09年航空科技讲座

1、航空科学技术的今天与明天2009年8月22日于南昌一、航空科技发展的环境及需求二、世界航空科技与产品发展热点三、我国航空科技体系与发展战略四、寄语南昌航空大学主要内容一、航空科技发展的环境与需求（一）中国崛起，必须实现富国与强军的统一（二）国防建设对航空装备发展提出更高要求（三）建设创新性国家对航空科技赋予新任务（四）对航空科技发展的能力需求（一）中国崛起，必须实现富国与强军的统一十七大报告：“必须站在国家安全和发展战略全局的高度，统筹经济建设和国防建设，在全面建设小康社会进程中实现富国和强军的统一。”胡锦涛主席：“国防和军队现代化建设的发展，必须是融入国家现代化战略全局、与国家安全和发展利益

2、相适应的发展。”应急作战富国强军临战准备常规稳定三个关注持续保障军民融合协调高效（二）国防建设对航空武器装备提出更高要求执政的力量保证国家的安全保障利益的战略支撑应对多种威胁完成多样化任务应对危机维护和平遏制/打赢战争 国防白皮书国家利益扩展到那里 军事能力延伸到那里机械化/信息化复合发展航空装备建设必须 领先发展 体系发展 立体式 攻防兼备 空天一体满足空军转型和战略空军建设的需要满足海军空海结合装备体系发展的需要满足陆军全域机动能力建设的需要（三）建设创新性国家对航空科技赋予新任务大飞机项目创新型国家的标志性工程5月11日中国商用飞机公司成立温家宝总理： 大型飞机重大专项已经立项了，中国人

3、要用自己的双手和智慧制造有国际竞争力的大飞机。让中国的大飞机飞上蓝天，既是国家的意志，也是全国人民的意志。我们一定要把这件事情做成功，实现几代人的梦想。这不仅是航空工业的需要，更是建设创新型国家的需要。 （四）对航空科技发展的能力需求军事需求空中优势能力战略威慑能力精确打击能力信息作战能力海上作战能力战略投送能力民用需求安全便捷的客运能力高效经济的货运能力应用广泛的通航能力反应迅速的救援能力军事航空发展趋势使用范围更广信息化能力更强更加隐身打击更精准民用航空发展趋势提高安全性提高经济性提高环保性提高快捷性空中优势的技术挑战高性能战斗机（高隐身、高机动性、超声速巡航及易维护）通过对隐身与综合航电

4、系统和后勤保障的重大改进，将隐身性、敏捷性、飞行性能、信息融合、更好的态势感知(situational awareness)和能够网络作战等结合，产生了空前的空中优势无人机蓬勃发展带来的挑战经济可承受性带来的挑战战争样式和敌手改变带来的挑战 F22的停产 美国空军参谋长诺顿施瓦茨在回答“美国空军需要多少架F-22”说：当然，答案要视我们的任务而定。当该计 划在冷战末期启动时，军方估计需要740架F-22。随着对战斗机库存量要求的下降以及F-22计划成本的增加并于2004年批准了一项生产183架 F-22的计划。“ JSF项目采购424架“低速初始生产”阶段飞机的总成本为490亿美元，单机采购成

5、本为 1.15亿美元；F-22项目采购181架飞机的总成本为654亿美元，按此计算的该机项目单机成本为3.613亿美元。更新一代战机的三大可能技术特征： 高超声速/双模式发动机/变体结构沃尔特博伊恩：喷气战斗机分代一览表 分代 主要技术性能特点 代表机型 第一代20世纪30年代末40年代中气动布局从平直翼发展到后掠翼，涡喷发动机从离心式过渡到轴流式，最大飞行速度800950千米/小时 He178，E.28/39，He280，Me262“流星” 第二代20世纪40年代中50年代初气动布局采用理想的后掠翼，轴流式涡喷发动机，飞行速度为M0.950.98、升限约15000米，改进弹射座椅，采用增压座

6、舱，武器以机枪为主，后期开始携带红外空空导弹 F-86、米格-15、J-29、“猎人”、F9F、“美洲狮” 第三代20世纪50年代初60年代中气动布局采用三角翼或大后掠角机翼，更大功率的涡喷发动机和高效率的涡扇发动机，最大M数达2.02.5，升限接近2万米，先进火控雷达和导航系统，挂载先进空空导弹F-100、F-104、米格19、“幻影”II、Saab-35、Saab-37、“闪电”、F-105、F-4、米格-21、米格-25第四代20世纪60年代末90年代末气动布局采用边条翼技术，高推重比涡扇发动机和电传飞行控制系统，大幅度改善中低空和亚、跨声速机动性，采用高性能机载设备，火控雷达具有下视下

7、射功能，跟踪多目标，探测距离达到100千米以上，武器性能进一步提高F-14、F-15、F-16、F/A-18、 “台风”JAS.39、 “阵风”、苏-27、米格-29 第五代21世纪初低可探测性，高空超音速巡航，采用推力矢量技术，具有良好敏捷性，综合航电系统，易维护F-22A、F-35 作战需求对固定目标可在600海里外进行20分钟战斗对现有机队作动态瞄准和任务计划可承受的大规模的复合材料亚音速机体技术挑战低重量统一的复合材料机体结构低成本制造多用途结构轰炸机队空射巡航导弹洲际弹道导弹近期(2009)中期(2015)远期(2025)作战需求对1000海里外的动态或深埋目标进行15分钟攻击带有全

