在發動機上試車,它們已經證明了旋轉CMC葉片的性能,這是一個重要的里程碑。
4.3.2 樹脂基復合材料的應用。樹脂基復合材料具有降噪能力強、耐腐蝕性強、耐疲勞能力好、比模量高、強度高等眾多優點。通過將樹脂基復合材料應用在航空發動機的冷端結構、反推力裝置以及發動機短艙等結構上,不僅能夠降低發動機的重量,還能夠提高發動機的耐腐蝕性、抗疲勞性以及強度等。例如,JTAGG驗證機的進氣機匣利用PMR15樹脂基復合材料,該種先進復合材料的應用比傳統鋁合金進氣機匣的重量降低了25%。
4.4 新型驗證機及無人機上的應用
現代戰爭理念的改變,使無人機倍受青睞,無人戰斗機是未來航空武器的一個重點發展方向。無人機除在情報、監視、偵察等信息化作戰中的特殊作用外,還能在突防、核戰、化學和生物武器戰爭中發揮有人軍機無法替代的作用。無人機的發展方向是飛行更高、更遠、更長,隱身性能更好,制造更加簡便快捷,成本更低等,其中關鍵技術之一就是大量采用復合材料,超輕超大復合材料結構技術是提高其續航能力、生存能力、可靠性和有效載荷能力的關鍵。和傳統的鋁合金混合結構相比,以復合材料為結構的無人機,例如“全球鷹”“捕食者”等無人機都采用先進復合材料。以“全球鷹”為例,該種無人機的機翼、尾翼都采用石墨/環氧復合材料,采用該種復合材料制造的無人機,和傳統鋁合金混合結構的重量相比降低了65%。再如,諾斯羅普?格魯門公司研發的X-47無人戰斗機,為了滿足生存力、機動性、隱身性能等特殊要求,該無人機除了接頭部位采用了少量的鋁合金外,幾乎整個機體都采用先進復合材料。依靠復合材料,設計師還可以做出傳統金屬材料所無法達成的氣動力學設計,比如超聲速飛行的前掠翼飛機。
5 先進復合材料在航天領域的應用
5.1 衛星和宇航器結構材料
衛星結構的質量會影響對運載火箭的要求以及衛星功能,衛星結構的輕型化設計已經成為衛星結構發展的趨勢之一。國際通訊衛星中心的推力桶采用先進復合材料,該種推力桶質量比傳統鋁結構的質量降低了30%左右,降低的重量可以增加460條電話線路,同時還能夠有效地降低衛星的發射費用。歐美國家衛星結構的質量為總質量的1/10,其原因就是大量的應用了先進復合材料。現階段,我國神州系列飛船、風云二號氣象衛星等都采用碳纖維/環氧復合材料,有效地降低了總體重量,同時發射成本也顯著降低。
5.2 導彈用結構材料
現階段,美國已經將先進復合材料作為導彈彈頭結構殼體、級間段、儀器艙等部件的主要材料,洛克希德導彈與宇航公司指出,采用碳纖維/環氧復合材料制造的導彈比傳統鋁結構導彈的重量減輕40%。現階段,采用先進復合材料的導彈發射筒也被國外發達國家應用在戰術、戰略型號上,例如,俄羅斯的“白楊M”導彈、美國的“MX”導彈都采用復合材料發射筒。因為先進復合材料導彈發射筒和傳統金屬結構相比,其結構質量顯著降低,能有效地提高戰略、戰術導彈的靈活性。在戰術導彈領域,先進復合材料結構的導彈發射筒更加靈活、應用范圍更加廣泛。現階段,我國也研發了先進復合材料結構的戰略導彈和導彈發射筒,還研發了先進復合材料儀器艙,有效地提高了戰略導彈的靈活性和機動性,應用效果良好。
5.3 運載火箭結構材料
國外發達國家于20世紀50年代開始應用纖維纏繞成型的玻璃鋼殼體代替傳統的鋼殼,例如,美國的“北極星A-3”潛地導彈,采用纖維纏繞成型的玻璃鋼殼體,其重量比采用傳統鋼殼的“A-1”輕了55%左右,隨后研發的“MX”“三叉戟1”的三級發動機殼體,全部都采用芳綸/環氧復合材料,該種結構形式的殼體質量比纖維纏繞成型玻璃體殼體的重量減輕了50%左右。隨著先進復合材料的發展,其在運載火箭發動機殼體中的應用優勢越來越明顯,并且先進復合材料被應用在三叉戟Ⅱ、德爾塔Ⅱ-7925運載火箭等型號中。現階段,我國運載火箭發動機殼體制造業逐漸的開始應用先進復合材料,雖然起步較晚,但是經過40多年的發展獲得了巨大的進步,經過多年的研發,已經成功地將芳綸/環氧復合材料、玻璃纖維/環氧復合材料應用在運載火箭發動機殼體中。先進復合材料在運載火箭結構設計中的應用,有效地降低了運載火箭發動機的重量,同時提高了運載火箭發動機的性能。
6 復合材料在航空航天領域的發展前景
先進復合材料的應用已經成為評價航空航天器水平的重要標準,同時也是提高航空航天器結構先進性的重要物質基礎和先導技術。由于我國先進復合材料的應用水平和國外發達國家還存在一定的差距,但是我國已經進行大量投入來強化先進復合材料方面的研究,其發展前景良好。未來先進復合材料的發展主要表現在以下四個方面:
6.1 智能化
智能型先進復合材料和結構的研究,能夠創造巨大的經濟效益和社會效益,智能型先進復合材料在航空航天器外表的應用:在未來航空器表面增加各種傳感器,能夠對周圍環境進行實時、全面、智能的檢測,同時為通訊系統、電子戰以及雷達系統提供瞬時模態,以此保證航空器能夠安全、穩定地飛行。
6.2 多功能化
在減小航空航天器體積的基礎上,為了提高航空航天器的突防能力,許多結構部件需要具備多種功能,多功能先進復合材料的應用能夠賦予航空航天器新的功能,現階段,多功能先進復合材料的研究已經從雙功能型向三功能型方向轉變。
6.3 質量輕、性能高
