航空航天材料的特点大全11篇

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篇（1）

中图分类号：V211 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）12-0252-02

1 力学在航空航天领域的支柱地位

作为与材料科学、能源科学并肩的航空航天领域三大基础学科之一，力学在航空航天领域拥有无可辩驳的支柱地位。航空航天技术的发展与力学学科的发展有着举足轻重的关系。同样，力学学科的发展也推动了航空航天技术的发展。从航空航天的历史开端，力学便扮演着开天辟地的角色：莱特兄弟发明飞机前的时代，人类的航空器长期停留在热气球与飞艇的水平，人们普遍认为任何总密度比空气重的航空器是无法上天的；而随着流体力学的发展，越来越多总密度大于空气的航空器被发明出来进行试验，而莱特兄弟的飞机即为第一个成功的尝试，莱特兄弟的L洞也成为一个经典（图1）。从此，航空器的发展步入了快车道，各种结构的飞机翱翔于蓝天，从不到一吨的轻型飞机到上百吨的运输机，直至今天我们对机已经习以为常。

时至今日，航空航天的总体设计已由庞大的力学各分支支撑起来，从最基本的方面分类，可包括：飞行器整体气动外形归属于空气动力学；整体支承结构归属于结构力学以及材料力学；复合材料归属于复合材料力学；材料疲劳性能归属于疲劳分析；结构动力特性归属于振动力学；缺陷结构分析归属于损伤力学以及断裂力学。而对于具体的问题细分，则还有如：针对超高速飞行器的高超空气动力学；针对紊流等大气不稳定情况的非定常空气动力学；针对流固耦合问题的气动弹性力学；以及针对非金属材料的粘弹性力学等。此外，还有众多与力学相关的技术被发展起来，如有限元技术（FEM）等。

展望未来，力学发展的源动力在于航空航天综合多学科的交叉与技术。被誉为“工业之花”的航空航天工业，其研发生产涵盖了目前已知的所有工科门类，如此多的学科交叉下，力学的发展势必会与其他学科进行技术交流，这会带来问题的进一步复杂化，同时也丰富了力学的研究内容。

2 航空航天领域力学发展新挑战

航空航天的发展，给力学带来了新的挑战。结构的日趋复杂，给力学计算带来困难；繁琐的理论公式，需根据工程需要进行必须的简化；新材料的应用在航空航天领域最为敏感，在为飞行器降低结构重量的同时，也带来诸多的不利因素如耐热性能差、环境敏感度高等；而在某些关键部件的多物理场耦合问题也将成为重要的研究方向。

2.1 程序化

航空航天器和大型空间柔性结构的分析规模往往高达数万个结点、近十万个自由度的计算量级，这些问题包括但不限于：飞行器的高速碰撞间题，如飞机的鸟撞， 坠撞，包容发动机的叶片与机匣设计，装甲的设计与分析，载人飞船在着陆或溅落时的撞击等。为了解决这种计算量庞大的问题，上世纪50年代初，力学便发展出一门崭新的分支学科――计算力学。伴随着电子计算机以及有限元技术的发展，计算力学取得辉煌的成绩，这也说明了其本身发展潜力巨大。

力学分析技术的发展，特别是对于各种非线性问题（几何非线性、材料非线性、接触问题等）分析能力，是长期存在的。然而在很长一段时间内，受到计算机能力的制约，以及模型建立本身的局限性，力学分析求解停留在解析方法和小规模数值算法中。这对于工程人员的设计工作是一个极大的限制，对于航空航天领域而言则尤甚如此。计算力学的发展，带来的效益是巨大的。首先其可以用计算机数值模拟一些常规的验证性试验和小部分研究型试验，这可以节省很大一笔试验费用。其次，其可以求解某些逆问题，逆问题的理论解往往无法通过非数值的手段得到。最后，从工程管理角度考虑，数值模拟方法大大节省了产品研发的周期，由此单位时间内产生了更多的经济收益。有限无技术分析机翼见图2。

上述计算力学给工程设计方面带来的种种好处，都基于一个很重要的前提。那就是力学问题程序化。如何将力学问题转化为一个计算机可以求解的程序，一直是计算力学研究的重点，比如有限元技术就是其中一个典型代表。目前，有限元技术已经涵盖了大部分力学问题，包括：静力学求解，动力学求解，各种非线性问题，以及多物理场耦合等。但值得注意的是，除了静力学以及相对简单的问题外，其余问题所用的算法目前精度仍然有限，相较于工程运用而言仍存在诸多壁垒。对于这些问题算法的更新，是力学问题程序化必须面对的挑战，仍需研究人员不断探索。

2.2 工程化

力学工程化依然是基于计算力学而讨论的。所不同的是，程序化是针对一项力学问题能不能解决，工程化关注的问题是如何使得力学问题的解决过程更符合工程需求。

21世纪的航空航天，已经越来越趋向于商业化，美国已有数家私有航天企业成立，我国的航天科技集团也在进行着一些商业卫星发射。而商业化的工程问题，所追求的目标永远是效益。因此，力学工程化发展也应基于这一要求。航空航天工程的研发工作，一直给人周期长的印象，动辄10年以上的研究周期，对于目前商业化的运营是不适用的。如何快速的给出解决方案，是今后力学工程化的重要考量。随着软件技术的发展，越来越多的数值计算可以通过可视化、图表化等快捷的交互式设计方法呈现出结果，这可以直观地给予工程师设计反馈，从而达到加快设计进程的目的。同时，直观的结果反馈，也能避免数据分析过程出现人为失误，起到规避风险的作用。

2.3 非均质化

新材料往往首先出现在航空航天领域，其中典型代表便是先进复合材料。先进复合材料具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳、阻尼减震性好、破损安全性好以及性能可设计等优点。由于上述优点，先进复合材料继铝、钢、钛之后，迅速发展成四大结构材料之一，其用量成为航空航天结构的先进性标志之一。

复合材料的运用给力学提出了新要求，相比于传统各向同性的金属材料，其各向异性的力学特性使得非均质力学应运而生，代表便是复合材料力学的诞生。非均质化力学需要将材料的承力主方向设计为结构中的主承力方向，而非主承力方向则需要保证一定强度，不至于破坏，这是其主要的设计特点。相比各向同性材料，其理论模型更为复杂，相应的数值求解方法也没有那么完善。同时，实际中复合材料的性能分散性和环境依赖性相当复杂， 设计准则和结构设计值的确定还很保守，导致最终设计结果并没有理论中那么完美，很大程度上制约了工程领域大规模使用复合材料。对于国内而言，复合材料研究工作相比国外则更为落后，无论是设计经验还是试验数据积累都有不小差距。

建立完备的非均质化力学模型，积累足够的原始参数，大胆尝试提高复合材料的设计水平以及用量是今后力学非均质化的主要任务，需要研究人员付出更多的努力。

2.4 多物理场耦合

2.4.1 电磁与力学耦合

新时代下的航空航天材料，已不仅仅局限于提供简单的支承作用，功能化是航空航天器新材料发展的重点和热点，其最终目的是为了未来航空航天器发展智能化目标。

目前，越来越多的具有电-力耦合功能的新型材料正成为航空航天器结构材料的选择。因为在对飞行器的自我检测技术方面，具有电-力耦合功能的材料的受力状态与电磁性能存在特定的函数关系，由此系统能通过检测电磁性能达到检测受力状态的效果，这大大方便了对飞行器的健康监测，也有效保证了飞行器的安全。这其中耦合函数的准确性便成为关键，电-力耦合的发展能促进这些技术的健全，具有十分积极意义。

2.4.2 温度与力学耦合

温度场与力场的耦合主要体现在发动机上，对于发动机内部涵道的设计最优化一直是热力学着力解决的问题。

目前大部分飞机均采用喷气式发动机，包括：涡喷发动机、涡扇发动机以及涡桨发动机。上世纪40年代末，涡喷发动机出现，飞机飞行速度第一次能超过音速，带来了一场飞机发动机的技术革命。由此，包括进气道以及发动机涵道的设计成为发动机研发的一个关键点，早期的涡喷发动机，由于涵道上的设计缺陷，导致燃料燃烧产生热能转化为推进力的转化比很低，同时伴随着燃烧不充分，因此发动机耗油量很高且推力较小。经过几十年的发展，目前无论军用还是民用飞机发动机，大部分均采用涡扇发动机，通过优化得到的涵道形状最大化了单位燃油所提供的推力。图3为民用客机发动机涵道。

我国的飞机发动机工业水平距离世界领先水平仍有较大距离，特别是在大涵道比的商用发动机研发上。发展热力学，对热-力耦合问题进行更深入的研究，是发展我国飞机发动机事业的奠基石。

2.4.3 流固耦合

流固耦合是飞行器研制最基本的问题之一。几十年的发展历程中，基于流固耦合研究的飞机外形设计取得了诸多进展，包括整体机身外形的优化，翼梢小翼的出现等。随着飞机飞行速度的不断提高，特别是军用飞机机动性的要求，出现了许许多多新的流固耦合问题。比如针对飞机在大攻角飞行时（一般出现在军机上），传统小攻角气动表示法、稳定理论等均不再适用。因此，解决大攻角非定常问题，需要从飞行器运动以及流动方程同时出发，建立多自由度分析和数值模拟模型。这是典型的流固耦合问题。

同时，以往旧的流固耦合理论，在先进复合材料大量运用的今天，显然已经不再使用。对旧有理论进行必要的修正，也将成为流固耦合问题亟需完成的工作。

3 结语

当前，国家大力发展航空航天事业，作为高精尖产业，其所运用的理论与技术绝不能落后。力学作为一门古老而又应用广泛的学科，其对航空航天事业的发展起着举足轻重的作用。为符合未来航空航天领域发展，航空航天领域的力学应着力向着程序化、工程化、非均质化、以及多物理场耦合化综合发展。

参考文献

[1]杜善义.先进复合材料与航空航天[J].复合材料学报，2007（2）：1-11.