8、球航程、可灵活装载的大型突防或防区外攻击平台能灵活装载有地区航程，作持续冲刺或超音速巡航的平台能作反应交战或应召开火技术挑战高温复合材料和金属综合材料与结构轻质高刚度气动结构一体化热防护大尺寸复材组件生产大尺寸金属铸造焊接作战需求可带大型灵活装载、有全球航程的高速突防平台机载定向能防御系统全自动化的网络中心作战，可多目标打击技术挑战超轻质纳米生物衍生材料的结构自医治材料结构健康管理自适应结构无灾害的铍合金远程作战的技术挑战（美）基准空天一体的技术挑战（美）作战需求 反应迅速，进入空间 从美国本土攻击高价值目标 $6000/磅 周转7天技术挑战 重复使用低温燃料和绝热 鲁棒、可重复使用的防热瓦

9、长寿命火箭发动机，结构及材料一次性发射、航天飞机（$6000/磅）近期(2009)中期(2015)远期(2025)作战需求 改进的任务灵活性 全天候能力 增加有效装载 增加系统的侧向航程 有更多的基地可达 大的攻击接触面积 $300/磅 周转1天技术挑战 重复使用尖前缘（如被动冷却的防热封严瓦） 耐久的操纵面和间隙 保形低温燃料箱 一体化的、风险定量的机体油箱与防热结构作战需求 高可操作性的方案 增加任务选择 常规的进入空间 打击敌方的反空间能力 低成本的空间飞行器服务 $60/磅 周转12小时技术挑战 一体化的、风险定量的油箱机体机体防热结构 先进制造方案 结构健康管理系统 主动冷却的热防护

10、 推进系统的封严和材料基准作战需求 可承受、高生存平台 高电磁干扰承受性 伸缩自动空中加油技术挑战 夹层结构 统一的复材结构 高速切削有人机捕食者无人机非接触作战近期(2009)中期(2015)远期(2025)作战需求 拖拽式自动空中加油 同步持续和反应 全方位全包线稳定波束控制 自动高能微波操纵 自动抵制系统的热管理技术挑战 概率设计实践 结构综合的电子和分系统作战需求 创新的打击思想（无人作战飞机的下一步） 战术机载激光的热管理 免除EMI/EMC的平台管理系统 战术机载主动抵制措施 战术机载激光 战术机载高能微波武器技术挑战 反馈控制用的结构设计方案 多功能自适应结构及材料 一体化的健康

11、管理精确打击的技术挑战（美）基准作战需求全球鹰，捕食者，UCAV 改进的CNI/EW的性能和视野 减小天线阻力（25%） 小平台双基SAR技术挑战 保形天线 激光加固（硬化） 粘合复合材料制造多种装备U2，近期(2009)中期(2015)远期(2025)作战需求第一代传感器飞行器 多重全局ISR能力对抗空中目标和掩盖在树叶中的时间敏感性目标 综合FOPEN、SAR/GMTI、HSI和LADAR的能力 增进在噪杂城市环境中的目标识别、确认跟踪和标号的能力，以提高态势感知程度技术挑战 结构镶嵌的阵列超轻重量多功能航空结构优化 射频聚合物作战需求持续的战场ISR 持续ISR的生存性 减轻结构重量（2

12、030%） 为确切识别被遮盖的目标作近距ISR 技术挑战 智能航空变体结构 工程化的生物纳米材料制造网络化作战的技术挑战（美）基准民用航空（1）更经济（2）更安全（3）更环保（4）更舒适民用航空产品与技术的需求社会经济持续高速发展和对外开放，提供民机发展机遇鼓励使用国产支线飞机，新支线在研，大飞机开始研制调整航线结构，建立航线网络，重点加强支线机场建设形势：市场：干线飞机（未来10年） 9528架 9860亿美元 其中超大型 1700架支线飞机（未来20年） 7500架 2200亿美元公务机（未来10年） 12600架 1587亿美元通航飞机（未来10年） 26625架 183亿美元 （现拥有

13、量320000架）民用航空的“更经济性”技术挑战 降低飞机油耗：选用低阻力气动布局，大涵道比发动机，减轻飞机结构和机载设备重量 降低飞机价格：尽可能多地采用成熟技术和商用货架产品，尽可能高地加强零部件和子系统的通用性 降低飞机使用维护费用：提高飞机结构和设备的寿命与可靠性，提高飞机的可维护性A380第一款100公里/座油耗降到3升以内的民用运输机 提高飞机结构和系统的可靠性与健康监测能力 改进空中交通管制和导航系统 发展辅助驾驶和自动防撞系统民用飞机的“更安全性”技术挑战ICAO正在不断提高NOX的排放标准民用飞机的“更环保性”技术挑战 发动机技术 控制燃烧过程 气动技术 飞机结构技术 空中交

14、通管制 采用替代燃料降排全世界消耗的矿物燃料中，运输业占20%，其中航空运输占12%到2050年，航空运输消耗的燃料将增加23倍降噪 改进飞机的气动 设计 提高发动机的涵 道比 改进发动机叶片 的气动设计 采用主动噪声控 制技术 改进轴承和润滑 系统，降低机械 噪声 设计新型的低噪 声喷管国际民航组织（ ICAO）继续提高降噪标准:2006年1月1日以后设计的飞机，在三个测量点上的总噪声比目前国际民航公约第3章的噪声标准降低10分贝 更好地控制机舱内的温度、湿度、压力、噪声，为乘客提供一个良好的环境增加座椅排距、行李舱尺寸和过道宽度，为乘客提供更大的空间 更好的内饰和机上通信、娱乐设施民用飞机

