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中圖分類號：V211 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）12-0252-02

1 力學在航空航天領域的支柱地位

作為與材料科學、能源科學并肩的航空航天領域三大基礎學科之一，力學在航空航天領域擁有無可辯駁的支柱地位。航空航天技術的發展與力學學科的發展有著舉足輕重的關系。同樣，力學學科的發展也推動了航空航天技術的發展。從航空航天的歷史開端，力學便扮演著開天辟地的角色：萊特兄弟發明飛機前的時代，人類的航空器長期停留在熱氣球與飛艇的水平，人們普遍認為任何總密度比空氣重的航空器是無法上天的；而隨著流體力學的發展，越來越多總密度大于空氣的航空器被發明出來進行試驗，而萊特兄弟的飛機即為第一個成功的嘗試，萊特兄弟的L洞也成為一個經典（圖1）。從此，航空器的發展步入了快車道，各種結構的飛機翱翔于藍天，從不到一噸的輕型飛機到上百噸的運輸機，直至今天我們對機已經習以為常。

時至今日，航空航天的總體設計已由龐大的力學各分支支撐起來，從最基本的方面分類，可包括：飛行器整體氣動外形歸屬于空氣動力學；整體支承結構歸屬于結構力學以及材料力學；復合材料歸屬于復合材料力學；材料疲勞性能歸屬于疲勞分析；結構動力特性歸屬于振動力學；缺陷結構分析歸屬于損傷力學以及斷裂力學。而對于具體的問題細分，則還有如：針對超高速飛行器的高超空氣動力學；針對紊流等大氣不穩定情況的非定常空氣動力學；針對流固耦合問題的氣動彈性力學；以及針對非金屬材料的粘彈性力學等。此外，還有眾多與力學相關的技術被發展起來，如有限元技術（FEM）等。

展望未來，力學發展的源動力在于航空航天綜合多學科的交叉與技術。被譽為“工業之花”的航空航天工業，其研發生產涵蓋了目前已知的所有工科門類，如此多的學科交叉下，力學的發展勢必會與其他學科進行技術交流，這會帶來問題的進一步復雜化，同時也豐富了力學的研究內容。

2 航空航天領域力學發展新挑戰

航空航天的發展，給力學帶來了新的挑戰。結構的日趨復雜，給力學計算帶來困難；繁瑣的理論公式，需根據工程需要進行必須的簡化；新材料的應用在航空航天領域最為敏感，在為飛行器降低結構重量的同時，也帶來諸多的不利因素如耐熱性能差、環境敏感度高等；而在某些關鍵部件的多物理場耦合問題也將成為重要的研究方向。

2.1 程序化

航空航天器和大型空間柔性結構的分析規模往往高達數萬個結點、近十萬個自由度的計算量級，這些問題包括但不限于：飛行器的高速碰撞間題，如飛機的鳥撞， 墜撞，包容發動機的葉片與機匣設計，裝甲的設計與分析，載人飛船在著陸或濺落時的撞擊等。為了解決這種計算量龐大的問題，上世紀50年代初，力學便發展出一門嶄新的分支學科――計算力學。伴隨著電子計算機以及有限元技術的發展，計算力學取得輝煌的成績，這也說明了其本身發展潛力巨大。

力學分析技術的發展，特別是對于各種非線性問題（幾何非線性、材料非線性、接觸問題等）分析能力，是長期存在的。然而在很長一段時間內，受到計算機能力的制約，以及模型建立本身的局限性，力學分析求解停留在解析方法和小規模數值算法中。這對于工程人員的設計工作是一個極大的限制，對于航空航天領域而言則尤甚如此。計算力學的發展，帶來的效益是巨大的。首先其可以用計算機數值模擬一些常規的驗證性試驗和小部分研究型試驗，這可以節省很大一筆試驗費用。其次，其可以求解某些逆問題，逆問題的理論解往往無法通過非數值的手段得到。最后，從工程管理角度考慮，數值模擬方法大大節省了產品研發的周期，由此單位時間內產生了更多的經濟收益。有限無技術分析機翼見圖2。

上述計算力學給工程設計方面帶來的種種好處，都基于一個很重要的前提。那就是力學問題程序化。如何將力學問題轉化為一個計算機可以求解的程序，一直是計算力學研究的重點，比如有限元技術就是其中一個典型代表。目前，有限元技術已經涵蓋了大部分力學問題，包括：靜力學求解，動力學求解，各種非線性問題，以及多物理場耦合等。但值得注意的是，除了靜力學以及相對簡單的問題外，其余問題所用的算法目前精度仍然有限，相較于工程運用而言仍存在諸多壁壘。對于這些問題算法的更新，是力學問題程序化必須面對的挑戰，仍需研究人員不斷探索。

2.2 工程化

力學工程化依然是基于計算力學而討論的。所不同的是，程序化是針對一項力學問題能不能解決，工程化關注的問題是如何使得力學問題的解決過程更符合工程需求。

21世紀的航空航天，已經越來越趨向于商業化，美國已有數家私有航天企業成立，我國的航天科技集團也在進行著一些商業衛星發射。而商業化的工程問題，所追求的目標永遠是效益。因此，力學工程化發展也應基于這一要求。航空航天工程的研發工作，一直給人周期長的印象，動輒10年以上的研究周期，對于目前商業化的運營是不適用的。如何快速的給出解決方案，是今后力學工程化的重要考量。隨著軟件技術的發展，越來越多的數值計算可以通過可視化、圖表化等快捷的交互式設計方法呈現出結果，這可以直觀地給予工程師設計反饋，從而達到加快設計進程的目的。同時，直觀的結果反饋，也能避免數據分析過程出現人為失誤，起到規避風險的作用。