目前,我國先進復合材料能夠減輕航空航天器的質量占總重的20%左右,和國外25%以上的減重效率還存在一定的差距。導致該種現狀的原因是我國先進復合材料的整體性能較低,并且結構的整體性相對較差。因此,在未來的發展過程中,應該加強對復合材料強度、韌性以及整體性等方面的研究,研發整體性好、強度高和韌性高的先進復合材料,同時使復合材料的減重率超過25%。
6.4 低成本
成本較高是限制先進復合材料在航空航天領域應用和發展的主要原因之一,為了解決該問題,應該對先進復合材料的制造工藝進行研究,采用科學的制造工藝進行先進復合材料結構、尺寸以及形狀的加工和制造,同時采用先進的質量控制技術、自動化技術、機械化技術等,提高先進復合材料的生產效率,提高其成品率,以此降低先進復合材料的成本。
7 結語
綜上所述,經過40多年的發展,我國先進復合材料工業逐漸形成了一個完整的體系,并且部分先進復合材料已經成功地應用在航空航天器生產實踐中,獲得了良好的效果。但是,從整體上來說我國先進復合材料技術水平和發達國家還存在一定的差距。因此,我國先進復合材料研究、研發人員和生產企業應該加快先進復合材料結構、制造技術、生產工藝等方面的研究,同時借鑒國外的先進技術和經驗,解決我國先進復合材料在航空航天領域應用的各種難題,以此提高我國航空航天器的各種性能,進一步促進我國航空航天領域的全面、高速發展。
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以信息化為基礎的知識分享
在價值鏈分析的基礎上,霍尼韋爾航空航天集團梳理、精簡自身業務流程并建立了GDM,定義了各個業務之間的銜接關系。其中,采購、生產、分銷和訂單管理等運營核心流程全部交由統一的ERP 系統實現。統一的ERP系統能夠實現整個集團業務的可視化,比如供應商名單、全球庫存、生產流程、分校流程、訂單管理、維修管理、財務狀況等,提升集團管理效率。更重要的是,統一的ERP系統能夠實現集團信息存取共享,高效完成集團資源在全球的優化配置。野中郁次郎(Ikujiro Nonaka)指出,企業的競爭優勢來源于企業自身的知識儲備與知識分享。在霍尼韋爾航空航天集團當中,客戶主數據、供應商主數據、物料主數據都屬于公共主數據,在集團內部可以進行同步更新,員工可以實時了解自己所需的信息,優化決策與工作流程。
打破內部外部壁壘的流程
作為相關多元化的企業集團,霍尼韋爾航空航天集團必須在相關業務上實現協同效應,才能充分利用相關多元化的優勢。基于統一的ERP系統,相關業務各自的流程變得清晰,流程中互補、互聯的活動得以合并(比如新產品開發所需的全周期活動集中在PLM系統中);流程中相同的活動得到標準化(比如財務上實現會計科目的統一化),這便是所謂的“橫向協同化和縱向集中化”。以流程為中心的管理方式能夠打破企業內部不同部門間的壁壘,但更重要的是這種管理方式能夠實現與上下游企業的流程對接,打破企業間的壁壘,實現真正意義上的“供應鏈管理”,而這一切都以集團的知識共享為基礎。
橫縱向管理的供應鏈管理架構
關鍵詞:航空航天產業;技術效率;SFA;影響因素
一、 引言
目前測度產業生產率的方法主要是總量生產函數、隨機前沿生產函數(Stochastic Frontier Production Function Method,SFA)和數據包絡分析(Data Envelopment Analysis,DEA),適用于不同的條件,其中DEA法要求較高的數據準確性,SFA法考慮了隨機誤差對經濟增長的影響,也允許存在無效率,能較好的模擬經濟狀況。由于航空航天產業在發展中存在隨機擾動和不可觀測因素,采用SFA法應該更為適用。
技術創新要素是產業創新要素的核心,創新組織要素和創新環境要素圍繞著技術創新要素發揮作用。因此,文章采用SFA的方法對我國航空航天產業1995年~2011年的技術效率進行了測度,并分析了時間、地區特征、人力資本素質、研發投入、企業規模及制度等對技術效率的影響,為航空航天產業的發展和技術提升提供借鑒。
二、 模型與數據來源
1. 航空航天產業生產效率基礎模型。文章采用Battese&Coelli(1995)提出的SFA模型 ,假定我國航空航天產業生產函數為CD生產函數,則隨機前沿生產函數模型為:
Yit=A(t)K?琢itL?茁itevit-uit i=1,…,I;t=1,…,17(1)
兩邊取對數,(1)式變為:
lnYit=?子+?仔?子+?琢lnKit+?茁Lit+vit-uit (2)
其中,Yit、Kit、Lit分別是i省t年產業總產出、資本投入和勞動投入,?琢、?茁是資本、勞動的產出彈性;A(t)=e?子+?子?仔為t年各省市前沿技術進步水平,其中e?子是基年即1995年產業初始技術水平,?仔是前沿技術水平進步速度;vit-uit是隨機擾動項:vit是經濟系統自身存在的隨機誤差,服從對稱正態分布,即vit~N(0,?啄2v);uit是技術無效率項,服從單側正態分布,即uit~N+(mit,?啄2u),mit是技術無效函數。
影響uit的因素很多,制度是重要的影響因素,此外還有企業規模、人力資本素質、研發投入、能源消耗狀況、產業生命周期及產業密集度等。限于數據的可得性,將uit設定為人力資本素質、研發投入、企業規模和制度的函數,并考慮時間和地區因素:
mit=?漬+?茲t+?準1Locit+?準2Humit+?準3RDit+?準4Scaleit+?準5Systemit+wit i=1,…,I;t=1,…,17(3)