15、“更舒适性”的技术挑战美国国家研究委员会的民用航空10年眺望：未来的基础（2006年）6项战略目标提高容量提高安全性和可靠性提高效率和性能降低能耗和减少对环境的影响充分利用民用航空技术与国防和国土安全技术发展之间的协同作用支持空间项目5大R&T领域空气动力学和航空声学推进和电力材料和结构动力学、导航、控制与航电系统智能和自主系统、运筹与决策，以及人机一体化系统/组网/通信系统二、世界航空科技与产品发展的热点（一）产品热点高超声速飞机无人飞机系统变体飞机多电飞机新型运输机与新概念民用飞机（二）技术热点新概念发动机潜力无限复合材料用量不断增长计算流体力学应用更广武器多样化及新形态MEMS应用崭露头

16、角航电综合程度更加提升1.1 高超声速飞机氢超燃发动机，马赫数815碳氢超燃发动机，马赫数47冲压发动机马赫数34高速涡轮发动机，马赫数24进入太空攻击飞机导弹批产飞机试验飞机国家航空航天计划马赫数国家航空航天计划协和高超声速将引起航空航天领域的巨大变革高空、高速、远程H30km，M=510，全球可达高机动性M5 巡航，任务可控，时间敏感，任务能力强可重复使用/自由进入空间使用成本低，常规机场起降大有效载荷任务载荷能力强美NASA 吸气式X-43A实现M9.8飞行多项专门计划：Hyper-X、ARRMD、HyTech、HyFly欧洲 俄罗斯“鹰”、“鹰” 31、“彩虹-D2” 计划 法国PER

17、PHA、JAPHAR、Promethee计划 英国SHYFE, 参与 Hyshot 德国HFK澳大利亚Hyshot亚洲 日本ESPR 印度AVATAR高超声速飞机的技术挑战动力装置高超气动设计技术推进机体一体化先进材料和热防护飞行控制X-43B采用涡轮冲压组合动力美国无人作战飞机会议上公布的未来无人作战飞机任务设想图1.2 无人飞机系统信息无人机战斗无人机美DoD无人系统路线图2007-20322000、2002、2005年发布三版无人机路线图首个无人系统（含空中UAS、地面UGV、海上UMS）路线图2009年将发布真正综合版,将更加注重有人和无人系统的互用要点： 从无人机到无人系统 无人系统

18、的贡献持续提升 今后25年开发和部署一支无人系统力量 作战紧迫需求：侦察与监视，目标识别与指示，反雷和反生化 技术紧迫需求：最重要的近期挑战是发展其对近场物体作出评估和适当反应的自主能力；对于无人机的两大挑战： （1）感知和规避（Sense & Avoid) （2）控制和通信（C2） 发展方向： （1）联合以提升效率 （2）标准化、通用性与互换性 （3）综合有人与无人、无人与无人系统 （4）增强自主能力 （5）控制成本 无人系统的特殊作用两大推动动力减低任务风险，提高成功信心三大执行任务3D “冗烦”(The Dull) 任务：连续几十小时飞行，漫长的执勤周期 “肮脏”(The Dirty)

19、任务：有人飞行的污染采样 “危险”(The Dangerous) 任务：爆炸武器处理更多的优势与贡献 更高的生存力 更长的耐久性 更大的重力G 更小的尺寸和信号特征 将人从飞机上去掉后，上述所有优势都能成为现实UAS(V)是无人系统的核心和基础迄今, UAS发展最快、效用最明显无人平台的定义来自UAV有动力但无人驾驶、能自主或远距使用、可回收、可携带载荷无人系统是“系统的系统”，含平台、传感器、武器、指挥与控制、计算机、通信等组成部分高效有序地向两大关键目标迈进： (1) 2010年，三分之一执行纵深打击任务的飞机是UAS (2) 2015年，三分之一执行地面作战的陆军未来作战系 统是UGS无

20、人系统使命任务图UAS的18项能力需求与优先级排序任务小型（600kg)作战（600kg,攻击平台）侦察1111精确目标定位与指示2222信号情报7334作战管理3456通信与数据中继8647反生化侦察5598作战搜索与救援4789武器化与打击18873电子战121165水雷探测、对抗和灭除691211反伪装、隐蔽与防御10101312信息战13121110数字地图15141014隐蔽传感器嵌入11151313诱饵与探路9131815特种作战部队再补给9131416GPS伪卫星18171717近海潜水战17181618与UAS相关的技术（平台 载荷 动力 通信）自主与控制（包括规避能力）认知处

21、理公共控制通信（带宽与频谱保障性、作用距离、网络基础设施、数据界面）合作行为（互连与协同能力，分布式体系结构，数据交换与融合）人机综合（指在UAS这样高度自治的系统中，操作者的作用与影响）投放与回收动力系统（尺寸、费用、能量和信号特征最小化，持久与高速）处理器（低功率的新型处理器：应用光子、生物、量子与分子技术）可靠性生存力武器（高度争议，“爬-走-跑”三步，对无人系统及其武器的绝对控制）IAI专家对UAV进展与水平的基本估价 The use of UAVs as a core system in the “Coalition Warfare” concept, requires the ex

22、pansion of the UAV characteristics space in all dimensions.Persistence持续性Safety安全性Reliability可靠性Connectivity互联性Survivability生存性Operability操作性Future stateCurrent state美国 UCAV-UCASX-45A、X-47A顺利试飞，成功完成武器投放、模拟着舰等重要飞行验证三军联合启动联合无人空战系统(J-UCAS)计划，波音和诺格公司分别获得10亿美元的合同，用于生产3架J-UCAS原型机和配套设备欧洲联合发展UCAV为缩小与美国的差距，进