2.3 非均質化

新材料往往首先出現在航空航天領域，其中典型代表便是先進復合材料。先進復合材料具有高比強度、高比模量、耐腐蝕、耐疲勞、阻尼減震性好、破損安全性好以及性能可設計等優點。由于上述優點，先進復合材料繼鋁、鋼、鈦之后，迅速發展成四大結構材料之一，其用量成為航空航天結構的先進性標志之一。

復合材料的運用給力學提出了新要求，相比于傳統各向同性的金屬材料，其各向異性的力學特性使得非均質力學應運而生，代表便是復合材料力學的誕生。非均質化力學需要將材料的承力主方向設計為結構中的主承力方向，而非主承力方向則需要保證一定強度，不至于破壞，這是其主要的設計特點。相比各向同性材料，其理論模型更為復雜，相應的數值求解方法也沒有那么完善。同時，實際中復合材料的性能分散性和環境依賴性相當復雜， 設計準則和結構設計值的確定還很保守，導致最終設計結果并沒有理論中那么完美，很大程度上制約了工程領域大規模使用復合材料。對于國內而言，復合材料研究工作相比國外則更為落后，無論是設計經驗還是試驗數據積累都有不小差距。

建立完備的非均質化力學模型，積累足夠的原始參數，大膽嘗試提高復合材料的設計水平以及用量是今后力學非均質化的主要任務，需要研究人員付出更多的努力。

2.4 多物理場耦合

2.4.1 電磁與力學耦合

新時代下的航空航天材料，已不僅僅局限于提供簡單的支承作用，功能化是航空航天器新材料發展的重點和熱點，其最終目的是為了未來航空航天器發展智能化目標。

目前，越來越多的具有電-力耦合功能的新型材料正成為航空航天器結構材料的選擇。因為在對飛行器的自我檢測技術方面，具有電-力耦合功能的材料的受力狀態與電磁性能存在特定的函數關系，由此系統能通過檢測電磁性能達到檢測受力狀態的效果，這大大方便了對飛行器的健康監測，也有效保證了飛行器的安全。這其中耦合函數的準確性便成為關鍵，電-力耦合的發展能促進這些技術的健全，具有十分積極意義。

2.4.2 溫度與力學耦合

溫度場與力場的耦合主要體現在發動機上，對于發動機內部涵道的設計最優化一直是熱力學著力解決的問題。

目前大部分飛機均采用噴氣式發動機，包括：渦噴發動機、渦扇發動機以及渦槳發動機。上世紀40年代末，渦噴發動機出現，飛機飛行速度第一次能超過音速，帶來了一場飛機發動機的技術革命。由此，包括進氣道以及發動機涵道的設計成為發動機研發的一個關鍵點，早期的渦噴發動機，由于涵道上的設計缺陷，導致燃料燃燒產生熱能轉化為推進力的轉化比很低，同時伴隨著燃燒不充分，因此發動機耗油量很高且推力較小。經過幾十年的發展，目前無論軍用還是民用飛機發動機，大部分均采用渦扇發動機，通過優化得到的涵道形狀最大化了單位燃油所提供的推力。圖3為民用客機發動機涵道。

我國的飛機發動機工業水平距離世界領先水平仍有較大距離，特別是在大涵道比的商用發動機研發上。發展熱力學，對熱-力耦合問題進行更深入的研究，是發展我國飛機發動機事業的奠基石。

2.4.3 流固耦合

流固耦合是飛行器研制最基本的問題之一。幾十年的發展歷程中，基于流固耦合研究的飛機外形設計取得了諸多進展，包括整體機身外形的優化，翼梢小翼的出現等。隨著飛機飛行速度的不斷提高，特別是軍用飛機機動性的要求，出現了許許多多新的流固耦合問題。比如針對飛機在大攻角飛行時（一般出現在軍機上），傳統小攻角氣動表示法、穩定理論等均不再適用。因此，解決大攻角非定常問題，需要從飛行器運動以及流動方程同時出發，建立多自由度分析和數值模擬模型。這是典型的流固耦合問題。

同時，以往舊的流固耦合理論，在先進復合材料大量運用的今天，顯然已經不再使用。對舊有理論進行必要的修正，也將成為流固耦合問題亟需完成的工作。

3 結語

當前，國家大力發展航空航天事業，作為高精尖產業，其所運用的理論與技術絕不能落后。力學作為一門古老而又應用廣泛的學科，其對航空航天事業的發展起著舉足輕重的作用。為符合未來航空航天領域發展，航空航天領域的力學應著力向著程序化、工程化、非均質化、以及多物理場耦合化綜合發展。

參考文獻

[1]杜善義.先進復合材料與航空航天[J].復合材料學報，2007（2）：1-11.

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鋁、鎂、鈦等這些輕金屬把航空航天器推上了天，沒有這些輕金屬就沒有現在的航空航天業，輕金屬對航空航天業的發展至關重要，然而，隨著科技的進步，航空航天事業的發展，對材料的要求也越來越高，不但要提高飛行器的性能，還要減輕自重以節約能源降低費用，鋁、鎂、鈦這些輕金屬的合金材料應運而生，在航空航天領域得到了廣泛應用。隨著航空航天工業中有色合金較大范圍的使用，對合金構件的需求也不段提高，電子束焊接工藝是適用于有色合金的焊接工藝之一。

1 電子束焊的原理

電子束焊的電子束是從電子槍中產生的，電子槍中的陰極受熱發射電子，該電子被高壓電場加速以及電磁透鏡聚焦后，就會形成具有極高能量密度的電子束，電子束撞擊到工件表面，電子巨大的動能就會轉變為熱能，使金屬迅速熔化，實現對工件的焊接[1，2]。

