航空航天制造技術(shù)及設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1、航空航天制造技術(shù)及設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢摘要：航空航天制造業(yè)是一個比較新興的領(lǐng)域，我國進(jìn)入航天領(lǐng)域的時間比較晚，在發(fā)展過程中更是遇到了人才不足、技術(shù)封鎖的各種問題，但我國克服了難題，加大對航天領(lǐng)域研究的投入，擺脫了西方發(fā)達(dá)國家壟斷的局面，取得了突破式的進(jìn)步。在新時代新時期，航空航天制造業(yè)的發(fā)展仍然十分重要，西方國家在該領(lǐng)域的研究更是日益激烈，因此本文對航空航天制造技術(shù)及設(shè)備的現(xiàn)狀進(jìn)行基礎(chǔ)性研究，分析歸納出其所處階段的主要特點(diǎn)，并指出其發(fā)展?fàn)顩r，為航空航天領(lǐng)域作一個簡單的科普。關(guān)鍵詞：航空航天制造技術(shù)；設(shè)備；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢1航空航天制制造業(yè)特點(diǎn)及要求1.1 跨學(xué)科性強(qiáng)，是衡量國家綜合國力的標(biāo)準(zhǔn)之一

2、航空航天業(yè)的發(fā)展依賴的是一完整的產(chǎn)業(yè)鏈條，其中涉及的技術(shù)主要有噴氣推進(jìn)技術(shù)、材料加工制造技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制理論和技術(shù)等，上述學(xué)科在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的同時也在發(fā)生著交叉融合與滲透，并衍生出了一些新的學(xué)科。載人航天是航空航天技術(shù)的最前沿，21世紀(jì)初我國發(fā)射的幾顆“神舟”系列無人實(shí)驗(yàn)飛船為我國載人航天技術(shù)的發(fā)展提供了寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。1.2 以創(chuàng)新為驅(qū)動，技術(shù)性強(qiáng)創(chuàng)新是航空航天技術(shù)發(fā)展的重要推動力，該技術(shù)的發(fā)展過程中體現(xiàn)出明顯的創(chuàng)新主體多元化趨勢，即形成以相關(guān)企業(yè)為核心、政府為主導(dǎo)、科研機(jī)構(gòu)和院校為技術(shù)依托的創(chuàng)新主體，推動各種技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，同時推動我國航天產(chǎn)業(yè)競爭力的逐步提升，向更高層次和更

3、深領(lǐng)域發(fā)展。1.3 服務(wù)于其他行業(yè)建設(shè)航空航天技術(shù)的應(yīng)用不僅僅在于發(fā)射衛(wèi)星、宇宙飛船來探測外太空，更重要的是其衍生的科學(xué)技術(shù)價(jià)值，例如用于數(shù)據(jù)通訊的通信衛(wèi)星、可提供全天候?qū)Ш椒?wù)的衛(wèi)星、用于監(jiān)測各種地球資源的衛(wèi)星、監(jiān)測氣候變化的氣象衛(wèi)星等，服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的各個行業(yè)。1.4 航天業(yè)的發(fā)展對技術(shù)要求越來越高為保證我國的制空權(quán)，并在激烈的國際競爭市場中占據(jù)強(qiáng)有力的優(yōu)勢，對航天器設(shè)備零件的創(chuàng)新研發(fā)和應(yīng)用成為了必要條件。例如，航天器承力構(gòu)件對焊接技術(shù)的要求較高，需要真空電子束焊、慣性摩擦焊等先進(jìn)焊接技術(shù)；動力裝置對精度要求、器件表面形態(tài)極為苛刻，需采用一些特種加工技術(shù)；而鑒于航天器整體性強(qiáng)的特點(diǎn)