23、行了欧洲范围的技术合作与分工 “神经元”（Neuron）是由法国领导，瑞典、意大利、西班牙、瑞士和希腊参与的泛欧无人战斗机（UCAV）项目 主要特点：隐身，亚音速，远程；自主程度高；重37吨，结构模块化，全复合材料 2006年5月完成初步技术方案设计，验证机预定2011年首飞 20112013年将完成约100架次试飞，包括在2012年试射激光制导炸弹 1.3 变体飞机兼顾高低速性能的传统方法襟翼 前缘缝翼 前后缘机动襟翼 变后掠翼 自适应机翼等DARPA对变体飞机的定义 柔性/结构自适应 可控的几何形状至少改变 200%的展弦比变化 50%的机翼面积变化 5o的机翼扭转角变化 20o的后掠角变

24、化 变体飞机的优点 高低速飞行性能 机动性与续航性能 改善操纵稳定性 提高飞机的任务适应能力 减少飞机种类，增强通用性 变体机理自主感知速度、压力等环境参数按指令弯曲、扭转成不同结构形状飞机外形适合不同飞行任务和飞行条件下的性能要求自适应结构洛克希德马丁公司折叠机翼概念 佛罗里达大学海鸥翼变体飞机维吉尼亚理工学院伸缩翼变体飞机 NASA描绘的未来变体飞机想象图关键技术及挑战 变形体空气动力学 微流体力学 智能流动控制 动力装置与新型高效能源 新材料/新结构/新工艺变形过程中的飞行稳定性与操纵性新型智能材料自适应结构气动弹性问题先进传感器与作动机构主要技术挑战涉及技术领域 飞机能源能力 130K

25、W 部分电负载 无270V DC的 关键负荷 F-22基准(1991) 第一代多电飞机(1998) 300KW 部分电负载 飞行关键 外部整体起动发电机 第二代多电飞机(2005) 500KW 全电负载 可靠性增加5-20倍 内装整体起动发电机 第三代多电飞机(2012) 兆瓦级 致动武器 内装整体起动发电机 无需维护的能源系统战术定向能武器机上用电增加1.4 多电飞机装在风扇转子上的发电机为飞机机体提供所有状态下的电力分布式控制智能传感器，先进的发动机状态监视所有的发动机附件均由电力驱动主动磁浮轴承内置式整体起动/发电机取代了传统的齿轮箱先进的电力系统提供增压/客舱用空气飞机/发动机界面简化

26、，改善了燃油、电力供应和推进效率ISG多电发动机与常规发动机的比较性能更好、结构更紧凑、维修性和可靠性更高、大大节省运行和维护成本1.5 新型运输机与新概念民用飞机 AMC-X新型中程战术运输机计划从2008财年开始研制，首飞2015年，计划2018年交付，2021年达到初始作战能力 AMC-X载重30至40吨，在简易跑道完全载重的起飞滑跑距离为600米 最终该机将发展成AMC-X、AMC-T和M-X 3个型号的家族，分别执行运输、加油、特种作战任务，远期也可能会发展第4种飞机AMC-G，将是一种大型的全球运输机 将采用新型气动布局，并大量使用复合材料结构新概念客机 为了开发经济、环保的民用飞

27、机，波音组织了两个小组，专门研究未来飞机的布局方式，包括机翼、尾翼、发动机的形状和相对位置。其中一些成果可能用于737后继机 新一代与新概念民用运输新干线（B787、A350XWB以及新一代窄体）新支线超声速公务机与客机巡航飞机/输送飞机地面辅助起飞和着陆电源系统个人空中运输系统采用新动力的民用航空器全球无缝空中交通管理系统先进机场系统（二）技术发展热点1. 新概念发动机潜力无限 2. 复合材料用量不断增长3. 计算流体力学应用更广4. 武器多样化及新形态5. MEMS应用崭露头角6. 航电综合程度更加提升燃气涡轮发动机革新发动机结构革新燃料基础结构革新替代能源与动力革新化学燃烧能源 电化学能

28、源混合系统能源替代能源H2 Storage燃料电池机翼 阴极 阳极 电解H 2空气分布式矢量推进 混合推进智能发动机2.1 新概念发动机潜力无限变循环发动机骨架式结构发动机智能发动机脉冲爆震发动机超微型涡轮发动机分布式发动机太阳能动力氢燃料动力增大风扇压力固定面积喷管能力减小风扇压力核心风扇叶尖打开核心风扇叶尖关闭最大巡航模式最小巡航模式 变循环发动机是通过改变发动机一些部件的几何形状、尺寸或位置来改变其热力循环的燃气涡轮发动机，利用变循环改变发动机循环参数，如增压比、涡轮前温度、空气流量和涵道比，可使发动机在各种飞行和工作状态下都具有良好的性能变循环发动机 骨架式结构发动机取消了常规涡轮发动

29、机的中心盘和轴，转子叶片从鼓式转子的支撑壳从外向内悬挂，特点：1、鼓式转子结构，所有旋转零件受压缩应力；2、全复合材料发动机，重量更轻、比强度和比刚度大3、组合部件和分组件，减少零件数目4、磁浮轴承 磁浮轴承大大减轻发动机重量，高推重比发动机至少可减轻重量30%，噪声降低10分贝 先进的 电子设备灵巧的微型/纳米传感/计算/作动先进的光子学 热负荷传感器特点： 技术：传感 内置微米/纳米级传感器思维 仿真和状态与性能管理 的数据反馈相结合 响应 自主发动机控制发动机和部件采用自适应控制，寿命延长。发动机的状态监视和管理（EHM）能够实现自动优化、自我诊断和自主预测。 智能发动机微机电技术加工的