2 電子束焊的特點[3，4]

（1）功率密度高，電子束功率可從幾十千瓦到一百千瓦以上。電子束束斑的功率密度可達106～108W/cm2，比電弧功率密度約高100～1000倍。

（2）焊接速度快，焊接熱影響區小，焊接變形小。

（3）電子束穿透能力強，焊縫深寬比大。

（4）焊接過程中不行引入焊接材料，焊縫的純潔度高。

3 有色合金的電子束焊接工藝

3.1 鈦合金

鈦及鈦合金具有比強度高、抗腐蝕性好、溫度適應范圍廣等一系列突出優點，航空航天科研事業和生產的發展與鈦合金的推廣應用有著密不可分的聯系[5]。鈦合金在航空航天工業中有著廣闊的應用前景。

電子束焊接工藝在真空環境下進行，可避免空氣對鈦合金的污染，降低裂縫等缺陷的幾率，是一種非常適合鈦合金的焊接技術[6]。

朱少旺[7]對Ti60合金薄板對接件進行了電子束焊接工藝研究。通過電子束焊接性實驗，他研究了電子束焊接工藝的參數對焊縫表面成形及焊接接頭顯微組織、力學性能的影響，探索了焊后緩冷工藝和焊后熱處理對焊接接頭組織及性能所起作用。閆偉[8]對Ti-55高溫鈦合金板材進行了一些電子束焊接試驗，為確定Ti-55板材的焊接方法及工藝做了技術儲備。

3.2 鋁合金

由于鋁合金具有耐腐蝕性好，比模量、比強度、疲勞強度高，以及電導性和熱導性好等特點，在航空航天、交通工具、機械制造、電工化工等行業中應用廣泛。鋁及鋁合金的電子束焊接工藝是目前國內外學者的研究熱點，電子束焊接工藝是鋁合金焊接的重要方法之一。

王亞榮等[9]研究了焊后熱處理對2A14高強鋁合金電子束焊接頭組織及力學性能的影響。王常建等[10]對電子束焊接工藝在2219鋁合金擴張段上的應用進行了研究，研究表明電子束焊接技術能夠減少焊接變形，降低焊接缺陷。陳國慶等[11]研究了SiCp/2024與2219鋁合金電子束焊接。

3.3 鎂合金

鎂是最輕的工業金屬材料，密度只有鋁的三分之二，鎂及鎂合金具有密度低、強度高的優點。航空航天器輕量化的要求使得鎂合金有著廣闊的應用前景。目前鎂合金的應用已經遍及航天航空、汽車、船舶、體育用品、電子等多個領域[12]。由于電子束焊接工藝具有良好的焊接效果，其在鎂合金的焊接領域得到了廣泛的應用。

朱智文等[13]研究了AZ31鎂合金電子束焊焊接接頭微觀組織特征，研究結果顯示AZ31鎂合金電子束焊接接頭成形良好，焊縫組織細小，表明電子束焊是AZ31鎂合金的有效焊接方法。葉宏等[14]研究了AZ91D鎂合金真空電子束深熔焊接熔池氣泡流數值模擬，建立了真空電子束焊接熔池二維氣泡流數學模型。

4 結束語

隨著航空航天業的發展以及有色合金的廣泛應用，對有色合金焊接工藝的研究已成為熱點，電子束焊接工藝在我國已有多年的發展歷史，應用在很多領域，也為我國的航空航天事業做出了巨大的貢獻，電子束焊接工藝的發展必將推進有色合金在航空航天業的應用。

參考文獻

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[2]馬騁，周建桃，屈站，等.鎂合金焊接技術研究[J].科技資訊，2010（15）：113.

[3]王靜.鋁合金電子束焊接技術[J].電焊機，2011，41（8）：112-115.

[4]馬卓.先進焊接技術發展現狀與趨勢[J].科技創新與應用，2013（3）：122.

[5]張利軍，薛祥義，常輝.我國航空航天用鈦合金材料[A].第三屆空間材料及其應用技術學術交流會論文集[C].

[6]付鵬飛，黃銳，劉方軍，等.TA12鈦合金電子束焊接組織性能及殘余應力分析[J].焊接學報，2007，28（2）：82-84.

[7]朱少旺.Ti60合金電子束焊接接頭組織及性能研究[D].哈爾濱工業大學，2009.

[8]閆偉.Ti55鈦合金板材的CO2激光焊與電子束焊的實驗研究[D].東北大學，2006.

[9]王亞榮，黃文榮，雷華東.焊后熱處理對2A14高強鋁合金電子束焊接頭組織及力學性能的影響[J].機械工程學報，2011，47（20）：141-145.

[10]王常建，胡春海，劉麗莉.電子束焊接工藝在2219鋁合金擴張段上的應用[A].陜西省焊接學術會議論文集[C].22-24.

[11]國慶，張秉剛，楊勇，等.SiCp/2024與2219鋁合金電子束焊接[J].焊接學報，2015，36（3）：27-30.