其中,?漬i(i=1,…,5)是技術無效率函數中第i個因素的截距項;t為時間趨勢,系數?茲為正表明技術效率隨時間的推移遞減,反之亦然;Loc、Hum、RD、Scale和ystem是地區特征、人力資本素質、研發投入、企業規模和制度,系數?準i為正表明第i個因素對技術效率的作用是消極的,反之亦然。各個變量含義見表1。
(4)
式中?酌是指式(2)隨機擾動項占技術無效率項的比重,?酌越趨近于1,前沿生產函數和技術無效函數的設定就越合理,采用隨機前沿模型就更合適。
2. 數據來源與處理。文章主要數據來自《中國高技術產業統計年鑒》,航空航天產業的統計數據最早可至1995年,所以研究期間為1995年~2011年,樣本是去除數據缺失較多的、海南、新疆、寧夏、云南、浙江、內蒙古以外的其他22個省市。此外,價格指數來自各年《中國統計年鑒》。
各指標數據選擇及處理如下:
(1)總產出(Y)選取了能大體反映產業發展的當年價總產值,并采用以1995年為基期的各省市第二產業價格指數進行縮減以消除價格干擾。
(2)勞動(L)選取從業人員平均數,即年初就業人數與年末就業人數的均值。
(3)資本(K)的選取,1995~2005年為年末固定資產額,2006~2011年根據(5)式永續盤存法計算,即在上年折舊后加當年固定資產投資額。航空航天產業是高技術產業,資產提前報廢、更新、淘汰的可能性較大,設備的技術損耗也會導致固定資產價值驟減,在借鑒會計上飛機、電子設備等折舊處理方式將折舊率取值15%。之后,用各省市固定資產投資價格指數將固定資產值統一折算到1995年不變價,其中廣東缺乏的1995~2000年價格指數數據用地理和經濟水平接近的福建替代。
Kit=Kit-1(1-)+Iit(5)
其中,Kit、Kit-1、、Iit分別是i省t年固定資本存量、i省 t-1年固定資本存量、固定資產折舊率和i省t年固定資產投資額。
(4)無效率因素:①地區特征,將22個省市分為東中西3個地區,分別取值1、2、3。②人力資本素質,是科學家和工程師占從業人員的比重。科學家和工程師知識水平高且實踐經驗豐富,是技術創新的主要貢獻者,這一指標能大致反映產業人力資本水平。③研發投入,是R&D經費內部支出占主營業務收入的比重,涵蓋了企業內部開展R&D活動的實際支出,能準確反映產業的R&D水平。其中,總產值以1995年為基期的第二產業價格指數進行了縮減。④企業規模,是產業總產值與企業數量的比值。產業內企業的數量是衡量市場結構和容量的重要指標,也能反映行業進入和退出的難度。⑤制度,用樊綱等(2011)的市場化進程指標來刻畫,他從政府與市場關系、非國有經濟發展、產品市場發育程度、要素市場發育程度、市場中介組織發育與法律制度環境5個方面綜合測度了市場化進程,此外,用趨勢外推法估算缺失的1995年、1996年、2010年及2011年的數據。
三、 實證結果及分析
利用Frontier4.1軟件得出模型的參數估計值和檢驗結果,并得出各省市航空航天產業1995年~2011年的技術效率水平(見表2及表3)。
1. 航空航天產業生產函數分析。據表2的結果,LR統計檢驗值的顯著性水平為1%,表明(1)式中誤差項vit-uit復合結構明顯, SFA法比OLS法更恰當;估計量?酌=0.612統計結果顯著,表明技術無效率中隨機誤差項的影響高達61.2%、統計誤差等不可控因素比例低,模型設定合理可靠,有必要分析技術效率未能充分發揮的原因。截距和時間趨勢項系數為1.662和-0.061,表明1995年產業前沿技術進步水平為5.270(e1.662),之后以年均6.1%的速度下降。這可能的原因是:航空航天產業是國防科技工業中相對封閉、開放度小的行業,盡管十五大以來進行了改革,但科研、生產兩張皮現象依舊存在,科技成果難以實現產業化;國防科技工業改革是漸進式的,這也有可能是改革過程中出現的無序狀況。資本、勞動的彈性系數分別為0.350和0.712,表明勞動貢獻度是資本的2倍。這也說明航空航天產業是知識密集型產業,科技人員在技術設備投入基礎上進行產品的發明、實用新型和外觀設計研發;重大技術R&D中需要大量科技人員長期持續的共同開發,勞動力及高科技人才作為稀缺要素發揮重要作用。此外,資本與勞動彈性系數之和大于1,表明產業具有容易形成規模報酬遞增的特征。
技術無效函數中,時間趨勢項系數值為-0.002,表明產業技術效率年均增加0.2%,但統計結果不顯著。前沿技術下降伴隨技術效率提高的原因可能是:①我國尚未形成自主創新的技術創新體制,還處于依賴國外先進技術的狀態,如我國不具備生產渦輪風扇發動機或先進火控系統的能力;②產業部分是國防科技工業,具有公共產品的特征,會造成技術前沿下降的錯覺。例如某些航空產品或軍用航天器只是國防建設的需要,不參與市場流通,統計數據上無法顯示。地區變量系數值為0.079,統計結果略微顯著,表明東中西部地區產業技術效率呈現遞減狀態。
人力資本素質系數值為-0.010且統計結果較為顯著,表明人力資本能積極提升產業技術效率,提高雇員中科學家和工程師人員的比重可以有效提高勞動生產率。Vandenbussche等(2006)的研究表明教育水平會使勞動力會對技術效率產生不同的影響,文章研究結果與其一致,表明科學家和工程師比重上升1%會提高1%技術效率水平,因為科學家和工程師具有較高的知識水平和豐富的實踐經驗。可見,航空航天產業吸收的勞動力具有較高的素質水平,對產業技術效率的提高做出了一定的貢獻。