30、作动器纳米管微流量管理音屏蔽革新的燃烧技术变形结构适应性结构适应性发动机循环脉冲爆震发动机（PDE) 结构简单(无涡轮等旋转部件)、尺寸小(不大于2m)、适用范围广、成本低，可在零速度下使用 推重比可达20，M010，飞行高度050km，推力0.5kg50000kg，耗油率小于1kg/kgh 可采用现有材料和工艺生产 与传统发动机相比，燃油消耗率可降低2226%，燃烧室总压恢复系数提高2030%，总成本可比超音速涡轮发动机低75% 目前惟一能以双模式(吸气式和火箭式)工作的发动机。在M=03或更高时以吸气式模式工作，而后以脉冲爆震火箭模式工作便携电源、微型无人机动力、边界层控制和循环控制（机翼

31、吹风）、电子设备和带在身上的小型制冷装置超微型燃气涡轮发动机分布式发动机 多个低成本、小推力的发动机沿机翼安装 分布的推力和推力矢量控制 飞机边界层的吸附 在飞机机翼上分布安装超微 型燃气涡轮发动机 碳化硅材料制造的微型涡轮分布式矢量推进 太阳能飞机的动力装置包括太阳能电池组、直流电动机、减速器、螺旋桨和控制装置等 美“太阳神”飞机以二次高能电池和太阳辐射能为动力，在飞机机翼和安定面上装有超过1.6万片硅太阳能电池和14个电动机驱动推进器，最高达到28.95km飞行高度和18小时留太阳能动力“太阳驱动”瑞士探险家贝特朗皮卡尔2009年7月27日展示世界上第一架设计为可昼夜飞行的太阳能环保飞机；

32、机翼上装有12000对太阳能电池板。白天飞行获取的多余太阳能储备到高性能蓄电池中供夜间飞行使用；由超轻碳纤维制成，翼展63.4m；全机重量1600kg用氢作燃料，不产生碳氧化物和烟尘，产生的氮氧化物也比煤油燃烧时少2/3，氢燃料航空发动机具有很好发展前景。世界各国科学家们正在为研制采用氢燃料的飞机而努力氢燃料动力氢燃料的单位质量热值是煤油的2.78倍，但其单位体积的热值仅为航空煤油的23%，对于同样油耗的飞机，燃料箱要增大3倍2.2 复合材料用量不断增长复合材料机身与机翼复合材料机翼复材垂尾A380复材中央翼盒+ 用量增加承载严重减重明显成本控制A350XWB520-550-7070-805-

33、830-5012-308-1219601990200020102020203019701980开始次承力构件主承力构件严重承力构件A380 B787军用飞机复合材料应用发展历程F-35复合材料用量31%民用飞机复合材料应用发展051015202530354045197019751980198519901995200020052010复合材料结构重量与飞机结构重量之比%A300A310-200A320A340-300A340-600A380A400M服役起始年A35050A350XWB0Composites50%Aluminum20%Titanium15%Steel10%Other5%B787

34、结构材料构成复合材料机身与机翼结构的主要材料构成复合材料层合板复合材料夹芯结构玻璃钢复合材料铝合金钛合金Fuselage:龙骨: 碳纤维增强复合材料后机身:碳纤维增强复合材料机身:蒙皮: Al-Li 桁条: Al & Al-Li隔框: Al 横梁: Al-Li座椅导轨: Al-Li挂架:钛Centre Wing Box:肋 - Al中央翼盒:蒙皮 / 桁条 / 梁Outer Wing Box:翼肋 - Al外翼翼盒:蒙皮 / 桁条 / 梁复合材料Al & Al-Li 钛合金 钢 & 其他45%9%18%17%(Al-Li)11%尾翼 (垂尾, 平尾)碳纤维增强复合材料A350XWB机体材料的构

35、成从升阻特性分析向更多的应用领域扩展发动机噪声增升装置噪声起落架噪声发动机结构干扰噪声2.3 计算流体力学（CFD）应用更广计算流体力学的发展方向复杂干扰计算突破非定常流CFD计算能力提高平均雷诺数NS方程仿真转向LES大型涡流仿真计算精度提高建立误差在10以内的CFD数据库，并有试验的修正结果系统易用性向非CFD研究的工程师提供适用于工程设计的CFD计算工具2.4 武器多样化及新形态 小口径制导炸弹（SDB）重量仅有113千克，但破坏力却与907千克的炸弹相当 SDB采用钢侵彻战斗部，装有22.68 千克的炸药，对钢筋混凝土目标的侵彻厚度达到1.8 米 能攻击固定和静止目标，也有潜在的攻击活

36、动目标能力 采用这种武器后，战斗机和轰炸机的作战效能将显著提高高能微波装置机载能束武器 高能微波依靠飞机上发电，产生瞬时高频微波，峰值功率可达10吉瓦，频率达140吉赫。破坏敌计算机和电子设备，作用距离几百米，将先在无人机上使用激光武器电磁脉冲炸弹 美国用于拦截弹道导弹的激光武器飞机YAL-1的飞机平台、氧碘激光器和激光瞄准系统都已经取得了很大进展，预计2012年形成初始作战能力有源相控阵雷达将波束聚焦也可作为攻击武器使用小型、新型和微小型武器发展的主要驱动力来自于特殊作战和战术无人机实施精确打击的需要小型与新型适应直升机和无人机的需要据国际预测公司预测，未来5-10年，越来越多的无人机将装备

37、小型化的空地导弹、空空导弹以及精确制导炸弹和炸弹箱等机载武器而在更远的将来，基于新物理原理的武器系统将装备无人机超高频炸弹可能在近年装备无人机，它爆炸时借助于磁爆发生器线圈内的电磁场产生电磁脉冲，电磁脉冲功率可达1千兆瓦，可传播数百米未来，随着技术的完善，无人机将装备高功率电磁脉冲发生装置。当其低空飞过目标时，电磁脉冲杀伤范围内的电子设备都将失灵，一次飞行可瘫痪100个目标小型和微小型武器微小型微小型武器系统是指基于微米、纳米技术的具有感知、决策、行动和交互功能的无人作战单元，在结构尺寸、重量大小上具有显著差异，隐蔽性好，机动能力强，可灵活执行各类作战任务微小型武器的出现，是新时期战争思想和战