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[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）12-0165-02

沈陽航空航天大學（以下簡稱沈航）是一所以航空宇航為特色，以工為主的多科性協調發展的高等院校。作為教學研究型定位的高等學校，我校的教學工作在學校各項工作中占有十分重要的地位。多年來，沈航自動化學院基礎教研室承擔的控制工程基礎課程是我校機械、飛行器與動力和材料等工科專業的一門重要的專業基礎課，作為核心課程之一在專業課程體系中占有重要地位。當前，自動化類技術在現代高科技發展的諸多領域（如航空航天）起到了越來越重要的作用，與其密切相關的控制工程基礎課程教學也面臨著改革，以適應航空航天科技的發展和人才培養的需求導向。該課程涉及數學、力學、電學和測試技術等多門相關課程，以系統的動態過程為研究對象，內容理論性較強比較抽象，同時該課程知識又能運用于有明顯實踐應用性的廣泛領域中。但在實際教學過程中，其理論和實際的結合不是很緊密，難以跟上航空航天工程中控制技術的快速發展。

為了突出該門課程的航空航天特色，加強培養學生對理論知識的理解掌握和提升學生的工程應用能力和創新意識，我校開展了具有航空特色的控制工程基礎教學模式的探索改革與實踐。通過將控制理論知識與航空航天專業特點相結合，以期使學生在掌握自動控制基本理論和方法的基礎上，對于其在航空航天各領域（如飛行控制系統、航空發動機控制系統、衛星姿態控制系統、火箭/導彈控制系統及其他航空航天運載器的機電控制系統等）中的應用有較為深入的了解，并初步掌握航空航天類控制系統的基本原理和設計方法。

一、具有專業特色控制類課程建設的研究現狀

在國內，控制類課程一直在各工科專業的課程設置中占有重要地位。江南大學王艷針對電氣信息類學生的具體情況，對自動控制原理的課程教學進行了一些改革和嘗試。[1]華東理工大學孫京浩等人針對該校過程控制工程國家精品課全方面探討了課程創新教學改革實踐和經驗體會。[2]此外，北航的陳殿生等人，江蘇科大的袁明新等人和遼寧工程技術大學的李建剛等人還分別對機械控制工程、機電控制工程和控制工程等課程的改革和建設進行了有益探討并提出了多項措施。[3]面向航空特色的課程建設成果主要體現于國內幾所航空類院校。昌航謝小林等對“復合材料”專業的航空特色人才培養途徑進行了研究。[4]南航劉海春等對航空特色“電工電子技術”課程教學進行了研究。[5]此外，昌航羅軍明等對金屬材料工程和普通化學等專業具有航空特色的創新型人才培養、教學體系建設和課程教學改革等內容進行較為深入的研究和探索實踐。[6]

綜上，在自動化核心課程建設方面，整體上國內高校偏重于理論教學。在具有航空特色課程建設方面，幾所航空類學校已陸續在多門課程上開展研究和實踐嘗試，但在控制工程類課程建設上僅有初步嘗試（將發動機控制部分引入）[7]，且信息獲取方式十分有限，還遠不能全面反映航空航天控制領域的整體應用實踐情況，有待結合我校的特色進行深入發掘、研究和探索。

二、具有航空航天特色的控制工程基礎課程建設方案

（一）突出航空航天特色的課程內容優化

1.課程大綱的修訂

課程大綱是控制工程基礎的綱領性規范文件，以突顯航空航天特色為指導理念，明確目的，對課程大綱的制訂和教學內容的安排體現出基礎與綜合的合理分配、理論與實踐的密切結合、經典與航空航天控制工程前沿的有效過渡。充分結合主講教師豐富的科研實踐經驗，按學術專長分工，制訂可涵蓋航空航天領域典型控制系統和控制問題的內容優化方向和范圍。大綱制訂目標是使學生具有較強的控制工程基礎理論知識，以及具備初步的在航空航天控制系統設計領域綜合運用知識的能力、實際動手能力和創新性實踐能力。

2.構建航空航天控制系統設計案例庫

本文所提出的案例驅動教學，其本質是將理論教學與航空航天控制工程實踐相結合，通過工程案例提高課程的實用性和前沿性，并激發學生的學習興趣，發揮學生主體性和加強對學生創新實踐能力的培養。設計的工程案例大致可劃分為三種類型：啟發引導型、認知輔助型和綜合設計型。

其中，對于啟發引導型案例（起到“線”的作用），引入一個系統的大案例置于課程緒論中，充當引領作用，闡述學習的意義和本質和激發興趣，解析某個航空航天控制系統的構成和控制問題描述，闡述解決思路，并提供解決路徑（教材其余各章節）。需要指出的是，這個大案例始終貫穿全課程內容，其作為一個大線索，可一方面起到使上下文知識點邏輯緊密的作用，始終反映全局和局部的關系，還可使學生最終實現一個典型航空航天控制系統設計的完整學習過程。

對于認知輔助型案例（起到“點”和“面”的作用），認知型案例主要是針對教學中的重點和難點，利用一些“小型或局部性”航空航天控制工程案例（如飛行控制系統、航空發動機控制系統和衛星姿態控制系統）來詮釋知識點。這些案例可在教學的具體章節中夯實學生對某單獨知識點的學習、消化和掌握，也可持續體現課程的應用實踐性，提升學生的學習興趣，還可以使學生逐步了解和認識航空航天控制系統涉及的各個具體領域，擴大知識面，提高特色素養。

（二）突出航空航天特色的多層次的實踐教學體系

實踐是課程教學必不可少的內容，有利于理論知識的鞏固和應用能力的提高。在現有的教學中，實驗（6學時）教學只是在授課期間穿插兩三次實驗，學生對實驗內容的理解仍然比較模糊，未能達到實驗教學目的。為此，我們擬對控制工程基礎的實驗內容進行部分調整，構建多層次的實驗教學體系，實驗涵蓋基礎理論實驗和綜合性設計實驗兩個層次，由淺入深，循序漸進。

1.基礎理論實驗

學生學會利用控制方法去設計系統，這是本課程學習的最終目標，也是教學的難點。現有控制工程基礎的實驗多是分析驗證性實驗，缺少設計性實驗。由于其只是單純的系統性能仿真或是穩定性分析（零極點分布、奈奎斯特判據），往往2～3學時的實驗學生很快就做完了。學生僅學會了對某些單知識點的初步分析，沒有形成完整的控制系統設計思維，當然也不會設計稍微復雜的系統。作為國內外廣泛使用的教學和應用軟件，Matlab功能已十分強大，應充分利用其更多的實用功能。為此，學校擬在現有基礎上，安排設計更加綜合的基礎理論實驗案例，采用Matlab/Simulink工具進行高級設計，加深學生對理論知識的綜合理解，同時提升其使用控制系統分析工具的水平。