篇（2）

铝、镁、钛等这些轻金属把航空航天器推上了天，没有这些轻金属就没有现在的航空航天业，轻金属对航空航天业的发展至关重要，然而，随着科技的进步，航空航天事业的发展，对材料的要求也越来越高，不但要提高飞行器的性能，还要减轻自重以节约能源降低费用，铝、镁、钛这些轻金属的合金材料应运而生，在航空航天领域得到了广泛应用。随着航空航天工业中有色合金较大范围的使用，对合金构件的需求也不段提高，电子束焊接工艺是适用于有色合金的焊接工艺之一。

1 电子束焊的原理

电子束焊的电子束是从电子枪中产生的，电子枪中的阴极受热发射电子，该电子被高压电场加速以及电磁透镜聚焦后，就会形成具有极高能量密度的电子束，电子束撞击到工件表面，电子巨大的动能就会转变为热能，使金属迅速熔化，实现对工件的焊接[1，2]。

2 电子束焊的特点[3，4]

（1）功率密度高，电子束功率可从几十千瓦到一百千瓦以上。电子束束斑的功率密度可达106～108W/cm2，比电弧功率密度约高100～1000倍。

（2）焊接速度快，焊接热影响区小，焊接变形小。

（3）电子束穿透能力强，焊缝深宽比大。

（4）焊接过程中不行引入焊接材料，焊缝的纯洁度高。

3 有色合金的电子束焊接工艺

3.1 钛合金

钛及钛合金具有比强度高、抗腐蚀性好、温度适应范围广等一系列突出优点，航空航天科研事业和生产的发展与钛合金的推广应用有着密不可分的联系[5]。钛合金在航空航天工业中有着广阔的应用前景。

电子束焊接工艺在真空环境下进行，可避免空气对钛合金的污染，降低裂缝等缺陷的几率，是一种非常适合钛合金的焊接技术[6]。

朱少旺[7]对Ti60合金薄板对接件进行了电子束焊接工艺研究。通过电子束焊接性实验，他研究了电子束焊接工艺的参数对焊缝表面成形及焊接接头显微组织、力学性能的影响，探索了焊后缓冷工艺和焊后热处理对焊接接头组织及性能所起作用。闫伟[8]对Ti-55高温钛合金板材进行了一些电子束焊接试验，为确定Ti-55板材的焊接方法及工艺做了技术储备。

3.2 铝合金

由于铝合金具有耐腐蚀性好，比模量、比强度、疲劳强度高，以及电导性和热导性好等特点，在航空航天、交通工具、机械制造、电工化工等行业中应用广泛。铝及铝合金的电子束焊接工艺是目前国内外学者的研究热点，电子束焊接工艺是铝合金焊接的重要方法之一。

王亚荣等[9]研究了焊后热处理对2A14高强铝合金电子束焊接头组织及力学性能的影响。王常建等[10]对电子束焊接工艺在2219铝合金扩张段上的应用进行了研究，研究表明电子束焊接技术能够减少焊接变形，降低焊接缺陷。陈国庆等[11]研究了SiCp/2024与2219铝合金电子束焊接。

3.3 镁合金

镁是最轻的工业金属材料，密度只有铝的三分之二，镁及镁合金具有密度低、强度高的优点。航空航天器轻量化的要求使得镁合金有着广阔的应用前景。目前镁合金的应用已经遍及航天航空、汽车、船舶、体育用品、电子等多个领域[12]。由于电子束焊接工艺具有良好的焊接效果，其在镁合金的焊接领域得到了广泛的应用。

朱智文等[13]研究了AZ31镁合金电子束焊焊接接头微观组织特征，研究结果显示AZ31镁合金电子束焊接接头成形良好，焊缝组织细小，表明电子束焊是AZ31镁合金的有效焊接方法。叶宏等[14]研究了AZ91D镁合金真空电子束深熔焊接熔池气泡流数值模拟，建立了真空电子束焊接熔池二维气泡流数学模型。

4 结束语

随着航空航天业的发展以及有色合金的广泛应用，对有色合金焊接工艺的研究已成为热点，电子束焊接工艺在我国已有多年的发展历史，应用在很多领域，也为我国的航空航天事业做出了巨大的贡献，电子束焊接工艺的发展必将推进有色合金在航空航天业的应用。

参考文献

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[2]马骋，周建桃，屈站，等.镁合金焊接技术研究[J].科技资讯，2010（15）：113.

[3]王静.铝合金电子束焊接技术[J].电焊机，2011，41（8）：112-115.

[4]马卓.先进焊接技术发展现状与趋势[J].科技创新与应用，2013（3）：122.

[5]张利军，薛祥义，常辉.我国航空航天用钛合金材料[A].第三届空间材料及其应用技术学术交流会论文集[C].

[6]付鹏飞，黄锐，刘方军，等.TA12钛合金电子束焊接组织性能及残余应力分析[J].焊接学报，2007，28（2）：82-84.

[7]朱少旺.Ti60合金电子束焊接接头组织及性能研究[D].哈尔滨工业大学，2009.

[8]闫伟.Ti55钛合金板材的CO2激光焊与电子束焊的实验研究[D].东北大学，2006.

[9]王亚荣，黄文荣，雷华东.焊后热处理对2A14高强铝合金电子束焊接头组织及力学性能的影响[J].机械工程学报，2011，47（20）：141-145.

[10]王常建，胡春海，刘丽莉.电子束焊接工艺在2219铝合金扩张段上的应用[A].陕西省焊接学术会议论文集[C].22-24.

[11]国庆，张秉刚，杨勇，等.SiCp/2024与2219铝合金电子束焊接[J].焊接学报，2015，36（3）：27-30.

篇（3）

[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）12-0165-02

沈阳航空航天大学（以下简称沈航）是一所以航空宇航为特色，以工为主的多科性协调发展的高等院校。作为教学研究型定位的高等学校，我校的教学工作在学校各项工作中占有十分重要的地位。多年来，沈航自动化学院基础教研室承担的控制工程基础课程是我校机械、飞行器与动力和材料等工科专业的一门重要的专业基础课，作为核心课程之一在专业课程体系中占有重要地位。当前，自动化类技术在现代高科技发展的诸多领域（如航空航天）起到了越来越重要的作用，与其密切相关的控制工程基础课程教学也面临着改革，以适应航空航天科技的发展和人才培养的需求导向。该课程涉及数学、力学、电学和测试技术等多门相关课程，以系统的动态过程为研究对象，内容理论性较强比较抽象，同时该课程知识又能运用于有明显实践应用性的广泛领域中。但在实际教学过程中，其理论和实际的结合不是很紧密，难以跟上航空航天工程中控制技术的快速发展。

为了突出该门课程的航空航天特色，加强培养学生对理论知识的理解掌握和提升学生的工程应用能力和创新意识，我校开展了具有航空特色的控制工程基础教学模式的探索改革与实践。通过将控制理论知识与航空航天专业特点相结合，以期使学生在掌握自动控制基本理论和方法的基础上，对于其在航空航天各领域（如飞行控制系统、航空发动机控制系统、卫星姿态控制系统、火箭/导弹控制系统及其他航空航天运载器的机电控制系统等）中的应用有较为深入的了解，并初步掌握航空航天类控制系统的基本原理和设计方法。