研發投入系數值為0.022且統計結果顯著,表明研發投入對產業技術效率具有消極影響。研究期內各省市及全國水平的研發投入總體上漲,但研發績效不高,這與鐘衛等(2011)的研究結果一致,他認為在經濟發展初期加大R&D投入能有效提高技術創新效率,但隨著企業深入發展應重點調整經費投入結構。此外,航空航天產業企業大多由國家或國有控股,近年雖有下降但國有比例仍高達50%。雖然國有企業有規模、政府特許等優勢,但激勵卻不充分。十五大以來中央對國防工業做出的多次部屬是對改革的進一步延伸。
企業規模系數值為-0.134且統計結果顯著,表明企業規模是積極的影響因素。產業具有高投入、高技術和高風險等特點,進入的企業都有一定的規模。研究期內各省市企業規模變化起伏:相對來說,黑龍江、江西、遼寧的企業規模曾較高(≥6億元/企業)但變化急劇;大多數省市都在0~2之間。產業中大型企業比重不到20%,大中型企業比重在50%左右,并未形成良好的企業規模;此外,《2012年財富世界500強》排行榜中有12家航空公司,其中我國雖然有2家但上榜的中國航空工業集團公司在排名、主營業務收入和利潤方面都與排名第一的波音公司差距較大。
制度系數值為-0.148且統計結果顯著,是影響最大的因素。研究期內各省市市場化程度逐年提高,東部優于中部優于西部;位于沿海的廣東、江蘇、福建、上海等省市的市場化程度最高,而西部陜西、甘肅等省市只有發達地區的一半。1964年推行的三線建設將44項中的21項國防工業企業投放在西部,可見產業半數左右企業在西部地區;2001年實施的西部大開發政策一定程度上提高了西部省市的市場化程度,為產業發展提供良好的市場環境。
2. 航空航天產業技術效率分析。根據計算結果(見表3-1及表3-2)對產業技術效率從區域角度進行分析。
(1)航空航天產業技術效率總體分析。依據測算結果(表3),表明研究期內技術效率均值離效率前沿面較遠,僅為0.472,即實際產出水平只占最優隨機產出水平的47.2%(表明既定產出水平下能節約52.8%的投入)。可見,產業未能發掘現有科技資源和技術潛力,資源使用效率、管理水平及產業技術實際利用率低。盡管產業平均技術效率不高,但總體是逐年增長的。
(2)航空航天產業技術效率區域分析。由于地域稟賦、國家政策不同造成我國東中西部經濟發展呈現東強西弱。產業區域技術效率的具體情況(見表4):各個區域技術效率存在顯著差異;東西部增長較快,中部略微增長,所以2000年前原本領先的中部被東部趕超。各省市技術效率排行中,中部的黑龍江和江西排在第一和第三,技術效率值分別為0.85和0.75;大部分東部省市排名都很靠前;西部省市排名全部靠后,甘肅和山西技術效率值最低只有0.23。
航空航天產業區域技術效率差異顯著,最高省市和最低省市相差高達0.62。黑龍江、廣東、江西高效利用了現有技術,效率值都在0.75以上;吉林、甘肅和山西效率最低;9省市技術效率不足0.4。從各省市的變動趨勢來看:高效率省市(≥0.60)除遼寧2003年前增長快速外的變化起伏;陜西、四川、甘肅、貴州、河北等低效率省市(≤0.3)正逐步釋放內部潛力保持低速持續增長。
黑龍江研發投入處于中等且逐年增長、企業規模領先,產出水平很高,因而技術效率最高。黑龍江是工業發展的搖籃,產業全國影響大,其中哈爾濱民航產業發展也很突出。廣東位于沿海地區,能吸引眾多外資和高技術人才,企業規模雖然遞減但處于全國領先,即使研發投入不高但產出規模大。盡管廣東沒有被納入軍事航空制造業布局,但在航空關聯制造業相關領域國內市場占有率名列前茅,并在2010年推行《廣東省航空產業發展規劃(2010~2025年)》促進產業發展。
山西、甘肅位于內陸或經濟不發達地區,產業發展相對較為緩慢,技術效率值偏低。山西技術效率值總體下降;吉林技術效率大致維持在同一水平;甘肅的技術效率逐年緩慢提高;這些變化一部分是由于受當地經濟發展的影響,一部分也與國家政策支持力度和國防科技工業布局有關。
四、 結論和建議
航空航天產業發展過程應重點關注技術效率問題。文章用SFA法實證測度了1995年~2011年航空航天產業的技術效率,并對時間、地區特征、人力資本素質、研發投入、企業規模和制度等技術無效率因素進行了分析,得出如下結果:
1. 我國航空航天產業技術效率水平較低,研究期內均值只有0.472。技術效率各年均值波動增長,雖然從0.374上升到0.539,但仍有46%的上升空間。從無效率因素來看,時間趨勢不是很顯著;人力資本素質、企業規模、制度因素對技術效率具有積極的影響,應適當加大或提高這部分的水平;研發投入作用消極,應對投入結構進行調整。
2. 航空航天產業技術效率存在區域差異,區域效率均值排序為東部>中部>西部,黑龍江、廣東、江西技術效率值排名前三,吉林、甘肅和山西排名最末。值得注意的是,研究期間內西部技術效率持續穩定的增長,中部是早期處于領先的情況下后期被東部趕超。
綜上所述,人力資本素質、企業規模和制度等因素對航空航天產業技術效率具有積極影響,研發投入的作用是消極的。為了加快我國航空航天產業的增長,不僅需要完善教育、培訓和人力資源開發體系,也應當擴大企業規模、使之形成規模效應,并推進市場化改革,保證所需人才、基礎設施和制度支撐條件,此外也應改革國防科研體系,在改革研發投入結構的基礎上提高研發投入,最終促進產業發展。