38、术变革的产物，可完成多种作战任务，在未来信息化战争、城市、山区和狭小地区作战以及反恐斗争中具有独特作用 一般来说，对空中飞行器而言： 小型飞行器100300 厘米，110千克 超小型飞行器15100厘米，重量0.11千克 微小型飞行器不超过15厘米，10100克（美国将3045厘米的武器也归 于其中）2.5 MEMS应用崭露头角 MEMS的概念 微机电系统就是利用微制造技术将机械零件、传感器、作动器与电子元器件集成到一个共用的硅片上。 独立的智能系统，由传感器、作动器、电源、信号处理和控制电路组成 尺寸小、重量轻、功能强经济性（功耗小且成本低）智能性（感知、计算并控制）可靠性强（抗冲击能力）美

39、MEMS主要研究项目新型微机电系统微流体分子系统微光机电系统生物芯片技术高级能量技术超低成本、轻重量阵列天线技术微机电传感器惯性导航在航空领域的应用阻力感知和控制（用微型机械传感器和作动器修正大后掠角三角翼前缘产生的涡流，从而控制飞行动力，取消传统翼面或液压及电气控制系统）检测和控制（洛克希德马丁公司与古德里奇公司联合开发嵌入橡胶内部的MEMS传感器，用于检测轮胎膨胀力和温度）保形智能蒙皮天线（NASA开发基于硅MEMS技术的全集成、超轻质、小体积的射频前端用于无人机系统；雷神公司射频MEMS开关用于通信、雷达、导航和定位系统）飞机结构和发动机健康状态监控（非硅MEMS传感器用于高温及化学环境

40、下，连续监测发动机性能及结构）惯性导航（霍尼韦尔公司开发MEMS惯性传感器用于惯性导航系统）监视和跟踪目标使用智能墙纸进行噪声抑制应用于飞机的MEMS传感器MEMS面临的技术挑战MEMS器件及系统的封装需要改进：几乎所有MEMS及纳米开发计划都必须开发相应的新专用封装技术；成本和耗时是现在封装普遍存在的问题，基本无MEMS封装的数字模拟及仿真工具MEMS设计者需要掌握制造方面的高级知识，才能成功设计新器件；即使最普通的MEMS器件也需要专门研究，找出合理工艺开发MEMS材料技术，如碳化硅、形状记忆合金及高温超导材料等；这些材料的独特性能，与MEMS技术结合，将开辟新应用。材料特性的可靠性对ME

41、MS产品的相关性研究也需加强12种专门的处理器每个子系统有专门的执行程序(OS)没有软件再利用 12个专门的数据总线 8个专门的处理器初步发展分布式实时OS有限的软件再利用 8个专门的数据网络1-2个专门的处理器具有标准接口的分布式OS 显著的软件再利用1个通用数据网络2.6 航电综合程度不断提升对飞行员： 在显示器上看到经过处理的所有战场态势信息，包括作战结果态势评估对软件工程师 ：各种功能软件能迅速调用共享的信息对硬件工程师： 用通用模块、标准总线和通用操作系统实现整体架构一架现代隐身飞机出厂价格分解分立式航空电子系统联合式航空电子系统综合式航空电子系统先进的综合航空电子系统(40s -

42、50s)(60s - 70s)(80s - 90s)（2000年以后） 机体1430万美元（47.8%） 航空电子系统1200万美元（39.9%）推进系统370万美元（12.3%） 雷达电子设备170万美元（14%） 孔径220万美元（18%） 综合核心处理机280万美元（23%） 座舱、燃油和外挂管理系统110万美元（9%）EW电子设备220万美元（18%）CNI电子设备220万美元（18%）发展趋势需求牵引更多功能、更高性能和可靠性、更好的后勤保障能力、更低的全寿命费用技术推动超高速集成电路VHSIC、专用集成电路ASIC、微波固态集成电路MIMIC、人工智能及先进高级程序语言未来航空电子

43、发展趋势主线综合化模块化通用化一体化透明化网络化智能化综合化信息化综合化充分利用资源的设计思想 系统结构的综合，多频谱、多功能，自适应综合设计 系统功能的综合，采用多传感器综合及信息处理技术模块化模块化是综合化的基础 集成电路和标准电子模块封装 三级维修体制变为二级维修体制 外场可更换组件(LRU)被外场可更换模块(LRM)代替 系统具有冗余、容错和重构功能通用化在系统中最大限度地使用相同类型的模块 建立通用的软件和硬件标准 采用商用成品（COTS） 可重用通用软件 一体化飞机内部的一体化与其它装备的横向一体化系统构形、接口标准。频率选择、通信互联、数据传输、指挥控制必须协同一体考虑 军民通用

44、新航行系统（CNI/ATM)，实现全球无缝运行民用电子标准和规范的完善，以及军民通用电子元器件的开发使用商用货架产品（COTS）、非开发物品（NDI）和民用规范、标准的广泛采用进攻态势感知区（仅对于迎头）了解目标/威胁在哪儿、粗定位识别、交战和回避区捕获目标、威胁识别、获得足够的信息以便进入接敌、交战和威胁回避武器发射区目标识别，精确跟踪，准备和实施发射防御态势感知区确定威胁发射平台的位置, 确定威胁类型启动响应威胁告警确定导弹位置，提供充足的信息和时间、挫败导弹攻击外来信息具有决定性影响外来信息具有重要作用外来信息具有决定性影响（和载机传感器结合）外来信息本机信息透明化 “先发现、先开火、先