4、，對各種零器件、設(shè)備系統(tǒng)間的配合關(guān)系要求也較高。2航空航天制造技術(shù)及設(shè)備發(fā)展趨勢2.1加強(qiáng)新材料的研發(fā)與應(yīng)用構(gòu)成航空航天器的材料有其特殊性，對性能和特殊環(huán)境下的穩(wěn)定性要求非常高。近年來，航空航天材料已經(jīng)成為材料學(xué)中一個富有開拓性的分支學(xué)科，具體來講，航空航天器在穿越大氣層的過程中會產(chǎn)生非常高的溫度，而外太空對材料則由更高的要求，因此航空航天材料不僅僅要具有優(yōu)秀的耐高溫和耐低溫性能，還要有較強(qiáng)的抗腐蝕性，以適應(yīng)外太空的特殊環(huán)境。航空航天材料的發(fā)展主要取決于材料理論的進(jìn)步、材料加工工藝的發(fā)展以及材料性能測試技術(shù)的進(jìn)步三個方面，只有當(dāng)這三個方面都發(fā)展到一定程度以后新型材料才能應(yīng)用于航天材料中。2.2

5、整體制造技術(shù)現(xiàn)代航空航天產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，廣泛采用了先進(jìn)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整體制造法，有效減少了各種定位和連接。如飛機(jī)發(fā)動機(jī)中的整體葉盤加工技術(shù)將葉片和輪盤設(shè)計(jì)成整體結(jié)構(gòu)，省去了傳統(tǒng)連接中的榫頭等結(jié)構(gòu)，使發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)簡化、重量減輕、零件數(shù)減少，并避免了榫頭氣流損失，提高了發(fā)動機(jī)的推重比和可靠性。第三代、第四代軍用飛機(jī)均大量采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整體制造法，飛機(jī)零件數(shù)減少40%以上，使原來的加工、裝配等多道工序簡化為一次完成，提高了生產(chǎn)效率，生產(chǎn)周期從幾個月縮短到幾周，大大降低了飛機(jī)壽命的使用成本，增強(qiáng)了飛機(jī)的可維護(hù)性和保障能力。2.3先進(jìn)成形技術(shù)先進(jìn)成形技術(shù)代表著成形技術(shù)的發(fā)展方向，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國防力

6、量的增強(qiáng)有著重要的作用，一直受到世界各國制造業(yè)的高度關(guān)注。先進(jìn)成形技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用主要表現(xiàn)在大型金屬結(jié)構(gòu)件或整體薄壁結(jié)構(gòu)件的復(fù)合成形上面。整體薄壁結(jié)構(gòu)件主要結(jié)構(gòu)由側(cè)壁和腹板組成，其基本特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡潔、加工余量大、相對剛度較低、加工工藝性差和尺寸大，在切削力、切削熱、切削振顫等因素的影響下，易發(fā)生加工變形。針對整體壁板成形的難題，國際上發(fā)展了時效成形技術(shù)和激光噴丸成形技術(shù)。時效成形是利用合金材料在時效溫度下蠕變而產(chǎn)生應(yīng)力松弛的特性，對試件彈性加載獲取初始變形，并通過施加恒定載荷保持試件的變形及在恒溫中放置一段時間。在這一過程中，部分彈性應(yīng)變逐漸轉(zhuǎn)化為蠕變應(yīng)變，且材料內(nèi)的應(yīng)力水平會隨時間的

7、增長而降低，從而達(dá)到成形的目的。時效成形技術(shù)在我國尚未工程化應(yīng)用，是我國新一代飛機(jī)尤其是軍用飛機(jī)研制上需要突破的重要課題。2.4 高速數(shù)控加工與切削技術(shù)現(xiàn)代航空航天產(chǎn)品（尤其是航空產(chǎn)品）中大量采用了整體結(jié)構(gòu)件，且多為復(fù)雜結(jié)構(gòu)及薄壁結(jié)構(gòu)，高速數(shù)控切削加工已成為此類構(gòu)件機(jī)械加工最重要的手段。高速數(shù)控切削加工相對于低轉(zhuǎn)速、小進(jìn)給、大扭矩的傳統(tǒng)切削加工，具有高轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給、小切削負(fù)荷的特點(diǎn)，在整體結(jié)構(gòu)件切削加工中，可減少加工時間60%80%,進(jìn)給速度提高510倍，材料去除率提高35倍，刀具耐用度增加70%,切削力降低30%以上，表面粗糙度減小，工作溫升低，熱變形及熱膨脹減小，非常適合于航空航天產(chǎn)品復(fù)雜