一、具有专业特色控制类课程建设的研究现状

在国内，控制类课程一直在各工科专业的课程设置中占有重要地位。江南大学王艳针对电气信息类学生的具体情况，对自动控制原理的课程教学进行了一些改革和尝试。[1]华东理工大学孙京浩等人针对该校过程控制工程国家精品课全方面探讨了课程创新教学改革实践和经验体会。[2]此外，北航的陈殿生等人，江苏科大的袁明新等人和辽宁工程技术大学的李建刚等人还分别对机械控制工程、机电控制工程和控制工程等课程的改革和建设进行了有益探讨并提出了多项措施。[3]面向航空特色的课程建设成果主要体现于国内几所航空类院校。昌航谢小林等对“复合材料”专业的航空特色人才培养途径进行了研究。[4]南航刘海春等对航空特色“电工电子技术”课程教学进行了研究。[5]此外，昌航罗军明等对金属材料工程和普通化学等专业具有航空特色的创新型人才培养、教学体系建设和课程教学改革等内容进行较为深入的研究和探索实践。[6]

综上，在自动化核心课程建设方面，整体上国内高校偏重于理论教学。在具有航空特色课程建设方面，几所航空类学校已陆续在多门课程上开展研究和实践尝试，但在控制工程类课程建设上仅有初步尝试（将发动机控制部分引入）[7]，且信息获取方式十分有限，还远不能全面反映航空航天控制领域的整体应用实践情况，有待结合我校的特色进行深入发掘、研究和探索。

二、具有航空航天特色的控制工程基础课程建设方案

（一）突出航空航天特色的课程内容优化

1.课程大纲的修订

课程大纲是控制工程基础的纲领性规范文件，以突显航空航天特色为指导理念，明确目的，对课程大纲的制订和教学内容的安排体现出基础与综合的合理分配、理论与实践的密切结合、经典与航空航天控制工程前沿的有效过渡。充分结合主讲教师丰富的科研实践经验，按学术专长分工，制订可涵盖航空航天领域典型控制系统和控制问题的内容优化方向和范围。大纲制订目标是使学生具有较强的控制工程基础理论知识，以及具备初步的在航空航天控制系统设计领域综合运用知识的能力、实际动手能力和创新性实践能力。

2.构建航空航天控制系统设计案例库

本文所提出的案例驱动教学，其本质是将理论教学与航空航天控制工程实践相结合，通过工程案例提高课程的实用性和前沿性，并激发学生的学习兴趣，发挥学生主体性和加强对学生创新实践能力的培养。设计的工程案例大致可划分为三种类型：启发引导型、认知辅助型和综合设计型。

其中，对于启发引导型案例（起到“线”的作用），引入一个系统的大案例置于课程绪论中，充当引领作用，阐述学习的意义和本质和激发兴趣，解析某个航空航天控制系统的构成和控制问题描述，阐述解决思路，并提供解决路径（教材其余各章节）。需要指出的是，这个大案例始终贯穿全课程内容，其作为一个大线索，可一方面起到使上下文知识点逻辑紧密的作用，始终反映全局和局部的关系，还可使学生最终实现一个典型航空航天控制系统设计的完整学习过程。

对于认知辅助型案例（起到“点”和“面”的作用），认知型案例主要是针对教学中的重点和难点，利用一些“小型或局部性”航空航天控制工程案例（如飞行控制系统、航空发动机控制系统和卫星姿态控制系统）来诠释知识点。这些案例可在教学的具体章节中夯实学生对某单独知识点的学习、消化和掌握，也可持续体现课程的应用实践性，提升学生的学习兴趣，还可以使学生逐步了解和认识航空航天控制系统涉及的各个具体领域，扩大知识面，提高特色素养。

（二）突出航空航天特色的多层次的实践教学体系

实践是课程教学必不可少的内容，有利于理论知识的巩固和应用能力的提高。在现有的教学中，实验（6学时）教学只是在授课期间穿插两三次实验，学生对实验内容的理解仍然比较模糊，未能达到实验教学目的。为此，我们拟对控制工程基础的实验内容进行部分调整，构建多层次的实验教学体系，实验涵盖基础理论实验和综合性设计实验两个层次，由浅入深，循序渐进。

1.基础理论实验

学生学会利用控制方法去设计系统，这是本课程学习的最终目标，也是教学的难点。现有控制工程基础的实验多是分析验证性实验，缺少设计性实验。由于其只是单纯的系统性能仿真或是稳定性分析（零极点分布、奈奎斯特判据），往往2～3学时的实验学生很快就做完了。学生仅学会了对某些单知识点的初步分析，没有形成完整的控制系统设计思维，当然也不会设计稍微复杂的系统。作为国内外广泛使用的教学和应用软件，Matlab功能已十分强大，应充分利用其更多的实用功能。为此，学校拟在现有基础上，安排设计更加综合的基础理论实验案例，采用Matlab/Simulink工具进行高级设计，加深学生对理论知识的综合理解，同时提升其使用控制系统分析工具的水平。

2.综合性设计实验

实验过程是从预习开始到完成实验报告的一个完整过程。长期以来，实验教学过程中存在着重视实验结果轻视实验过程的倾向。实验前一些学生已经把前面同学的实验程序抄录在手，实验过程中常出现不认真观察实验的现象。为改变这种重结果轻过程的现象，拟增加具有航空航天特色的综合性控制系统设计实验，全面考查学生对系统的分析和综合设计能力，考查建模、稳定性、时域分析、校正设计等具体内容。通过设计性实验来改变学生的被动状态，学生需要自己动脑和互相配合，这激发了学生的学习积极性，培养了学生理论联系航空航天工程实际的独立工作和创新能力。

三、结论

本课程改革在教学和实践环节提出了一套带有航空航天特色的控制工程基础课程案例分析、基础仿真实验和综合设计实验相结合的多层次体系。经过精心设计与选择案例和实验内容，将航空航天特色科学地纳入各个教学环节，可将学生独立思考能力、分析问题能力、实际动手能力和创新能力的培养结合到课堂与实践教学环节中，并不断增强学生对本课程理论知识的理解掌握和提升学生对航空航天控制系统分析设计的综合应用实践能力水平。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 王艳. 《自动控制原理》课程教学改革与创新实践[J]. 江南大学学报（教育科学版），2007（4）：49-51.

[2] 孙京诰，罗健旭，刘漫丹，等. 过程控制工程国家精品课程特色建设探讨与实践[J].化工高等教育，2012（2）：15-18.

[3] 陈殿生，王田苗，黄宇. 机电控制工程课程的网络教学系统的开发[J].实验技术与管理，2009（1）：7-10.

[4] 谢小林，梁红波，范红青，等. 复合材料专业方向航空特色人才培养的探索与实践[J].大学教育，2013（6）：143-144.

篇（4）

中图分类号： V26 文献标识码:A

焊接是通过加热、加压，或两者并用，使同性或异性两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。焊接既可用于金属，也可用于非金属。在航空航天装备和材料加工过程中，焊接技术有着举足轻重的地位。

1电子束焊

电子束焊( EBW)是在真空环境下利用会聚的高速电子流轰击工件接缝，将电子动能转变为热能，使被焊金属熔合的一种焊接方法。作为高能束流加工技术的重要组成部分，电子束焊具有能量密度高、焊接深宽比大、焊接变形小、可控精度高、焊接质量稳定和易实现自动控制等突出优点，也正是山于这些特点，电子焊接技术在航空、航天、兵器、电子、核工业等领域已得到广泛的应用。在航空制造业中，电子束焊接技术的应用，大大提高了飞机发动机的制造水平，使发动机中的许多减重设计及异种材料的焊接成为现实，同时为许多整体加工难以实现的零件制造提供了一种加工途径；另外，电子束焊接本身所具有的特点成功地解决了航空、航天业要求各种焊接结构具有高强度、低重量和极高可靠性的关键技术问题。所以在国内外的航空和航大工业中，电子束焊接已成为最可靠的连接方法之一。

2激光焊

激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束，如果焦点靠近工件，工件就会在几毫秒内熔化和蒸发，这一效应可用于焊接工艺。激光焊具有焊接设备装置简单、能量密度高、变形小、精度高、焊缝深宽比大、能在室温或特殊条件下进行焊接、可焊接难熔材料等优点。激光焊接主要用机大蒙皮的拼接和机身附件的装配。美国在20世纪70年代初的航空航天工业中，已利用15kW的CO2仿激光焊机弧光器针对飞机制造业中的各种材料、零部件进行了激光焊接试验、评估及工艺的标准化。空中客车公司A340飞机的全部铝合金内隔板均采用激光焊接，减轻了机身重量，降低了制造成本。

3搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊技术是英国焊接研究所(简称TWI)在1991年发明的新型固相连接技术，是世界焊接技术发展史上自发明到工业应用时间跨度最短和发展最快的一项固相连接新技术。它是利用一种非耗损的搅拌头，高速旋转着压入待焊界面，摩擦加热被焊金属界面使其产生热塑性，在压力、推力和挤压力的综合作用下实现材料扩散连接，形成致密的金属间固相连接。它具有无飞溅，无需焊接材料，不需要保护气体，被焊材料损伤小，焊缝热影响区小，焊缝强度高等特点，被誉为“当代最具革命性的焊接技术。美国 Eclipse公司在Eclipse N500型商务飞机制造中首次大规模成功运用了FSW技术, 包括飞机蒙皮、翼肋、弦状支撑、飞机地板以及结构件的装配等基本上全部利用搅拌摩擦焊技术制造，70%的铆接被焊缝替代，不仅极大地提高了连接质量，而且使生产效率提高了近10倍，生产成本大大降低。波音公司将搅拌摩擦焊技术用于C-17和C-130运输机地板的制造，利用搅拌摩擦焊代替紧固件连接，简化了地板结构设计并提高了构件的生产效率，生产成本降低了20%。总之，FSW技术正处于深入研究和推广应用阶段，存在着巨大的应用发展潜力。

4线性摩擦焊

线性摩擦焊是一种在焊接压力作用下，利用被焊工件相对做线性往复摩擦运动产生热量，从而实现焊接的固态连接方法。它具有优质、高效、节能、环保的优点。20世纪80年代后期，MTU公司与罗罗公司合作，成功的将线性摩擦焊用于发动机整体钛合金叶盘的制造。目前，线性摩擦焊已经广泛应用于塑料工程和航空发动机叶盘式转子的制造。

5扩散焊

扩散焊又称扩散连接，是把两个或两个以上的固相材料紧压在一起，置于真空或保护气氛中加热至母材熔点以下温度，对其施加压力使连接界面微观塑性变形达到紧密接触，再经保温、原子相互扩散而形成牢固结合的一种连接方法。它具有接头质量好，焊后无需机加工，焊件变形量小，一次可焊多个接头等优点。扩散焊已在直升飞机上钛合金旋翼桨毂、飞机大梁、发动机机匣以及整体涡轮等方面试用，涡轮叶片、钛合金宽叶弦蜂窝夹层风扇叶片等的扩散焊已应用于生产。

焊接技术是航空航天领域的重要连接技术，它在促进航空航天制造技术的发展、实现飞行器的减重、高效中发挥着越来越重要的作用。可以预见，我国航空航天工业在突飞猛进的焊接技术的推动下定将取得快速发展。

参考文献

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[7]丁丽丽,何旭斌,胡进.搅拌摩擦焊技术在军用飞机航空修理中的应用[J].电焊机,2004, 130-134.

篇（5）

中图分类号：V257 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（c）-0004-02

与铝合金结构、钢结构材料等传统材料相比，先进性复合材料在综合性能上更具优势，其用量成为了代表着航空航天先进性的一个标志，占据着重要的地位。我国若要在竞争激烈的世界市场中站稳脚跟并且不断向前发展，就要对先进性复合材料这一被全球强国重视的核心技术进行深入研究与重点发展。

1 先进复合材料的基本定义

先进复合材料，简称ACM，即是在进行主承力结构与次承力结构等加工过程中，可以运用的刚度性能以及强度性能≥铝合金等传统材料的一种复合材料，不但在质量的轻度上占据优势，其比强度、比模量都更加高，还具有抗腐蚀、耐高温与低温、减震隔音及隔热的良好性能，并且具有较佳的延展性，如今被大量地推广应用在建筑行业、机械制造行业、医学行业以及航空航天行业等领域中[1]。

2 先M复合材料的特点

作为当今时代的主导材料，复合材料有着以下一些特点：首先是可设计性与各向异性，根据构件的使用要求与环境条件，可以在设计环节进行合理的组分材料选择、材料匹配，并且通过界面控制尽可能地满足预期要求，达到工程结构所需性能的标准要求。传统材料的运用上常见的材料冗余问题也可以很好地避免，实现材料结构的效能最大化。其次，复合材料的构件和材料一起形成，提高了结构的整体性能，无需过多的零部件，实现了加工周期的缩短与成本的减少。然后，复合材料在其复合效应下形成新性能，并不存在单一材料或几种材料简单混合的性能缺陷问题。

再者，复合材料能产生很多功能，比如吸波和透波、防热和导电、透析和阻燃等等一系列功能，在结合其他先进技术的基础上，形成一种新复合材料，比如纳米复合材料、生物复合材料和智能复合材料等。最后，需要注意的是，在复合材料的成形过程中，其组份材料会发生物理变化与化学变化，使得复合材料构件性能在很大程度上依赖其复合工艺，难以准确地对工艺参数进行适当的控制，以至于性能具有较大的分散性。

3 先进复合材料在航空航天领域的应用

3.1 先进复合材料在无人机领域的应用

现代战争理念的改变，使无人机倍受青睐。无人机除在情报、监视、侦察等信息化作战中的特殊作用外，还能在突防、核战、化学和生物武器战争中发挥有人军机无法替代的作用。无人机的发展方向是飞行更高、更远、更长，隐身性能更好，制造更加简便快捷，成本更低等，其中关键技术之一就是大量采用复合材料，超轻超大复合材料结构技术是提高其续航能力、生存能力、可靠性和有效载荷能力的关键。

3.2 先进复合材料在民航客机的应用

复合材料在民机结构上的应用近年来取得较大进展。复合材料的优点不仅仅是质轻，而且给设计带来创新，通过合理设计，还可提供诸如抗疲劳、抗振、耐腐蚀、耐久性和吸/透波等其他传统材料无法实现的优异功能特性，增加未来发展的潜力和空间。尤其与铝合金等传统材料相比，复合材料可明显减少使用维护要求，降低寿命周期成本，特别是当飞机进入老龄化阶段后差别更明显。同时，大部分复合材料飞机构件可以整体成型，大幅度减少零件数目和紧固件数目，从而减小结构质量，降低连接和装配成本，并有效降低总成本。

3.3 先进复合材料在航空器领域的应用

功能材料在航天领域的应用更为广泛，其中最重要的是返回式航天器的表面热防护功能材料。中国材料研究学会学者唐见茂研究指出，航天飞行器（导弹、火箭、飞船、航天飞机等）以高超声速往返大气层时，在气动加热下，其表面温度高达4 000 ℃～8 000 ℃；固体和液体火箭发动机工作时，燃烧室产生的高速气流冲刷喷管，烧蚀最苛刻的喉衬部位温度瞬间可超过3 000 ℃。

4 结语

通过以上的研究可以发现，随着航空航天技术的飞速发展，对材料的要求也越来越高。一个国家新材料的研制与应用水平在很大程度上体现了其国防和科研技术水平，因此许多国家都把新型材料的研制与应用放在科研工作的首要地位。新型航空航天器的先进性标志之一是结构的先进性，而先进复合材料是实现结构先进性的重要基础和先导技术。我国将成为世界上先进复合材料的最大用户，笔者认为，我国应该针对国外技术封锁与国内技术储备不足的国情，不断地自主创新，努力探索原材料、设计问题，运用理论、低成本技术以及政策支持等一系列的解决方法，不断提高航空航天器的结构先进性，不断加强对先进复合材料先导技术的研究与发展。

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[分类号]G301　G358

1

引言

“核心技术”被认为是一种能够带来竞争优势的技术资源和能力，是一种难于模仿的、不可替代的技术竞争力。对核心技术进行测度将为产业R&D资金投入决策和科技人力资源配置提供辅助决策，具有重要的理论意义和现实意义。国内外学者对核心技术竞争力、核心技术创新、核心技术能力、核心技术的获取战略、核心技术的确认方法。等进行了一些研究，但这些研究成果主要采用定性研究方法进行，尚缺少实证支持；少量的定量研究成果也只是尝试探索核心技术领域的确认和识别等问题，未探讨核心技术领域的测度问题。

社会网络分析方法(Social Network Analysis，SNA)，曾被普遍用于人际关系网络的研究，但运用SNA对技术进行研究的成果并不多，笔者尚未发现运用SNA方法测度核心技术领域的研究成果。本研究运用社会网络分析方法和世界权威专利数据库《德温特创新索引》的专利数据，以2009年全球航空航天产业技术为应用实例，进行实证分析和研究。

2　核心技术领域测度方法与指标选择

在世界权威专利数据库《德温特创新索引》中，到经过德温特专业技术人员的标引，具有逐级细分的技术分类体系，具体在专利文献中的表现是每条专利数据可以通过使用多个分类号详细描述专利的特质。如果一项专利涉及N个技术领域，数据库的技术标引人员就会在技术分类项目中同时标注N个技术领域，这就意味着这N个技术领域共现了一次。将技术领域视为节点，共现关系产生了边，有了节点和边，技术领域之间就形成了共现网络。专利所属的技术领域越多，技术共现网络就会越密集，《德温特创新索引》为技术共现网络的绘制提供了比较理想和规范的专业数据。