45、命中”以及提高生存力要求飞行员正确了解周边态势 态势的正确感知取决于： 完善的载机传感器 多渠道的外部信息 宽带、高速数据链 对态势的正确处理、判断和一致性理解，要求周边态势对飞行员透明网络化新一代航空电子系统由各种机载信息采集设备(传感器数据链)、信息处理设备、信息管理和显示控制设备以及相应软件组成，是一个大的网络系统采用航空电子统一网络（UAN）基于低成本模块化和开放的可扩展一致性接口（SCI）协议。SCI将成为优选协议标准，可替代1553总线，确保命令/控制消息的实时传输；替代测试维护总线（TM-bus），实现对模块和互连接口的测试与查错；还可将高速数据总线、传感器数据分配网络（SDDN

46、）、数据交换网（DN）和视频数据分配网络（VDDN）统一起来。SCI可使数据通信不再需要通过专用的接口模块（网关或网桥），消除通信瓶颈，提高传输效率未来的航空电子可能形成网格式的布局：分布在各部位的孔径、传感和处理器作为网格上的节点系统管理软件负责配置各节点所需资源，调度运行操作模式，启动应用软件，监督处理故障，实施重构功能之间、功能与资源之间在时间、空间上全隔离，保证安全各种应用资源对其应用功能而言物理位置透明，距离相等，应用功能是浮动的硬件放置任意性，对飞机总体布局有利，抗毁伤能力强，便于实现“智能蒙皮”实现条件：分布式计算机处理系统、高速处理器、高速A/D、D/A变换器、高速总线及网络

47、智能化民用客机通过 FMA、AFCS、FADEC实现四维（X、Y、Z、t）自动导航，基本实现智能化，航空电子系统成为“电子保姆”军用飞机造就智能化 “虚拟座舱”，通过三维视觉、听觉、触觉，多通道刺激人体感官，使飞行员具有身临其境的感觉，增强飞行员的态势感知能力，减轻负担，让其集中精力于高层判断和决策智能化座舱综合技术虚拟环境发生器交互式全景显示器头盔瞄准显示器语音识别、告警、头/眼/手跟踪系统驾驶员辅助决策综合显示控制与评估F-22A的航空电子系统上世纪冷战产物，夺取制空权，实现“3F”（先敌发现First Lock，先敌开火First Fire，先敌杀伤First Kill）五大优势综合航电

48、、隐身、火力、机动、超音速巡航对航电的基本要求： 掌握周边态势 ,根据威胁大小排列目标 实现防卫行动,决定交战或规避 基于威胁程度和传感器性能决定防卫包线 信息随火控模式和自主/关联操作而变化 免维护飞行周期（MFOP） 综合在线诊断（IOBD） 二级维修体制组成 综合式航空电子系统(IAS) 开放式、综合模块化（IMA）结构 有源相控阵（AESA）雷达 综合电子战系统(INEWS) 显示/控制(D/C) 飞行器管理系统(VMS)全系统分三个区，区内可重构 传感器管理 任务管理 飞行器管理开放式、综合模块化（IMA）结构开放式系统结构(OSA):统一的接口标准和规范： 硬件接口、软件接口、通信

49、接口功能接口、人机接口、保障接口 具有规模可变性、可移植性和交互工作能力 易于插入新技术 缩短开发、生产周期 解决器件过时问题 COST技术支持模块化 把系统划分成可重构、可维护的单元，外场可更换模块（LRM） 高密度组装元器件构成标准电子模块（SEM） 软件按功能划分模块，独立于硬件 实现统一标准、资源共享 便于重构、便于更新 故障隔离、两级维修 支持开放式系统结构F-22A的12种模块模块 名 称 开发商DDPES dual data processing element server RaytheonDPE/1553 data processing element /mil-std-15

50、53B RaytheonDSPE dual signal processing element Raytheon FNIU fiber-optic network interface unit（光纤接口） Harris GATE gateway Raytheon GBM global bulk memory Raytheon GPVI graphics processor/video interface（显示接口） Handers NRSP non-RF signal processor （信号处理） Martin LLSP low-latency signal processor （高速 信

51、号处理） TRW KOV-5 crypto processor （密码处理） Motorola UCIF user console interface (用户界面接口) Rytheon VR voltage regulator （电源调节） Boeing 共用综合处理器(CIP)3CIP (一个为增长用)，CIP由多个LRM组成，最多66个共有12种模块采用贯通式液冷变三级维修为两级维修具有故障隔离、重构和扩展能力硬件和软件的灵活配置，便于功能的扩展便于系统容错和重构减少电缆和硬件模块接口标准化,提高现有模块和构件的利用率统一的软件工程环境和统一的编程语言变三级维修为二级维修（LRULRM)第

52、三个CIP可以满足短期内200%增长需求技术升级可以满足长期300%增长需求目前可用资源CIP1的9个空槽CIP2的22个空槽每个处理器20-30%的余量每一类模块都有一个冗余备份公用、综合的处理环境设计考虑了功能的扩充有源相控阵雷达AN/APG-77敏捷的波束(AB)-同时多功能低截获概率(LPI)-隐身性能好除雷达功能，还能进行无源 探测、有源干扰 同一时刻执行多种功能幅射能量可控、波束自适应控制提供的能力相当于常规雷达的 1030倍主要功能T/R组件: 1500个(2000个)组件功率: 10W距离: 200Km/RCS=1m2具有CRM、RWS、VSR、ACM、SAD、STT、RCR、