8、薄壁整體構(gòu)件的切削加工。2.5 超精密加工技術(shù)的應(yīng)用超精密加工技術(shù)在航空航天中的應(yīng)用能夠提升航天器性能和質(zhì)量，并提升航天器組裝過程的效率。隨著探測任務(wù)對航天器要求的提高，超精密加工技術(shù)也亟待進(jìn)步和發(fā)展。例如超精密偶件加工和超精密異型零件加工中對表面粗糙度、加工精度都需要精確到微米甚至納米級；另外，對于硬脆材料的研制和加工，則需要運(yùn)用諸如超精密研磨、離子束拋光等來提高加工表面質(zhì)量。美國Frankfurt氬離子束拋光火控系統(tǒng)中采用的高精度非球面鏡，精度能夠達(dá)到0.02入。不僅僅是國外兵工廠，我國許多院校在材料加工工藝的創(chuàng)新上也有不小的突破，例如哈工大對陶瓷、單晶硅、KDP警惕等的塑性域加工實(shí)驗(yàn)，獲

9、得了3.17nm的表面質(zhì)量；上海交通大學(xué)利用數(shù)學(xué)工具（主要是有限元建模和分析）對硬脆材料進(jìn)行了力學(xué)分析，吉林工業(yè)大學(xué)利用塑性域磨削技術(shù)在單晶鍺上切出了粗糙度6nm的表面等,說明我國材料加工技術(shù)已逐漸成熟，但缺乏在相關(guān)設(shè)備裝置上的應(yīng)用，因此要加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研一體化建設(shè)以促進(jìn)科技成果的轉(zhuǎn)化，為航空航天技術(shù)進(jìn)步創(chuàng)造條件。2.6 數(shù)字化柔性裝配技術(shù)飛機(jī)裝配是飛機(jī)設(shè)計(jì)制造中的一個特殊環(huán)節(jié)，共分為組件裝配、部件裝配和飛機(jī)總裝配三大部分。迄今為止，飛機(jī)裝配技術(shù)已經(jīng)歷了從人工裝配、半自動化裝配到自動化裝配的發(fā)展歷程，目前，快速發(fā)展的數(shù)字化柔性裝配將自動化裝配技術(shù)推向了一個新的高度。數(shù)字化柔性裝配技術(shù)是一種能適應(yīng)快速

10、研制和生產(chǎn)低成本制造要求、設(shè)備及工裝模塊化可重組的先進(jìn)裝配技術(shù)，其與數(shù)字化技術(shù)、信息技術(shù)相結(jié)合，形成了自動化裝配技術(shù)的一個新領(lǐng)域。結(jié)語雖然世界各國在航空航天領(lǐng)域內(nèi)的競爭越來越激烈，但是我國憑著刻苦鉆研的研究精神和巨大的人財(cái)物力投入也在航空領(lǐng)域獲得了不少的突破和出色的成績尤其在載人航天、探月工程和運(yùn)載火箭等方面突圍成功，以出眾的表現(xiàn)和技術(shù)獲得了世界的矚目。同時，我們也不能因?yàn)橐稽c(diǎn)成績而沾沾自喜，航空航天是一個殘酷的領(lǐng)域，我們必須在加工技術(shù)方面有更大的突破才能保持我國目前的優(yōu)勢，并在較弱的項(xiàng)目進(jìn)行趕超。面對未來越來越猛烈的航空航天資源的爭奪，我國在航天領(lǐng)域還有很大的發(fā)展空間，高效有序地推動我國的航空航天制造技術(shù)及設(shè)備的快速發(fā)展，是我們在新時代新時期的重要目標(biāo)。參考文獻(xiàn)：1李海濤,謝書凱,張