2.綜合性設計實驗

實驗過程是從預習開始到完成實驗報告的一個完整過程。長期以來，實驗教學過程中存在著重視實驗結果輕視實驗過程的傾向。實驗前一些學生已經把前面同學的實驗程序抄錄在手，實驗過程中常出現不認真觀察實驗的現象。為改變這種重結果輕過程的現象，擬增加具有航空航天特色的綜合性控制系統設計實驗，全面考查學生對系統的分析和綜合設計能力，考查建模、穩定性、時域分析、校正設計等具體內容。通過設計性實驗來改變學生的被動狀態，學生需要自己動腦和互相配合，這激發了學生的學習積極性，培養了學生理論聯系航空航天工程實際的獨立工作和創新能力。

三、結論

本課程改革在教學和實踐環節提出了一套帶有航空航天特色的控制工程基礎課程案例分析、基礎仿真實驗和綜合設計實驗相結合的多層次體系。經過精心設計與選擇案例和實驗內容，將航空航天特色科學地納入各個教學環節，可將學生獨立思考能力、分析問題能力、實際動手能力和創新能力的培養結合到課堂與實踐教學環節中，并不斷增強學生對本課程理論知識的理解掌握和提升學生對航空航天控制系統分析設計的綜合應用實踐能力水平。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 王艷. 《自動控制原理》課程教學改革與創新實踐[J]. 江南大學學報（教育科學版），2007（4）：49-51.

[2] 孫京誥，羅健旭，劉漫丹，等. 過程控制工程國家精品課程特色建設探討與實踐[J].化工高等教育，2012（2）：15-18.

[3] 陳殿生，王田苗，黃宇. 機電控制工程課程的網絡教學系統的開發[J].實驗技術與管理，2009（1）：7-10.

[4] 謝小林，梁紅波，范紅青，等. 復合材料專業方向航空特色人才培養的探索與實踐[J].大學教育，2013（6）：143-144.

篇（4）

中圖分類號： V26 文獻標識碼:A

焊接是通過加熱、加壓，或兩者并用，使同性或異性兩工件產生原子間結合的加工工藝和聯接方式。焊接既可用于金屬，也可用于非金屬。在航空航天裝備和材料加工過程中，焊接技術有著舉足輕重的地位。

1電子束焊

電子束焊( EBW)是在真空環境下利用會聚的高速電子流轟擊工件接縫，將電子動能轉變為熱能，使被焊金屬熔合的一種焊接方法。作為高能束流加工技術的重要組成部分，電子束焊具有能量密度高、焊接深寬比大、焊接變形小、可控精度高、焊接質量穩定和易實現自動控制等突出優點，也正是山于這些特點，電子焊接技術在航空、航天、兵器、電子、核工業等領域已得到廣泛的應用。在航空制造業中，電子束焊接技術的應用，大大提高了飛機發動機的制造水平，使發動機中的許多減重設計及異種材料的焊接成為現實，同時為許多整體加工難以實現的零件制造提供了一種加工途徑；另外，電子束焊接本身所具有的特點成功地解決了航空、航天業要求各種焊接結構具有高強度、低重量和極高可靠性的關鍵技術問題。所以在國內外的航空和航大工業中，電子束焊接已成為最可靠的連接方法之一。

2激光焊

激光技術采用偏光鏡反射激光產生的光束使其集中在聚焦裝置中產生巨大能量的光束，如果焦點靠近工件，工件就會在幾毫秒內熔化和蒸發，這一效應可用于焊接工藝。激光焊具有焊接設備裝置簡單、能量密度高、變形小、精度高、焊縫深寬比大、能在室溫或特殊條件下進行焊接、可焊接難熔材料等優點。激光焊接主要用機大蒙皮的拼接和機身附件的裝配。美國在20世紀70年代初的航空航天工業中，已利用15kW的CO2仿激光焊機弧光器針對飛機制造業中的各種材料、零部件進行了激光焊接試驗、評估及工藝的標準化。空中客車公司A340飛機的全部鋁合金內隔板均采用激光焊接，減輕了機身重量，降低了制造成本。

3攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊技術是英國焊接研究所(簡稱TWI)在1991年發明的新型固相連接技術，是世界焊接技術發展史上自發明到工業應用時間跨度最短和發展最快的一項固相連接新技術。它是利用一種非耗損的攪拌頭，高速旋轉著壓入待焊界面，摩擦加熱被焊金屬界面使其產生熱塑性，在壓力、推力和擠壓力的綜合作用下實現材料擴散連接，形成致密的金屬間固相連接。它具有無飛濺，無需焊接材料，不需要保護氣體，被焊材料損傷小，焊縫熱影響區小，焊縫強度高等特點，被譽為“當代最具革命性的焊接技術。美國 Eclipse公司在Eclipse N500型商務飛機制造中首次大規模成功運用了FSW技術, 包括飛機蒙皮、翼肋、弦狀支撐、飛機地板以及結構件的裝配等基本上全部利用攪拌摩擦焊技術制造，70%的鉚接被焊縫替代，不僅極大地提高了連接質量，而且使生產效率提高了近10倍，生產成本大大降低。波音公司將攪拌摩擦焊技術用于C-17和C-130運輸機地板的制造，利用攪拌摩擦焊代替緊固件連接，簡化了地板結構設計并提高了構件的生產效率，生產成本降低了20%。總之，FSW技術正處于深入研究和推廣應用階段，存在著巨大的應用發展潛力。