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該項目受歐盟資助,名為“高超聲速變形艙段救生系統”(Hypmoces),為期兩年,合同總金額為1.1億美元,由西班牙火衛二航天制造公司(Deimos)、意大利Aviospace公司、德國航空航天中心(DLR)和法國航空航天研究院(ONERA)聯合開展。 Hypmoces項目與德國航空航天中心開展的“太空航班”(SpaceLiner)項目密切相關。“太空航班”項目旨在研發一種類航天飛機的亞軌道乘員飛行器,采用液氫/氧火箭發動機垂直起飛,以馬赫數12的速度抵達70千米高的亞軌道高空后,可重復使用的助推段將與搭載乘員的軌道器分離,最終,軌道器以滑翔方式安全著陸在常規跑道。“太空航班”每次可搭載50名乘客,并能在2小時內從歐洲飛往澳大利亞。 在飛行過程中,由于高超聲速乘員飛行器速度將達到馬赫數幾十以上,這需要確保乘員能夠在難以想象的高溫環境下逃生。Hypmoces項目開發的救生艙能夠通過改變外形適應這種飛行環境,幫助乘員安全逃生。Hypmoces救生艙長17米,重38噸,包含了可容納50個乘員的座艙。整個救生艙將被裝載到軌道器內。 Hypmoces團隊曾提出兩個研發概念。一種方案是在救生艙機體下部外裝載側壁,側壁通過充氣,使得救生艙具備升力體外形,提高其升阻比。位于艙體后部的小型方向舵用于控制方向穩定性,一對類似美國X-37B軌道飛行器的襟翼用于提供飛行控制。另外一種方案就比較傳統,即在艙體的外底部安裝大型后掠翼。 最終,研究團隊選擇了前一種方案;與后者相比,可充氣設計方案更加簡潔、更輕、更簡單、便于部署。每個側壁大約1165千克,并由多個纖維層組成,包含了Nextel陶瓷纖維、氧化鋁纖維,Pyrogel隔熱層,T300J碳化纖維等。這種構造使得可充氣側壁更加柔韌,但在高超聲速環境下又足夠穩定,能夠形成一個堅韌且穩定的熱防護層,且不需花費大量電力充氣。根據設計方案,側壁充氣后,將使得救生艙的升阻比提高12%,確保救生艙能夠滑翔至救援地點,并通過減少艙體所承受的摩擦熱量提高內部乘員的舒適度。項目進展
目前,該項目的研究團隊已完成了側壁充氣機的需求方案的研究,明確了高度/馬赫的包線,以及降落傘回收系統的限定因素,正在設計機電飛行控制傳動裝置和反應控制系統推進裝置。據研究人員稱,Hypmoces所采用的可充氣技術也可用于其他領域,如美國國家航空航天局(NASA)為重型載荷著陸火星所研發的“高超聲可變性空氣動力減速器”。歐洲研究高超聲速空天飛機救生系統
杜彥昌
據美國《航空航天技術周刊》2015年10月30日報道,歐洲將于2015年11月完成高超聲速乘員飛行器救生系統的概念設計。根據該概念,高超聲速飛行器在飛行過程中發生意外時,外形可變的救生艙能夠彈射而出,然后充氣膨脹,并滑翔降落,最終通過降落傘安全降落至海面,確保內部乘員安全。項目簡介
關鍵詞:航空航天材料;專業英語;教學;改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)40-0092-02
航空航天材料是指飛行器及其動力裝置、附件、儀表所用的各類材料,是航空航天工程技術發展的決定性因素之一,也是材料科學中富有開拓性的一個分支。飛行器及其裝置的設計,不斷地向材料工程提出新的課題,推動了航空航天材料科學的進步。各種先進材料的出現也為飛行器及其裝置的設計提供更多的可設計性,極大地促進了航空航天技術的發展。因此,先進航空航天材料的開發、研究與應用反映了一個國家的工業水平與航空航天技術,關系到一個國家的綜合實力與國際影響力。因此,各國都把先進材料的研究和開發放在重要地位。盡管我國近年來在航空航天材料的研發方面取得了巨大進展,但仍然與發達國家存在較大的差距。因此,需要不斷學習和引進國外的先進技術和經驗。而國外相關資料都是英文出版,這就需要航空航天材料方向的學生具有較高的材料科學與工程專業英語的聽、說、讀、寫能力,以完成獲取專業所需信息等任務。
材料科學與工程專業英語是一門語言應用與材料專業知識緊密結合的課程。它不但涉及英語科技文體的語法特征和材料專業技術文獻的語言特點,而且涉及一定的專業技術內容及科技信息交流。課程目標是培養學生具有較強的專業文獻的閱讀能力,進一步提高學生的聽、說、寫、譯能力,使學生能夠熟練應用英語交流、獲取知識。同時促進學生掌握良好的語言學習方法,提高文化素養,以適應社會發展和航空航天技術進步的需要。課程的教學目標是:掌握一定量的與材料科學與工程專業有關的常用單詞和常用詞組,并掌握一定的構詞法知識,具有識別生詞的能力,能順利閱讀專業相關的英文原版教科書、參考書及專業論文。但現行的教學模式在教學管理與培養方式中存在許多問題亟待解決,目前也沒有針對航空航天方向的材料科學與工程專業英語教材。因此,迫切需要完善教學內容,優化教學方式,改編教材,以全面提高材料科學與工程專業英語的教學質量。
一、改編現有專業教材,擴展學生專業視野