基于社会网络中心性原理，国内外学者曾将中心度指标用来测度科学引文网络中的核心文献或关键文献以及学科领域的核心人物或代表人物。笔者认为，社会网络中心性原理同样可以应用到技术网络的研究中。在技术网络中，代表技术领域节点的中心度越高，表明该技术领域与其他技术领域共现的次数越多，该技术领域的辐射能力也越强，这样的技术领域可以被认为代表了某个产业的核心技术。

3　核心技术领域测度方法与指标的应用

本研究数据来源于美国科学情报研究所IsI的网络检索平台Web of Science的《德温特创新索引》(DII)数据库，笔者选择了专利国际分类代码IPC，选择航空航天技术领域B64，检索时间范围是2009年。检索结果共得到3 660条专利数据，数据下载日期为2010年1月1日。

采用“德温特指南代码”(Derwent Manual Code，DMC)对2009年全球航空航天领域专利申请的热点技术领域进行可视化分析。DMC是由德温特的专业人员根据专利文献的文摘和全文对发明的应用和重要特点进行独家标引的代码，该代码可用于显示发明中的新颖技术特点及其应用，能提高检索的全面性和准确性。关于DMC代码的准确性和合理性，笔者于2010年11月20日在深圳大学城举办的“国内外专利文献的检索与分析”专题讲座过程中，请教了Thomson Reu―ters中国办公室科学解决方案顾问、“专利信息用户组(patent information user group，PIUG)”中国分会的发起者吴正先生，吴正先生解释说，由德温特专业人员细分的DMC代码，具有比《国际专利分类表》(IPC分类)更长的发展历史，其准确性和合理性是值得信赖的。通过对DMC进行分析，可以比较准确地掌握一个产业领域涉及到的、主要的热点产业技术集群。

通过运用瑞典科学计量学家Persson开发的大型文献处理软件Bibexcel ，对2009年全球航空航天领域专利文献的DMC进行处理，得到的专利申请共涉及1 435个不同技术领域，选取出现频次10次以上的87个技术领域，运用netdraw绘制出2009年全球航空航天领域技术网络图谱，如图1所示：

图1显示出2009年全球航空航天的专利技术主要分布在以下三个重点领域：通讯技术领域(w大类：Communications)、聚合物技术领域(A大类：Plasdoc)、计算与控制技术领域(T大类：Computing and Con―tro1)。图l的中心性分析结果显示，网络中节点中心度最高值为46.512，对科技成果产出数据的选取一般取3―5年为宜，评价时可以根据数据的可得性综合进行处理，一般年度越近的截面权重越高。512，该节点所代表的技术领域是2002年兴起的代码为T01-J07D1的“交通工具微处理系统”(vehicle microprocessor system)技术。中心度明显高于其他技术领域的前6位技术领域的DMC代码、中心度、频次和具体所代表的技术领域，如表l所示：

由表1可知，中心度最高的前6个技术领域中，w类占了5个，该结果与笔者所做的2008年波音公司技术前沿探测研究的结果是一致的，通讯技术已经成为当前世界航空航天领域重要的核心技术领域。

选择中心度作为测度核心技术领域的指标，是因为中心度高的技术领域与其他技术领域共现的机会多，对其他技术领域的影响也相对较大。在一个产业领域的技术网络中，一个对其他许多技术领域都有影响的技术领域，会成为该产业的核心技术领域。

4　结论与不足

本研究主要有以下初步结论：

・社会网络分析方法是一个比较好的对核心技术领域进行测度的可视化方法，可以用来绘制技术共现网络，并进一步对全球某一个产业或某企业的核心技术领域进行可视化分析。

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）47-0144-03

一、航空类专业课程体系简介

在教育部本科专业目录中，航空航天类专业有飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造工程、飞行器质量与可靠性、飞行器环境与生命保障工程、飞行器适航技术和航空航天工程等7个。目前，郑州航空工业管理学院开设了前3个专业，均归属于航空工程学院。以飞行器设计与工程为例，在第1学期设置了“飞行器设计与工程专业导论”课程（16学时）、第2学期设置了“航空航天技术基础”专业必修课（32学时）作为专业学习的前导课。第1―5学期，学校设置了“高等数学”、“大学物理”、“理论力学”和“材料力学”等公共基础课和学科基础课；第4―7学期则按照飞机设计的各个子学科，设置了“通用航空技术”、“空气动力学”、“飞行器总体设计”、“无人机系统导论”、“飞行器专业英语阅读”和“飞行器专业技术讲座”等专业课程。

从课程设置上可以看出，“飞行器设计与工程专业导论”和“航空航天技术基础”课程主要培养学生对专业基本情况和学科领域的整体性把握，属于专业通识性课程。而在专业课中渗透通识意识，对教师也提出了更高的要求[1，2]。经过这两门课程的前期引领和必要的数理、力学知识的学习之后，学生再按照飞机种类和飞机设计各分支学科的特点进行专业课学习。可以说，“航空航天技术基础”的各个章节基本上对应了后续专业课的主要范围，具有非常重要的地位。

在教学实践中，我们也发现，激波、升力、机翼结构、飞机稳定性和操纵性等概念尽管在“航空航天技术基础”课程中已讲授，但在相应的专业课学习中，学生仍觉吃力。调查发现，原因主要有两点：第一，专业课程数学公式较多，而数学、物理等公共基础课的学习效果一般，有畏难心理；第二，不知所学知识的应用情况，知其然而不知其所以然。针对航空类专业的课程体系，探索研究专业通识课程与后续专业课程的联系，对于增强学生学习积极性、提高人才培养质量具有重要意义。

二、“航空概论”通识类课程的建设情况

航空概论是学校面向非航空专业学生开设的一门通识课程（24学时），内容主要包括航空航天基本概念、航空发展概况及未来发展趋势、我国航空工业、空气动力学基础、飞行原理、航空发动机等[3]，考核方式为期末半开半闭考试。此外，针对国际本科学术互认课程（International Scholarly Exchange Curriculum Undergraduate，ISEC）项目的双语版航空概论（32学时），内容较普通版更为丰富，更强调课堂参与和团队协作，考核方式为平时作业、表现和期末设计报告。

航空概论被列入学校的特色课程组合中，除航空专业外，其余专业的学生均须从特色课程组合中选修一门。学校每年的本科生招生人数近7000人，日常教学任务较为饱满，考虑到学校招生专业包括财经类、管理类和艺术类等，学生数理基础参差不齐，在讲授时一般避免进行复杂公式的推导，多采用类比法和案例法讲解。

此外，学校的人才培养目标和发展定位与传统的三所航空重点高校（北京航空航天大学、西北工业大学和南京航空航天大学）以及其他高职高专类院校存在明显区别，市场上已有的航空概论教材并不能完全满足我们的教学需求。经过多年的建设，学校主编并出版了《航空概论》教材，并将“航空概论”课作为学校慕课平台课程体系的第一批建设项目立项，通过网上课堂与实际课堂相结合的形式，探索“翻转课堂”教学理念在航空类通识课程中的应用效果。现在，此项工作正在稳步开展中。

三、航空类专业课程与“航空概论”课程贯通建设

为了尽可能利用现有资源，我们对航空类专业课程和“航空概论”课程进行了统筹处理，并尝试进行贯通建设，主要包括如下措施。

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为更好地适应国家经济建设和社会发展对高层次应用型人才的迫切需要，积极发展具有中国特色的专业学位教育，教育部自2009年起，扩大招收以应届本科毕业生为主的全日制硕士专业学位范围。2009年全国计划招收全日制专业学位研究生5万名。北京航空航天大学拟招收全日制专业学位研究生400名。北京航空航天大学以服务于国家战略目标为宗旨，以培养工程实践需要的高层次应用型人才为目标，通过产学研相结合，积极探索以应届本科毕业生为主的高素质全日制专业学位研究生的培养模式。

1　开展全日制专业学位研究生教育，满足高层次应用型专门人才的需要

我国自1991年开展专业学位教育以来，专业学位教育种类不断增多，培养规模不断扩大，社会影响不断增强。在培养高层次应用型专门人才方面日益发挥着重要的作用。已成为学位与研究生教育的重要组成部分。前期的专业学位研究生教育的培养对象主要是具有一定工作经历的在职人员，对在职人员业务水平和实践能力的提高发挥了重要作用。