53、LRS、SAM、EGM、GMexp、DBS、SEA、FTT、GMTI/GMTT、BCN功能无源探测和有源干扰功能可扩展具有SAR和ATR功能综合电子战系统(INEWS)由4部分组成1）AN/ALR94无源接收机/处理器2）AN/ALE52箔条/红外投放器3）AN/AAR56导弹逼近告警器4）AESA与雷达共用的干扰发射相控阵系统 ALR94组合雷达告警（RWR)、电子支援措施（ESM）、精确测向和窄波束交替搜索与 跟踪功能负责处理多个传感器的信息 超远距寂静探测：可达400Nm以上，除能探测主瓣信号外，还能探测旁瓣辐射能对辐射目标进行精确的定位与跟踪。接收、分析、识别和定位性能先进，采用长基线

54、干涉仪测向，精度达到0.1量级由ALR94和数据链获得的信息用来自动地引导雷达干扰机工作引导空/空弹对近距高等级辐射源进行反辐射攻击AAR56可在球形覆盖空域内，进行红外搜索与跟踪（SAIRST）以支持空/空光电瞄准显示和座舱(D/C)广角平显HUD (3025FOV）综合控制面板ICP系统数据输入两个正前方显示器UFD(3”2”)通信、告警、威协情景、飞行仪表备份、燃油指示主多功能显示器PMFD(8” 8”)导航、态势显示三个次级多功能显示器SMFD(6.25” 6.25”)-战术态势、飞行器管理、检查清单、系统状态、发动机推力、悬挂物管理握杆控制器HOTAS有60个控制功能夜视镜NVG兼容

55、照明飞行器管理系统(VMS)综合飞控、发动机控制和飞机通用系统控制的子系统，其控制器(IVSC)综合了以下飞机通用系统：环控(ECS)防火(FP)起落架(LG) 燃油系统(FS)电气系统(ES) 液压系统(HS)辅助动力发电系统(APGS)制动系统(AS)三、我国航空科技体系与发展战略3.1 航空产业概况3.2 航空科研概况3.3 航空科技发展战略3.4 航空前沿基础研究3.1 航空产业概况航空工业组织结构的沿革航空制造业主要分布情况 航空主要产品中国航空运输业的发展CommercialAircraftCooperation of China Set up in May 2008Headqua

56、rter atShanghaiReorganization in Nov 20081951.4 1963.9 1982.4 1988.4 1993.6 1999.7 2008国家部属航空工业局航空航天工业部国家航空工业部国家第三机械工业部中国航空工业总公司AVIC IAVIC AVICCOMAC中国航天工业总公司航空工业组织架构沿革航空制造业主要分布情况北京发动机研发基地，复合材料研发中心，基础技术研究基地上海民机、民用发动机、航电系统等研发与总装基地天津空客A320总装线，直升机研发与生产基地西安地区大中型飞机、中型发动机以及主要机载系统与设备研发与生产基地，国家级试验试飞鉴定机构沈阳作战飞

57、机与大型发动机研发与生产基地成都作战飞机与航空发动机研发与生产基地贵州地区无人机、教练机及各类部件专业化研发与生产基地江西地区直升机及教练机研发与生产基地 哈尔滨直升机生产基地河南地区机载武器系统研发与生产基地汉中地区中型运输机研发与生产基地珠海通用航空器研发与生产基地南京地区机电系统与设备、伞具等研发与生产基地襄樊地区机电系统与救生防护设备等研发生产基地航空主要产品累计研制生产近50种、100个型号、约20000架飞机，50000多台航空发动机，近20000枚导弹，配套机载设备约2万套固定翼军用（歼10、飞豹、轰6、教练机、无人机等）民用（运5、运7、运8、运12、新舟60系列、ARJ21等

58、）旋翼机军用（直11等）民用（直8、直9、CA109、EC120等）航空发动机涡喷 昆仑涡扇 涡扇10（太行）涡浆涡轴机载设备 综合航空电子系统、综合机电系统、导航与控制系统、生命保障系统等军用航空领域实现跨越式发展以歼-10战机为代表，实现了我国军用战斗机从第二代向第三代的跨越以“太行”发动机为代表，实现了我国军用航空发动机从第二代向第三代、从涡喷向涡扇、从中等推力向大推力的跨越以新型空空导弹为代表，实现了我国空空导弹从第三代向第四代的跨越以多种特种飞机为代表，实现了我国军用航空装备体系的跨越发展民用航空领域实现战略性突破2000年2月15日，新喷气支线客机的研制列入国家“十五”计划，200

59、2年6月国家批准新支线客机项目立项。同时，国家支持的中航二集团与巴西航空工业公司在哈尔滨合资组装ERJ-145支线客机项目全面启动2005年1月16日，国家将大飞机项目列入国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)，并列为十六个重大科技专项之首。同时，大型客机研制项目列入国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要。122.5亿吨公里中国航空运输业的发展24家航空公司152个机场1,257 条航线，其中国际航线290条 总里程 2,000,000 km航空运输总周转量（收益吨公里RTK） 365.3亿吨公里2000年世界第七位2007年世界第二位中国航空客运2005-2007年发展情况

60、中国航空货运2005-2007年发展情况3.2 航空科研概况航空科研分类主要航空技术领域部分航空科研设施航空院校当前研发 “热点”航空科研分类航空科学与技术研究基础科学研究应用技术研究产品研究开发主要由中国科学院有关机构和高等院校承担主要由产业部门的基础性专业研究机构承担，如材料、工艺、空气动力等主要由产业部门的产品研究与设计机构承担，如中商飞、AVIC下属的多家飞机与系统设计研发机构专有技术飞机总体综合设计，飞机设计，航空动力，航空电子，机载武器，航空气动力和水动力，结构强度，飞行控制，机载机电，飞行试验，综合保障 工业技术航空制造，航空材料，航空测试，航空信息化 技术基础标准规范，航空计量