瀏覽現有大部分的《材料科學與工程專業英語》教材可發現,內容基本是《材料科學概論》或《材料科學基礎》的英文版本的改編,實際是英文版的專業教材,不具專業英語教材特點。而且教材內容的更新速度慢,與國際上材料科學的快速發展不相適應,學生閱讀起來單調、枯燥。因此,在現有教材的基礎上,急需編寫新版實用性教材。新版教材需兼顧英語的語法特點和材料專業技術知識,既強調專業基礎理論知識又涵蓋國際研究前沿趨勢。
從提高學生的聽、說、讀、寫及翻譯的綜合能力著手,按照從難到易的教材內容順序,突出航空航天行業背景及新技術特點,完成《材料科學與工程專業外語》教材的設計與撰寫。從教材章節編排上,按照先介紹語言知識后介紹材料專業的順序布局。可以在開始的章節介紹科技英語的構詞、語法的特點以及專業學術文章的撰寫規則。隨后的幾個章節,簡單介紹材料的基礎理論知識,學生可以結合以前學習的材料專業知識進行這部分的學習。目的是給學生介紹英文專業詞匯,讓學生逐漸熟悉專業英語的閱讀。隨后,在材料學的專業知識內容上,結合專業基礎課程,著重介紹和航空航天技術緊密相關的材料研究內容,例如飛機結構復合材料、高溫材料、隱身材料、非晶材料、太陽能材料等。同時,為了進一步提高學生閱讀和理解專業文獻資料的能力,提高學生從專業文獻中獲取重要信息和跟蹤學術研究前沿的能力,教材還可以向學生介紹利用互聯網站和相關的學術期刊網站獲取最新專業文獻的方法。并且,從材料專業高質量的國際期刊上精心選取一些難度適中的綜述性和研究型的論文作為課堂教學內容。由于這些論文內容新穎且緊密跟蹤本領域的研究前沿,學生也易于接受。這樣,既提高了教學效果,也使學生對專業英語的重要性有了更深地認識和理解。
二、豐富課堂教學內容,夯實學生基本功
調研各高校材料專業的本科生教學計劃,發現專業英語課程設置在第七至第八學期,大四學生對英語學習逐漸變得陌生,如果直接面對專業英語的學習,勢必會造成學生學習的困難。因此,教師除了教授教材的內容外,可以適當拓展相關內容的英語學習,提高學生的學習興趣。
從知識結構設置上,可以根據學生畢業后學習、就業及工作的實際需要,突出對學生專業英語實際應用能力的培養和訓練。為了突出實際應用能力培養及常用交流,可按照先讀后寫,先聽后說的思路,來對學生進行專業英語實際應用能力的訓練。通過由學習模仿到實際應用的教學模式,重點培養撰寫英文摘要、寫推薦信、求職信、會議常用發言以及模擬求職對話等能力。除此而外,還可以就學生即將面臨的畢業設計論文撰寫,展開介紹和講評。“學以致用”,而實際應用是學生學習的動力。學生一旦體會到能從專業外語的學習中獲益,便會提高學習的積極性,促進專業英語的教學。
為了增加教學內容的趣味性,在實際教學過程中增加一些與課文內容相關的最新外文視頻。材料科學與工程是一個大專業,其中又有金屬材料、高分子材料及陶瓷材料等二級專業,因此除了完成教材的教學內容外,還應針對不同專業分門別類地介紹材料的最新的實際應用。介紹時,可以從互聯網上搜索最新的文字資料,也可以搜索最新的視頻資料,其中視頻資料更生動,因此受到學生們的歡迎。比如在講解金屬材料和復合材料時,可以給學生播放波音、空客等制造飛機發動機及機身結構的最新技術視頻。還可以通過播放如太陽能電池、風力發電技術及3D打印技術等視頻,加深學生對陶瓷材料、功能材料及復合材料在新能源及新技術領域的應用認識。因此,通過利用多媒體技術的視頻資料,不但可以提高學生的英語聽力,擴充學生的詞匯量,還可以使學生在輕松的學習氛圍中了解相關技術的應用前沿,深化在學生對航空航天材料科學與工程的認識。
三、改革課堂教學方法,提高課堂教學質量
材料專業英語是一種正規的書面體,專業詞匯多詞形復雜、句子長,且與專業知識結合緊密,相對于基礎英語來說,缺少文學作品中的韻律、節奏感,讀起來抽象、枯燥,造成教師講授、學生學習的興趣不高。如果采用傳統的專業課程的講課為主的教學方法,勢必不能有良好的教學效果。因此,應該結合英語課堂教學和專業課的教學特點,采取多元化的教學方法,對學生進行課堂教學。
可以采取英語課堂的教學,讓學生隨堂朗讀教材內容,學生在讀的過程中,既熟悉了教材內容,又對英語的“說”有提高。隨后,對學生進行分組,討論分析教材內容,或者也可以提出一個小話題,學生可進行問題的分析并提出解決方案。這樣,既提高了學生的英語口語技能,也加強了學生分析專業問題的能力。課后布置適量的課后翻譯作業,可以是對教材內容的翻譯也可以是對課堂增補內容的翻譯,通過英漢互譯的環節,鞏固課堂教學內容。在課程結束前,還可以穿插學生就自己的畢業設計方向,做一個簡短的英文講座,既可以對課堂教學效果進行測試,也可以提高同學們的口頭表達能力,增加同學們英語交流的信心。
在進行課堂教學的時候,如前所述,可以圍繞課堂教學時的內容,充分利用互聯網技術,為學生補充國際上航空航天材料的最新研究成果和先進的應用實例,可以是文字資料也可以是視頻文件的學習。進行文字資料的學習時,可以采用先朗讀后分析、翻譯的方法,逐步分解。進行視頻資料的學習時,教師應提前將語音資料轉換成文本資料,課堂上可以進行邊視聽邊進行講解,讓學生在愉快的氛圍中進行學習,進而達到良好的課堂效果。
四、結語
我國航空航天技術的發展對航空航天材料的研究提出更高要求。航空航天材料的研究人員必須及時關注國際發展,密切和國外學術交流,才能保障材料領域的不斷進步,這就對科技人員的專業英語要求也不斷提高。因此,通過對航空航天材料專業英語教材、課堂教學內容與方法的改革與優化,來全面培養學生的讀、聽、說、寫、譯的綜合能力,增強學生的國際競爭力,為航空航天材料技術領域輸送優秀人才。