4線性摩擦焊

線性摩擦焊是一種在焊接壓力作用下，利用被焊工件相對做線性往復摩擦運動產生熱量，從而實現焊接的固態連接方法。它具有優質、高效、節能、環保的優點。20世紀80年代后期，MTU公司與羅羅公司合作，成功的將線性摩擦焊用于發動機整體鈦合金葉盤的制造。目前，線性摩擦焊已經廣泛應用于塑料工程和航空發動機葉盤式轉子的制造。

5擴散焊

擴散焊又稱擴散連接，是把兩個或兩個以上的固相材料緊壓在一起，置于真空或保護氣氛中加熱至母材熔點以下溫度，對其施加壓力使連接界面微觀塑性變形達到緊密接觸，再經保溫、原子相互擴散而形成牢固結合的一種連接方法。它具有接頭質量好，焊后無需機加工，焊件變形量小，一次可焊多個接頭等優點。擴散焊已在直升飛機上鈦合金旋翼槳轂、飛機大梁、發動機機匣以及整體渦輪等方面試用，渦輪葉片、鈦合金寬葉弦蜂窩夾層風扇葉片等的擴散焊已應用于生產。

焊接技術是航空航天領域的重要連接技術，它在促進航空航天制造技術的發展、實現飛行器的減重、高效中發揮著越來越重要的作用。可以預見，我國航空航天工業在突飛猛進的焊接技術的推動下定將取得快速發展。

參考文獻

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篇（5）

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。

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[分類號]G301　G358

1

引言

“核心技術”被認為是一種能夠帶來競爭優勢的技術資源和能力，是一種難于模仿的、不可替代的技術競爭力。對核心技術進行測度將為產業R&D資金投入決策和科技人力資源配置提供輔助決策，具有重要的理論意義和現實意義。國內外學者對核心技術競爭力、核心技術創新、核心技術能力、核心技術的獲取戰略、核心技術的確認方法。等進行了一些研究，但這些研究成果主要采用定性研究方法進行，尚缺少實證支持；少量的定量研究成果也只是嘗試探索核心技術領域的確認和識別等問題，未探討核心技術領域的測度問題。

社會網絡分析方法(Social Network Analysis，SNA)，曾被普遍用于人際關系網絡的研究，但運用SNA對技術進行研究的成果并不多，筆者尚未發現運用SNA方法測度核心技術領域的研究成果。本研究運用社會網絡分析方法和世界權威專利數據庫《德溫特創新索引》的專利數據，以2009年全球航空航天產業技術為應用實例，進行實證分析和研究。

2　核心技術領域測度方法與指標選擇

在世界權威專利數據庫《德溫特創新索引》中，到經過德溫特專業技術人員的標引，具有逐級細分的技術分類體系，具體在專利文獻中的表現是每條專利數據可以通過使用多個分類號詳細描述專利的特質。如果一項專利涉及N個技術領域，數據庫的技術標引人員就會在技術分類項目中同時標注N個技術領域，這就意味著這N個技術領域共現了一次。將技術領域視為節點，共現關系產生了邊，有了節點和邊，技術領域之間就形成了共現網絡。專利所屬的技術領域越多，技術共現網絡就會越密集，《德溫特創新索引》為技術共現網絡的繪制提供了比較理想和規范的專業數據。

基于社會網絡中心性原理，國內外學者曾將中心度指標用來測度科學引文網絡中的核心文獻或關鍵文獻以及學科領域的核心人物或代表人物。筆者認為，社會網絡中心性原理同樣可以應用到技術網絡的研究中。在技術網絡中，代表技術領域節點的中心度越高，表明該技術領域與其他技術領域共現的次數越多，該技術領域的輻射能力也越強，這樣的技術領域可以被認為代表了某個產業的核心技術。

3　核心技術領域測度方法與指標的應用

本研究數據來源于美國科學情報研究所IsI的網絡檢索平臺Web of Science的《德溫特創新索引》(DII)數據庫，筆者選擇了專利國際分類代碼IPC，選擇航空航天技術領域B64，檢索時間范圍是2009年。檢索結果共得到3 660條專利數據，數據下載日期為2010年1月1日。

采用“德溫特指南代碼”(Derwent Manual Code，DMC)對2009年全球航空航天領域專利申請的熱點技術領域進行可視化分析。DMC是由德溫特的專業人員根據專利文獻的文摘和全文對發明的應用和重要特點進行獨家標引的代碼，該代碼可用于顯示發明中的新穎技術特點及其應用，能提高檢索的全面性和準確性。關于DMC代碼的準確性和合理性，筆者于2010年11月20日在深圳大學城舉辦的“國內外專利文獻的檢索與分析”專題講座過程中，請教了Thomson Reu―ters中國辦公室科學解決方案顧問、“專利信息用戶組(patent information user group，PIUG)”中國分會的發起者吳正先生，吳正先生解釋說，由德溫特專業人員細分的DMC代碼，具有比《國際專利分類表》(IPC分類)更長的發展歷史，其準確性和合理性是值得信賴的。通過對DMC進行分析，可以比較準確地掌握一個產業領域涉及到的、主要的熱點產業技術集群。

通過運用瑞典科學計量學家Persson開發的大型文獻處理軟件Bibexcel ，對2009年全球航空航天領域專利文獻的DMC進行處理，得到的專利申請共涉及1 435個不同技術領域，選取出現頻次10次以上的87個技術領域，運用netdraw繪制出2009年全球航空航天領域技術網絡圖譜，如圖1所示：