随着我国经济社会的快速发展，迫切需要大批具有创新能力、创业能力和实践能力的高层次专门人才。教育部自2009年起，对研究生教育结构类型实行重大改革，增强研究生服务于国家和社会发展的能力，加大应用型人才培养的力度，促进人才培养与经济社会发展实际需求的紧密联系，除继续实行学术型研究生教育外，开展了以应届本科毕业生为主的全日制硕士专业学位研究生教育，不仅满足他们适应社会发展、提高专业水平、增强就业竞争力的需要，而且对加快培养高层次应用型专门人才，满足社会多样化需求、具有重大而深远的意义。

2　探索全日制专业学位研究生培养模式

以应届本科毕业生为主的全日制硕士专业学位研究生教育，是2009年即将启动的新的研究生培养模式，其研究生培养过程、培养环节质量监控和学位论文要求等相关规定尚在建立和完善之中。如何使以应届本科毕业生为主的全日制硕士专业学位研究生的教育培养内容高起点、研究生培养质量高标准、创新实践能力高要求，使以应届本科毕业生为主的全日制专业学位研究生掌握专业领域坚实的基础理论和宽广的专业知识、具有较强的解决实际问题的能力。能够承担专业技术或管理工作，成为具有良好的职业素养的高层次应用型专门人才，探索出一套符合以应届本科毕业生为主的全日制专业学位研究生的创新型培养模式，制订出全日制专业学位研究生培养方案和实施细则，建立和完善研究生培养过程规章制度，是当前迫切需要进行的重要工作。

2.1加强基础理论和应用知识相结合的课程教学模式

学术型研究生教育主要是培养具有独立从事科学研究或教学工作能力的教学科研人才。专业学位研究生教育主要是培养具有良好的创新实践能力的高层次应用型专门人才。因此，专业学位研究生课程设置将以实际应用为导向，以职业需求为目标，以综合素养和应用知识与能力的提高为核心。课堂教学内容强调理论性与应用性课程的有机结合，突出案例分析和实践研究。

例如，北航材料学科的全日制专业学位研究生课程设置上，一级学科和二级学科的核心基础理论课与学术型研究生课程设置完全相同，其核心基础理论课包括：固体物理、材料近代测试方法、固体化学、材料热力学与动力学、先进复合材料等。在方向课程设置上，拟针对北航特色增加有航空航天特色的“航空航天材料工程”，包括：航空航天发动机用高温结构材料、航空航天飞行器用轻质结构材料、热防护和机载设备用特种功能材料和航空航天关键材料的服役特性与寿命评估，以及“航空航天关键结构件无损检测技术”等应用性强的课程。在全日制专业学位研究生课程教学师资队伍的建设上，请工程背景强的优秀教师、航空航天大型企业的总工程师或总设计师主讲相关课程，以飞机、运载工具和空间飞行器为对象，分解其不同部位的材料组成和材料特点，结合航空航天企业的实际案例，讲授航空航天领域关键材料，形象地再现关键材料的加工过程。这样就使全日制专业学位研究生整体课程设置，在强化基础理论的同时，突出了应用知识的课堂教学。

2.2依托学校科研优势，提升全日制专业学位研究生的实践能力

专业实践是全日制专业学位研究生培养的重要环节，充分的、高质量的专业实践是专业学位教育质量的重要保证。北京航空航天大学全日制专业学位研究生的实践教学环节，除吸纳和使用社会资源，建立多种形式的校企联合实践基地外，还建设和建成了一批校级研究生公共实验课和学科专业实验课。

学校特别重视全日制专业学位研究生实践能力的培养，即研究生教学实验的环节。依托学校科研优势，将科研成果高质量地转化到实验教学环节上，建成研究生公共实验室，以提供系列化、层次化的实践能力培养环境，形成完善的研究生实践能力培养体系。

学校通过“211工程”、“985”教育振兴计划等教学实验室建设专项，从实质上提升实验教学水平，实现科研与教学相互促进，建成了一批研究生公共实验室，包括研究生公共实验平台和研究生专业实验平台。达到培养学生创新与实践能力的目的。通过将前瞻性、先进性、典型性、综合性和学科交叉性的科研成果高质量地转化到研究生公共实验教学上，形成跨一级学科或在一级学科框架下的研究生公共实验教学内容，实现研究生实践能力的面上培养，夯实研究生实践能力的“宽口径”总的基础，再通过研究生学位论文研究，在其研究方向上实现“点上提高”，从而，形成研究生实践能力的立体全方位培养。学校十分重视通过机制体制创新使高水平教师参与到实验教学工作中，在实验核心课程体系的建设中，明确要求课程团队中要由学术带头人或学术骨干领衔组建教学团队。

2.3产学研相结合，提高全日制专业学位研究生的学位论文质量

对于2009年即将招收的以应届本科毕业生为主的全日制专业学位研究生，北京航空航天大学要求其学位论文选题均耍来源于企业合作的应用课题，或直接将他们派往企业，以突破企业关键技术来命题，强化工程实践能力培养，推进专业学位研究生培养与用人单位实际需求的紧密联系，积极探索人才培养的供需互动机制。

篇（9）

David H. Riemer（Siemens PLM Software航空航天与国防战略副总裁）：作为用户和 Siemens PLM Software的雇员，我对 Siemens PLM Software产品的视角虽然不同但是态度是一样的：就如同当初我做用户时一样， Siemens PLM Software产品的能力是我非常赞许的。当我加入 Siemens PLM Software以后，Siemens PLMSoftware的CEO告诉我，希望以深入行业应用的方式发展业务，希望把公司的组织变成面向行业的。所以，让我领导航空航天与国防这个领域，重新组成一个团队，希望带来满足客户需求和行业需求的解决方案。因为我们都知道，不同的行业，如汽车、机械、医疗和航天等，它们都有各自的需求，航空航天与国防领域的需求和其他行业有很大的不同，要满足行业的需求，提供符合的解决方案，必须要很清楚地了解这个行业客户所做的事情及流程是什么，需要什么样的平台和工具来帮助它更好地完成项目。因此很明显，我们所具有的行业优势就是 Siemens PLM Software能够为用户提供的、非常明显的价值。

CAD杂志：从产品功能和性能角度看， Siemens PLM Software针对航空航天领域的解决方案在这个市场当中具有怎样的优势呢？

David H. Riemer：第一，就是我刚刚谈到的行业优势。第二，对于航空航天领域来讲，大型的航空航天项目型号的性能指标参数是需要追溯的，这种追溯不仅仅涉及到设计是否满足要求，还需要追溯到工艺、测试和实验 ……从航空航天领域来讲，这个追溯或者回溯的能力不仅要体现在设计团队或者研发团队，而且要贯穿从设计到分析、测试实验、实物实验，再到维护维修，所有的信息反馈都要形成一个闭环，来支持性能参数和指标的要求，这是航空航天行业区别于其他行业非常关键的一点。Siemens PLM Software的产品，能够给航空航天企业提供这种数据的追溯能力。第三，当企业需要加工一个产品时，现在普遍的做法是在计算机上模拟加工过程以确定加工的工艺性和安全性，但是这种模拟只能实现对加工动作的一种仿真。Siemens PLM Software有一个更大的优势： 80%用于航空航天领域的数控控制器都是西门子的高端控制器，因此，高端的控制器、控制器软件可以与Siemens PLMSoftware的软件一起，更加真实、全面、实时地去模拟一个完整的加工过程，从而把虚拟世界到现实世界有效地连接。第四，在航空航天领域，数字样机完成以后需要验证，物理样机完成以后也需要验证，在 Siemens PLM Software的 PLM产品当中，会提供一种被称为验证管理

的系统功能，不仅能够为用户提供数字样机验证的支持，而且可以实现对物理样机验证的支持，并且能够实现两者之间的关联。除此之外，Siemens PLM Software在维护维修和后勤保障部分，还有在产品仿真验证和实验的验证方面，都具有非常强的能力，这都是其他某一个同类系统所不能提供的行业支持，这些都是Siemens PLM Software能够提供给我们用户的优势价值。

CAD杂志：之前一段时间，Siemens PLM Software完成了对多个软件系统的收购，例如LMS，能否请您谈谈这些软件对于航空航天领域的价值？

David H. Riemer：对于一个产品全生命周期管理系统提供商来讲，Siemens PLM Software本身从规划、策划到研发、制造和维护、维修整个生命周期的过程中，有着非常好的平台和工具，包括Teamcenter和NX都能够在各个阶段发挥作用。最近5年，随着航空航天企业对生命周期管理在垂直方向技术要求的增加，我们也并购了四五家世界一流的公司，例如在测试和分析领域排名第一的LMS公司，就是我们在2年以前收购的一家公司。我们都知道，NX原来在结构领域热和流体分析源方面都有很强的功能，但是LMS在性能测试、机电一体、仿真和动态特性的仿真等领域有非常深厚的基础，特别适合于航天飞机等这样的大型的空间结构。另外值得一提的是我们并购的Vistagy公司。众所周知，无论是航空飞行器还是航天的卫星、火箭，都需要增加它的有效载荷，减轻自身的重量，所以复合材料的应用是发展非常迅猛的市场，Vistagy在材料分析领域非常杰出，有过非常多经典的案例。另外一个我想提到的是Perfect Costing，这家公司专注于优化产品设计以及制造过程，降低产品成本。这是我们目前所知在降低整体设计成本领域做得最优秀的一家公司。