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關鍵詞:新材料 復合化 航空飛機 優勢
中圖分類號:V257 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2016)10(c)-0004-02
與鋁合金結構、鋼結構材料等傳統材料相比,先進性復合材料在綜合性能上更具優勢,其用量成為了代表著航空航天先進性的一個標志,占據著重要的地位。我國若要在競爭激烈的世界市場中站穩腳跟并且不斷向前發展,就要對先進性復合材料這一被全球強國重視的核心技術進行深入研究與重點發展。
1 先進復合材料的基本定義
先進復合材料,簡稱ACM,即是在進行主承力結構與次承力結構等加工過程中,可以運用的剛度性能以及強度性能≥鋁合金等傳統材料的一種復合材料,不但在質量的輕度上占據優勢,其比強度、比模量都更加高,還具有抗腐蝕、耐高溫與低溫、減震隔音及隔熱的良好性能,并且具有較佳的延展性,如今被大量地推廣應用在建筑行業、機械制造行業、醫學行業以及航空航天行業等領域中[1]。
2 先M復合材料的特點
作為當今時代的主導材料,復合材料有著以下一些特點:首先是可設計性與各向異性,根據構件的使用要求與環境條件,可以在設計環節進行合理的組分材料選擇、材料匹配,并且通過界面控制盡可能地滿足預期要求,達到工程結構所需性能的標準要求。傳統材料的運用上常見的材料冗余問題也可以很好地避免,實現材料結構的效能最大化。其次,復合材料的構件和材料一起形成,提高了結構的整體性能,無需過多的零部件,實現了加工周期的縮短與成本的減少。然后,復合材料在其復合效應下形成新性能,并不存在單一材料或幾種材料簡單混合的性能缺陷問題。
再者,復合材料能產生很多功能,比如吸波和透波、防熱和導電、透析和阻燃等等一系列功能,在結合其他先進技術的基礎上,形成一種新復合材料,比如納米復合材料、生物復合材料和智能復合材料等。最后,需要注意的是,在復合材料的成形過程中,其組份材料會發生物理變化與化學變化,使得復合材料構件性能在很大程度上依賴其復合工藝,難以準確地對工藝參數進行適當的控制,以至于性能具有較大的分散性。
3 先進復合材料在航空航天領域的應用
3.1 先進復合材料在無人機領域的應用
現代戰爭理念的改變,使無人機倍受青睞。無人機除在情報、監視、偵察等信息化作戰中的特殊作用外,還能在突防、核戰、化學和生物武器戰爭中發揮有人軍機無法替代的作用。無人機的發展方向是飛行更高、更遠、更長,隱身性能更好,制造更加簡便快捷,成本更低等,其中關鍵技術之一就是大量采用復合材料,超輕超大復合材料結構技術是提高其續航能力、生存能力、可靠性和有效載荷能力的關鍵。
3.2 先進復合材料在民航客機的應用
復合材料在民機結構上的應用近年來取得較大進展。復合材料的優點不僅僅是質輕,而且給設計帶來創新,通過合理設計,還可提供諸如抗疲勞、抗振、耐腐蝕、耐久性和吸/透波等其他傳統材料無法實現的優異功能特性,增加未來發展的潛力和空間。尤其與鋁合金等傳統材料相比,復合材料可明顯減少使用維護要求,降低壽命周期成本,特別是當飛機進入老齡化階段后差別更明顯。同時,大部分復合材料飛機構件可以整體成型,大幅度減少零件數目和緊固件數目,從而減小結構質量,降低連接和裝配成本,并有效降低總成本。
3.3 先進復合材料在航空器領域的應用
功能材料在航天領域的應用更為廣泛,其中最重要的是返回式航天器的表面熱防護功能材料。中國材料研究學會學者唐見茂研究指出,航天飛行器(導彈、火箭、飛船、航天飛機等)以高超聲速往返大氣層時,在氣動加熱下,其表面溫度高達4 000 ℃~8 000 ℃;固體和液體火箭發動機工作時,燃燒室產生的高速氣流沖刷噴管,燒蝕最苛刻的喉襯部位溫度瞬間可超過3 000 ℃。
4 結語
通過以上的研究可以發現,隨著航空航天技術的飛速發展,對材料的要求也越來越高。一個國家新材料的研制與應用水平在很大程度上體現了其國防和科研技術水平,因此許多國家都把新型材料的研制與應用放在科研工作的首要地位。新型航空航天器的先進性標志之一是結構的先進性,而先進復合材料是實現結構先進性的重要基礎和先導技術。我國將成為世界上先進復合材料的最大用戶,筆者認為,我國應該針對國外技術封鎖與國內技術儲備不足的國情,不斷地自主創新,努力探索原材料、設計問題,運用理論、低成本技術以及政策支持等一系列的解決方法,不斷提高航空航天器的結構先進性,不斷加強對先進復合材料先導技術的研究與發展。
參考文獻
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1、人工智能;
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7、新能源;
“月球車1”號(1970年-1971年)
蘇聯打造的月球車英文名為“Lunokhod”,在俄語中意為“月球步行者”,我們可以稱呼它“小型紅色漫游者”。1969年,美國宇航員成功登陸月球,鋪天蓋地的宣傳讓蘇聯的月球車黯然失色。但無論怎樣,“月球車1”號都是人類在工程學領域取得的一項成功,尤其是對于蘇聯來說,它是人類歷史上第一個用于登陸另一個天體并執行探索任務的遠程遙控探測器。