圖1顯示出2009年全球航空航天的專利技術主要分布在以下三個重點領域：通訊技術領域(w大類：Communications)、聚合物技術領域(A大類：Plasdoc)、計算與控制技術領域(T大類：Computing and Con―tro1)。圖l的中心性分析結果顯示，網絡中節點中心度最高值為46.512，對科技成果產出數據的選取一般取3―5年為宜，評價時可以根據數據的可得性綜合進行處理，一般年度越近的截面權重越高。512，該節點所代表的技術領域是2002年興起的代碼為T01-J07D1的“交通工具微處理系統”(vehicle microprocessor system)技術。中心度明顯高于其他技術領域的前6位技術領域的DMC代碼、中心度、頻次和具體所代表的技術領域，如表l所示：

由表1可知，中心度最高的前6個技術領域中，w類占了5個，該結果與筆者所做的2008年波音公司技術前沿探測研究的結果是一致的，通訊技術已經成為當前世界航空航天領域重要的核心技術領域。

選擇中心度作為測度核心技術領域的指標，是因為中心度高的技術領域與其他技術領域共現的機會多，對其他技術領域的影響也相對較大。在一個產業領域的技術網絡中，一個對其他許多技術領域都有影響的技術領域，會成為該產業的核心技術領域。

4　結論與不足

本研究主要有以下初步結論：

?社會網絡分析方法是一個比較好的對核心技術領域進行測度的可視化方法，可以用來繪制技術共現網絡，并進一步對全球某一個產業或某企業的核心技術領域進行可視化分析。

篇（7）

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）47-0144-03

一、航空類專業課程體系簡介

在教育部本科專業目錄中，航空航天類專業有飛行器設計與工程、飛行器動力工程、飛行器制造工程、飛行器質量與可靠性、飛行器環境與生命保障工程、飛行器適航技術和航空航天工程等7個。目前，鄭州航空工業管理學院開設了前3個專業，均歸屬于航空工程學院。以飛行器設計與工程為例，在第1學期設置了“飛行器設計與工程專業導論”課程（16學時）、第2學期設置了“航空航天技術基礎”專業必修課（32學時）作為專業學習的前導課。第1―5學期，學校設置了“高等數學”、“大學物理”、“理論力學”和“材料力學”等公共基礎課和學科基礎課；第4―7學期則按照飛機設計的各個子學科，設置了“通用航空技術”、“空氣動力學”、“飛行器總體設計”、“無人機系統導論”、“飛行器專業英語閱讀”和“飛行器專業技術講座”等專業課程。

從課程設置上可以看出，“飛行器設計與工程專業導論”和“航空航天技術基礎”課程主要培養學生對專業基本情況和學科領域的整體性把握，屬于專業通識性課程。而在專業課中滲透通識意識，對教師也提出了更高的要求[1，2]。經過這兩門課程的前期引領和必要的數理、力學知識的學習之后，學生再按照飛機種類和飛機設計各分支學科的特點進行專業課學習。可以說，“航空航天技術基礎”的各個章節基本上對應了后續專業課的主要范圍，具有非常重要的地位。

在教學實踐中，我們也發現，激波、升力、機翼結構、飛機穩定性和操縱性等概念盡管在“航空航天技術基礎”課程中已講授，但在相應的專業課學習中，學生仍覺吃力。調查發現，原因主要有兩點：第一，專業課程數學公式較多，而數學、物理等公共基礎課的學習效果一般，有畏難心理；第二，不知所學知識的應用情況，知其然而不知其所以然。針對航空類專業的課程體系，探索研究專業通識課程與后續專業課程的聯系，對于增強學生學習積極性、提高人才培養質量具有重要意義。

二、“航空概論”通識類課程的建設情況

航空概論是學校面向非航空專業學生開設的一門通識課程（24學時），內容主要包括航空航天基本概念、航空發展概況及未來發展趨勢、我國航空工業、空氣動力學基礎、飛行原理、航空發動機等[3]，考核方式為期末半開半閉考試。此外，針對國際本科學術互認課程（International Scholarly Exchange Curriculum Undergraduate，ISEC）項目的雙語版航空概論（32學時），內容較普通版更為豐富，更強調課堂參與和團隊協作，考核方式為平時作業、表現和期末設計報告。

航空概論被列入學校的特色課程組合中，除航空專業外，其余專業的學生均須從特色課程組合中選修一門。學校每年的本科生招生人數近7000人，日常教學任務較為飽滿，考慮到學校招生專業包括財經類、管理類和藝術類等，學生數理基礎參差不齊，在講授時一般避免進行復雜公式的推導，多采用類比法和案例法講解。

此外，學校的人才培養目標和發展定位與傳統的三所航空重點高校（北京航空航天大學、西北工業大學和南京航空航天大學）以及其他高職高專類院校存在明顯區別，市場上已有的航空概論教材并不能完全滿足我們的教學需求。經過多年的建設，學校主編并出版了《航空概論》教材，并將“航空概論”課作為學校慕課平臺課程體系的第一批建設項目立項，通過網上課堂與實際課堂相結合的形式，探索“翻轉課堂”教學理念在航空類通識課程中的應用效果。現在，此項工作正在穩步開展中。

三、航空類專業課程與“航空概論”課程貫通建設

為了盡可能利用現有資源，我們對航空類專業課程和“航空概論”課程進行了統籌處理，并嘗試進行貫通建設，主要包括如下措施。

篇（8）

為更好地適應國家經濟建設和社會發展對高層次應用型人才的迫切需要，積極發展具有中國特色的專業學位教育，教育部自2009年起，擴大招收以應屆本科畢業生為主的全日制碩士專業學位范圍。2009年全國計劃招收全日制專業學位研究生5萬名。北京航空航天大學擬招收全日制專業學位研究生400名。北京航空航天大學以服務于國家戰略目標為宗旨，以培養工程實踐需要的高層次應用型人才為目標，通過產學研相結合，積極探索以應屆本科畢業生為主的高素質全日制專業學位研究生的培養模式。