CAD杂志：我们都知道，收购一个软件产品与整合重建一个完整的产品线，这是两回事。您作为一个行业中的资深用户，您认为对于现在的用户来讲，这些刚刚被收购的产品，是等待Siemens PLM Software完成整合之后再用好，还是现阶段先把他们用起来？您认为Siemens PLM Software产品的整合计划应该怎样与企业选用计划相吻合？

David H. Riemer：我原来在雷神飞机公司工作时，很早就开始使用LMS的解决方案。因此实际上，我并不建议客户去等到一个完整的集成解决方案出来以后再购买，因为LMS的解决方案是在日常的设计研发中会用到的技术。另外一点，Teamcenter有一个Teamcenter for Simulation的解决方案，它是一个非常开放的体系架构，可以集成不同的分析软件和分析工具，以及实验、实验的工具和测试的工具。我的建议是：只要企业的业务有需求，就应该购买解决方案，或者一步步地实施购买。

CAD杂志：在任何一个国家来讲，航空航天都是一个国家的机密部门，您认为怎样才能在为这个地区的企业提供好的技术、产品和支持的同时，让用户更有安全感？

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2模具超差原因分析

模具加工超差问题严重影响模具交付，是拒收模具的最主要原因之一。模具加工最常见的质量缺陷问题是工件尺寸超差，进而影响模具生产的交付。因此，及时分析尺寸超差原因就显得尤为重要，并据此提出相应改进措施，才能避免以后类似问题的出现，进而提高生产效率，保证加工质量。图1为模具超差原因的鱼刺图，从影响产品质量方面分析，模具超差原因包括人、机、料、法、环五个主要因素，具体分为人为因素与非人为因素两大类。结合模具生产实践，超差原因具体包括：①依据错误；②技术水平低；③操作失误；④工艺方法问题；⑤文件理解错误；⑥设备问题；⑦材料、环境；⑧管理问题；⑨磨损、损坏；⑩其它等。对生产模具过程中出现的故障，具体问题应该具体分析，找出原因所在，争取在后面的工序中改进。

2.1人为因素

人是导致模具加工超差的主观因素。其人为因素包含在模具设计、工艺、制造、检测和使用过程中，所有参与到模具生产中的人和事。（1）设计因素：模具工装图纸或数模设计不合理、多次变更造成混乱。（2）工艺人员加工方法、加工参数有误：切削工具选用不当、加工条件选用不当、余量预留不对、加工步骤不合理。（3）操作人员粗心大意：未做好加工前确认（包括图面、工件、加工工具、加工条件）、数据输入错误（数值输入、程序混淆）、装夹问题（装夹错误、夹伤、倾斜）。（4）操作人员装夹经验不足：多次装夹产生误差、装夹方式或方法不对、装夹力不足。（5）检验人员测量方法不对：工件未仔细测量、未清除干净就测量、测量基准有误、测量探头测不到位。

2.2非人为因素

相对人为因素来说，非人为因素为客观因素。导致模具加工超差的非人为因素涉及设备、材料和环境的各个方面。（1）设备因素：机床加工设备出现故障，精度不够、测量设备误差大、辅助工具不合格。（2）原材料：无料、材料尺寸错误、材质错误、材料叠加、运输过程中被碰伤、原材料有缺陷，热处理不当或加工引起材料变形[2]。（3）环境因素：周转过程与测量环境温度差、突然停电、气压不足、噪音大、干扰多等。

3措施

综上所述，模具生产中的各个环节疏漏都会导致加工超差[3]。要避免模具加工超差，不仅单位要加强职工的质量意识和责任心教育、加强工作质量考核，而且需要参与模具设计、工艺、加工制造、检测环节，以及使用过程中的职员认真仔细，做好本职工作。针对上述导致模具加工超差的因素，本文提出以下几点措施：（1）模具设计是制造的核心要素，设计员不仅要考虑模具设计的合理性，还要考虑模具设计之后的加工工艺和使用方法，要规范绘制图纸，避免发出多次变更造成混乱。（2）工艺贯穿模具制造的中间环节，开展工艺化标准工作，完善工艺规程是工艺人员首先要做的一项工作。其次，工艺人员要增强在编程方面的安全性理论检查，要善于利用仿真软件进行干涉过切检查、刀长计算、线框刀路模拟、实体刀路模拟以及机床仿真等，将可能暴露出的问题解决在施工之前。（3）加工是模具制造的重要环节，公司须对数控操作工人进行数控铣床、加工中心理论知识培训。操作人员务必做到认真仔细，要从错误和失败中总结教训，从日常工作中积累经验，要严格按照操作规程实施，保证零件加工精度。（4）测量是模具制造的最后环节，为质量把好最后一道关。检验人员的测量方法要与时俱进，针对不同特点的工装要采用不同的检测方法，而且测量结果能经得起时间的考验。（5）在模具使用过程中需要定期检查型面、线、孔是否符合使用要求，并做好维护保养，提高模具的使用寿命，若模具磨损严重或零件更改影响使用，则须尽快返修。

4结束语

本文分析了模具加工过程中尺寸超差的原因，提出了减少加工超差的相关措施，能提高模具加工的合格率、减小模具的加工成本、缩短模具的生产周期。随着航空航天产品的飞速发展，模具制造将朝着数字化、柔性化的方向发展，模具设计和制造在未来亦将发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1]张玉峰.航天航空制造业模具应用研究[J].金属加工:冷加工，2010，（09）：22~24

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一、人类的航空壮举

当我们仰望天空的时候，总会发现时不时有飞机掠过。或许不少人会问，这样一个庞然大物，其质量少则数百千克，多则几十吨、上百吨，怎么能够如此自如地在蓝天上飞翔呢？飞行究竟需要具备哪些条件呢？

其实，关于怎样才能像鸟儿一样在蓝天上翱翔，我们的先辈们探索了数千年，设想和尝试了许多种飞天方式，但基本都以失败告终。直到1903年12月17日，美国的莱特兄弟驾驶着他们设计和制造的“飞行者”1号（图1），进行了时间不到1分钟、距离只有260m的人类历史上第一次持续而有控制的动力飞行之后，人类才真正从根本上解决了飞上蓝天的关键问题。此后，飞机越造越大、越飞越高、越飞越快、越飞越远，各方面的性能都有了翻天覆地的提高（图2～图5）。

实际上，无论是莱特兄弟设计的“飞行者”1号，还是现代的先进客机、战斗机、运输机……之所以能飞上蓝天，归纳起来是因为它们具备了飞行的3个最基本的要素：

（1）具有能产生升力的机翼，平衡飞机的重力（图6）；

（2）具有能提供拉力或推力的动力系统，平衡飞机的阻力（图6）；

（3）具有能控制飞机姿态的操纵系统，实现飞机按照预定的轨迹飞行。

莱特兄弟的第一次飞行，虽然飞行时间只有几十秒，飞行距离只有几百米，离地高度也只有几米，但他们的探索精神却永远值得我们学习，其成功一直激励着后人对航空航天的持续探索。

莱特兄弟的壮举，让人类开始漫步于天空，继而遨游于天宇。人们把这些能够在天空和宇宙中飞行的机器统称为飞行器。飞行器主要分为航空飞行器（简称航空器）和航天飞行器（简称航天器）。前者是指在空气中飞行的飞行器，后者是指主要在大气层外飞行的飞行器。而航模作为一种与航空器和航天器密切相关的模型，则既包括航空模型，又包括航天模型。在飞行器的发展过程中，航模发挥了重要的作用，无论是利用航模进行原理验证，还是利用航模完成载人飞机难以完成的飞行科目。现代无人机则与航模更是有密切的关系，不少无人机就是从航模发展而来的。

航空和航天技术都是高度综合的现代科学技术。力学、热力学、材料学是航空航天的科学基础；电子技术、自动控制技术、计算机技术、喷气推进技术和制造工艺技术对航空航天的进步起到了重要作用；医学、真空技术和低温技术则促进了航天的发展。上述科学技术在航空和航天的应用中相互交叉和渗透，产生了一些新的学科，使航空和航天科学技术形成了完整的体系。