“月球車1”號于1970年11月10日搭乘“月球17”號飛船發射升空,一周后成功在月表實現軟著陸。雖然在設計上“月球車1”號只能正常運轉3個月球日(大約3個地球月),但在實踐中,“月球車1”號卻正常運轉了超過11個月球日(接近1個地球年),行進距離達到約10540米,超出所有人預計。
“月球車2”號(1972年-1973年)
受“月球車1”號取得成功的鼓舞,蘇聯又制造了“月球車2”號,在設計上與“月球車1”號基本相同。1972年,“月球車2”號搭乘“月球21”號飛船發射升空,1973年1月15日登陸月球。與它的前輩一樣,“月球車2”號也裝有一個好似蛤殼的圓蓋,上面安裝有太陽能電池板。這個蓋子在白天打開,夜晚閉合。關閉后,車載放射性同位素發電機負責發電,為月球車保溫。
“月球車2”號在月球上工作了5個月球日,行進距離達到約37千米。1973年6月初,地面控制人員與它失去聯系。據信,圓蓋可能掠過一個隕坑的邊緣,導致月球塵土掉進月球車組件,致使冷卻系統失靈。2010年,研究人員對美國航空航天局月球勘測軌道器傳回的圖像進行分析后,發現了“月球車1”號和“月球車2”號的安息地。
Prop-M火星車(1971年)
蘇聯研制的Prop-M火星車的體積與烤箱相當,裝有一對類似滑雪板的輪緣,而不是輪子。在設計上,Prop-M火星車用于探索登陸器附近的區域,它們通過輸電和通信電纜與登陸器相連。蘇聯共向火星發射了兩輛Prop-M火星車,一個搭乘“火星2”號飛船,于1971年11月末在火星表面墜毀,另一個搭乘“火星3”號飛船,于1971年12月2日在火星表面實現軟著陸,但在著陸后短短14.5秒,控制人員便與其失去聯系。這輛火星車只向地面控制人員傳回一幅照片,由于拍攝時光線極暗,沒有展示任何細節。據信,這輛火星車的通訊系統在猛烈的塵暴中毀壞。
“旅居者”號火星車(1997年)
美國航空航天局“火星探路者”任務的一大亮點就是“旅居者”號火星車。這輛火星車采用六輪設計,重量剛剛超過10.5千克,長約65厘米。“旅居者”號裝有一個由三臺照相機構成的成像系統,一個阿爾法質子x射線光譜儀以及一個用于分析火星巖石的設備。此外,它還配備了當時非常先進的車載電腦。“旅居者”號任務取得巨大成功,1997年7月4日登陸后工作了83個火星日,向地球傳回550幅照片。繼“旅居者”號之后,美國航空航天局又向火星派遣了體積更大、功能更強的火星車。
“勇氣”號火星車(2004年-2010年)
美國航空航天局的“勇氣”號火星車于2004年1月4日在火星表面登陸,2010年3月最后一次與地球取得聯系。與它的雙胞胎“機遇”號一樣,“勇氣”號也是超齡服役,在火星表面的跋涉距離達到7.73千米。在火星塵暴無意間“清理”了“勇氣”號的太陽能電池板后,這輛火星車得以超齡服役,服役時間是原計劃的幾倍。
服役期間,“勇氣”號遭遇一系列挑戰,包括一個輪子破損罷工,被埋進沙子深處以及不得不倒著前進。它是一輛非常強悍的火星車,經受住了超乎想象的惡劣環境的考驗。在“生命”的最后4個月,“勇氣”號深陷火星沙之中,由于只有四個輪子正常工作,它無法擺脫困境,只能等待最后時刻的到來。
“機遇”號火星車(2004年至今)
美國航空航天局的“機遇”號火星車目前仍在火星表面執行任務。2004年1月25日,在火星另一側登陸的“機遇”號駛下登陸器平臺,開始執行探索任務。目前,這輛火星車的行進距離已超過34千米。“機遇”號已經超齡服役,服役時間是制造者最初預計的30倍。它在維多利亞隕坑和周邊地區度過2年,研究出露層。研究發現顯示,火星曾是一個比現在更溫暖和更濕潤的星球。“機遇”號和“勇氣”號使用了從世貿中心災難現場發現的鋁,用這種金屬制造保護罩,保護火星車鉆機的電纜,上面還印有美國國旗。
“好奇”號火星車(2012年)
美國最新的火星車“好奇”號是迄今為止制造的體積最大的火星車,2011年11月26日成功發射。這輛火星車是美國航空航天局“火星科學實驗室”任務的一部分。2012年8月6日,“好奇”號借助未經驗證的“太空起重機”在火星表面成功著陸。“好奇”號重約900千克,長約3米,由一臺放射性同位素熱電式發電機提供電力,這一點與1976年的“海盜”號登陸器類似。熱電式發電機內裝有約4.8千克的钚一238二氧化物,發電能力超過太陽能電池板,能夠滿足“好奇”號的用電需求。
“嫦娥3”號衛星(2013年)
中國制訂了龐大的月球與行星探索計劃,在派遣航天員登陸月球前,中國將首先派遣輪式月球車打前站。“嫦娥3”號月球探測器的月球車目前正在中國西部的沙漠地區進行耐久性測試,預計于2013年登陸月球表面。“嫦娥3”號的月球車由中國獨立研制,將采用先進的智能機器人技術,可對距離登陸器約5000米的區域進行探索和分析。
“月船2”號探月器(2014年)
2008年,印度空間研究組織的“月船1”號月球探測器發現強有力證據,證明月球北極地區存在水冰,一時之間引起國際天文學界的關注。現在,印度空間研究組織正準備實施更雄心勃勃的“月船2”號任務。“月船2”號是一個月球登陸器,搭載一輛輪式月球車。印度空間研究組織與俄羅斯聯邦航天局合作,共同實施這項集軌道器、登陸器和月球車于一身的任務。科學家預計,“月船2”號將于2013年年末或者2014年年初發射升空。
ExoMars火星探測器(2019年)