航空航天的发展都与其军事应用密切相关，但人类在该领域取得的巨大进展对国民经济和社会生活也产生了重大影响，甚至改变了世界的面貌。如我们乘坐飞机旅行，使用GPS进行导航，收看海外电视直播，进行天气预报，这些都离不开航空航天的发展。航空航天科学技术是牵动其他高新技术发展的动力之一，航空航天工业是国民经济建设中的阳光产业，而航空航天产品则是附加值很高的高新技术产品。

二、翱翔天空的航空器

任何航空器要升到空中，都必须产生一个能克服自身重力的向上的力，这个力叫作升力。另外，航空器在空中的飞行还必须具备动力装置产生推力或拉力来克服前进的阻力。根据产生升力的基本原理不同，航空器分为轻于(或等于)同体积空气的航空器和重于同体积空气的航空器两大类。前者靠空气的静浮力升空，又称浮空器；后者靠与空气相对运动产生升力升空。按照不同的构造特点，航空器还可进一步细分，如图8所示。

1．轻于空气的航空器

轻于(或等于)空气的航空器包括气球和飞艇，它们先机出现。

（1）气球（图9）

气球一般无推进装置，主体为气囊，下面通常有吊蓝或吊舱。按照气囊内所充气体的种类，可分为热气球、氢气球和氦气球三种。

（2）飞艇（图10）

飞艇安装有推进装置，并可控制飞行。根据结构形式，可分为软式、硬式和半硬式三种。飞艇与气球的最本质区别就是它带有动力和操纵舵面，可按照预定的飞行方向飞行；而气球由于没有动力装置和操纵舵面，在水平方向只能随风飘移，但在垂直方向可以通过调节浮力的大小或改变质量的大小进行升降。

2．重于空气的航空器

重于空气的航空器靠自身与空气的相对运动产生空气动力升空飞行。常见的这类航空器主要有固定翼和旋转翼两类，另外还有像鸟一样飞行的扑翼航空器和新近出现的倾转旋翼航空器。

（1）固定翼航空器

固定翼航空器包括飞机（图11）和滑翔机（图12）。

飞机是指由动力装置产生前进推力或拉力，由固定机翼产生升力，在大气层内飞行的重于空气的航空器。滑翔机是指没有动力装置的重于空气的固定翼航空器。

滑翔机可由飞机拖曳起飞，也可用汽车等其它装置牵引起飞。部分动力滑翔机装有小型辅助发动机，无需外力牵引就可自行起飞，但滑翔时必须关闭动力装置。飞机和滑翔机最本质的差别在于大部分飞行时间内是否依靠动力装置。实际上，在莱特兄弟发明飞机之前，人类就已经发明了滑翔机，并为飞机的发明奠定了空气动力学和飞行操纵等方面的基础。

（2）旋翼航空器

旋翼航空器包括直升机（图13）和旋翼机（图14）。

直升机是指以航空发动机驱动旋翼旋转作为升力和推进力来源，能在大气中垂直起降及悬停并能进行前飞、后飞、侧飞、定点回旋等可控飞行的重于空气的航空器。直升机和固定翼飞机的最本质区别在于，直升机能够依靠旋翼垂直起降，对起降场地的依赖性很小；而通常意义上的固定翼飞机则只能水平起降，对起降场地的依赖性很大。相对于固定翼飞机，直升机飞行速度慢、震动大。

旋翼机是一种利用前飞时的相对气流吹动旋翼自转以产生升力的旋翼航空器，全称自转旋翼机。

（3）扑翼机

扑翼机是指能像鸟和昆虫翅膀那样上下扑动的重于空气的航空器（图15），又称振翼机。扑动的机翼不仅产生升力，而且产生向前的推进力。

（4）倾转旋翼机

倾转旋翼机是一种同时具有旋翼和固定翼，并在机翼两侧翼梢处各装有一套可在水平与垂直位置之间转换的旋翼倾转系统组件的飞机。旋翼倾转系统处于垂直位置时，倾转旋翼机相当于横列式直升机，可垂直起降，并能完成直升机的其它飞行动作；旋翼倾转系统处于水平位置时，旋翼倾转机则相当于固定翼飞机。现在世界上唯一有实用价值的倾转旋翼机为美国贝尔公司研制V-22（图16）。

三、遨游天宇的航天器

航天器是指主要在地球大气层以外的宇宙空间，基本上按照天体力学规律运动的各类飞行器，又称空间飞行器。与自然天体不同的是，航天器可以在人的控制下改变其运行轨道或回收。航天器为了完成航天任务，必须具备发射场、运载器、航天测控和数据采集系统、用户台站以及回收设施的配合。

航天器分为无人航天器和载人航天器。根据是否环绕地球运行，无人航天器分为人造地球卫星和空间探测器。按照各自的用途和结构形式，航天器还可进一步细分（图17）。

1．无人航天器

无人航天器包括人造地球卫星和空间探测器。

（1）人造地球卫星

人造地球卫星是数量最多的航天器（图18，图19）。人造地球卫星一般由有效载荷和平台组成。有效载荷是指卫星上用于直接实现应用目的或科研任务的仪器设备，平台则是为保证有效载荷正常工作的所有保障系统。按照卫星的用途，可分为科学卫星、应用卫星和技术试验卫星。

（2）空间探测器

空间探测器是指对月球和月球以远的天体和空间进行探测的无人探测器，也称深空探测器。探测器的基本构造与一般人造地球卫星差不多，不同的是探测器携带有用于观测天体的各种先进观测仪器。

月球是人类进行空间探测的首选目标，世界上多个发达国家向月球发射了探测器（图20，图21），并进行了月球实地考察。美国和苏联早在20世纪50年代末就开始发射月球探测器，为1969年人类首次载人登月奠定了基础。

在行星和行星际探测方面，美国、欧盟、苏联和日本等国发射了多个探测器，对火星、金星、哈雷彗星、土星、木星、太阳及其星际之间进行了探测。

2．载人航天器

载人航天器是人类在太空进行各种探测、试验、研究及从事军事和生产活动所乘坐的航天器。与无人航天器的主要不同是载人航天器具有生命保障系统。目前的载人航天器分载人飞船、空间站和航天飞机三大类。

（1）载人飞船

载人飞船是载乘航天员的航天器，又称宇宙飞船。按照运行方式的不同，载人飞船分为卫星式载人飞船和登月载人飞船两类。前者载人绕低地球轨道飞行，后者载运登月航天员。苏联、美国成功实现了多次载人飞行，美国还实现了人类登月。美国的阿波罗计划是人类第一次登上月球的伟大工程（图22），美国也是目前仅有的进行过登月的国家。我国的载人航天计划采用飞船形式（图23）。“神州”号试验飞船由轨道舱、返回舱和推进舱组成。轨道舱是航天员生活和工作的地方；返回舱是飞船的指挥控制中心，航天员乘坐它上天和返回地面；推进舱为飞船的飞行和返回提供能源和动力。载人飞船的附加用途是为空间站接送航天员或运送货物。

（2）空间站

空间站是航天员在太空轨道上生活和工作的基地，又称轨道站或航天站。空间站一般采用模块化设计，分段送入轨道组装。空间站发射时不载人，也不载人返回地面，航天员和货物的运送由飞船或航天飞机完成。空间站的功能可以根据任务要求而变更或扩大，弥补了其它航天器功能单一的不足。苏联于1971年发射世界上第一个空间站。我国于2011年发射了第一个空间站――“天宫”1号（图24）。多个国家的空间站还在太空连接构成了国际空间站。

（3）航天飞机

航天飞机是世界上第一种也是唯一一种可重复使用的航天运载器，也是一种多用途载人航天器。20世纪七八十年代，美国、苏联、法国和日本等国曾经开展了航天飞机研制计划，但只有美国的航天飞机投入使用，并进行了长达30年的运行。美国自1981年成功发射其第一艘航天飞机“哥伦比亚”号（图25）之后，先后共研制使用了5艘航天飞机，其中“挑战者”号服役后因为发射失败而造成爆炸导致7名航天员全部丧生；“哥伦比亚”号服役后因为返回失败而造成爆炸导致7名航天员全部丧生；其余3艘都在2011年退休。航天飞机由一个轨道器、两个固体助推器和一个大型外挂贮箱组成，可以把质量达23 000kg的有效载荷送入低地球轨道。航天飞机提供了在空间进行短期科学实验的手段，有许多国家的航天员参加了航天飞机的飞行。

3．火箭和导弹

火箭与导弹是一类特殊的飞行器，它们均可在大气层内和大气层外飞行，但都只能使用一次。我国通常把火箭和导弹划分为航天器。

（1）火箭