1　開展全日制專業學位研究生教育，滿足高層次應用型專門人才的需要

我國自1991年開展專業學位教育以來，專業學位教育種類不斷增多，培養規模不斷擴大，社會影響不斷增強。在培養高層次應用型專門人才方面日益發揮著重要的作用。已成為學位與研究生教育的重要組成部分。前期的專業學位研究生教育的培養對象主要是具有一定工作經歷的在職人員，對在職人員業務水平和實踐能力的提高發揮了重要作用。

隨著我國經濟社會的快速發展，迫切需要大批具有創新能力、創業能力和實踐能力的高層次專門人才。教育部自2009年起，對研究生教育結構類型實行重大改革，增強研究生服務于國家和社會發展的能力，加大應用型人才培養的力度，促進人才培養與經濟社會發展實際需求的緊密聯系，除繼續實行學術型研究生教育外，開展了以應屆本科畢業生為主的全日制碩士專業學位研究生教育，不僅滿足他們適應社會發展、提高專業水平、增強就業競爭力的需要，而且對加快培養高層次應用型專門人才，滿足社會多樣化需求、具有重大而深遠的意義。

2　探索全日制專業學位研究生培養模式

以應屆本科畢業生為主的全日制碩士專業學位研究生教育，是2009年即將啟動的新的研究生培養模式，其研究生培養過程、培養環節質量監控和學位論文要求等相關規定尚在建立和完善之中。如何使以應屆本科畢業生為主的全日制碩士專業學位研究生的教育培養內容高起點、研究生培養質量高標準、創新實踐能力高要求，使以應屆本科畢業生為主的全日制專業學位研究生掌握專業領域堅實的基礎理論和寬廣的專業知識、具有較強的解決實際問題的能力。能夠承擔專業技術或管理工作，成為具有良好的職業素養的高層次應用型專門人才，探索出一套符合以應屆本科畢業生為主的全日制專業學位研究生的創新型培養模式，制訂出全日制專業學位研究生培養方案和實施細則，建立和完善研究生培養過程規章制度，是當前迫切需要進行的重要工作。

2.1加強基礎理論和應用知識相結合的課程教學模式

學術型研究生教育主要是培養具有獨立從事科學研究或教學工作能力的教學科研人才。專業學位研究生教育主要是培養具有良好的創新實踐能力的高層次應用型專門人才。因此，專業學位研究生課程設置將以實際應用為導向，以職業需求為目標，以綜合素養和應用知識與能力的提高為核心。課堂教學內容強調理論性與應用性課程的有機結合，突出案例分析和實踐研究。

例如，北航材料學科的全日制專業學位研究生課程設置上，一級學科和二級學科的核心基礎理論課與學術型研究生課程設置完全相同，其核心基礎理論課包括：固體物理、材料近代測試方法、固體化學、材料熱力學與動力學、先進復合材料等。在方向課程設置上，擬針對北航特色增加有航空航天特色的“航空航天材料工程”，包括：航空航天發動機用高溫結構材料、航空航天飛行器用輕質結構材料、熱防護和機載設備用特種功能材料和航空航天關鍵材料的服役特性與壽命評估，以及“航空航天關鍵結構件無損檢測技術”等應用性強的課程。在全日制專業學位研究生課程教學師資隊伍的建設上，請工程背景強的優秀教師、航空航天大型企業的總工程師或總設計師主講相關課程，以飛機、運載工具和空間飛行器為對象，分解其不同部位的材料組成和材料特點，結合航空航天企業的實際案例，講授航空航天領域關鍵材料，形象地再現關鍵材料的加工過程。這樣就使全日制專業學位研究生整體課程設置，在強化基礎理論的同時，突出了應用知識的課堂教學。

2.2依托學校科研優勢，提升全日制專業學位研究生的實踐能力

專業實踐是全日制專業學位研究生培養的重要環節，充分的、高質量的專業實踐是專業學位教育質量的重要保證。北京航空航天大學全日制專業學位研究生的實踐教學環節，除吸納和使用社會資源，建立多種形式的校企聯合實踐基地外，還建設和建成了一批校級研究生公共實驗課和學科專業實驗課。

學校特別重視全日制專業學位研究生實踐能力的培養，即研究生教學實驗的環節。依托學校科研優勢，將科研成果高質量地轉化到實驗教學環節上，建成研究生公共實驗室，以提供系列化、層次化的實踐能力培養環境，形成完善的研究生實踐能力培養體系。

學校通過“211工程”、“985”教育振興計劃等教學實驗室建設專項，從實質上提升實驗教學水平，實現科研與教學相互促進，建成了一批研究生公共實驗室，包括研究生公共實驗平臺和研究生專業實驗平臺。達到培養學生創新與實踐能力的目的。通過將前瞻性、先進性、典型性、綜合性和學科交叉性的科研成果高質量地轉化到研究生公共實驗教學上，形成跨一級學科或在一級學科框架下的研究生公共實驗教學內容，實現研究生實踐能力的面上培養，夯實研究生實踐能力的“寬口徑”總的基礎，再通過研究生學位論文研究，在其研究方向上實現“點上提高”，從而，形成研究生實踐能力的立體全方位培養。學校十分重視通過機制體制創新使高水平教師參與到實驗教學工作中，在實驗核心課程體系的建設中，明確要求課程團隊中要由學術帶頭人或學術骨干領銜組建教學團隊。

2.3產學研相結合，提高全日制專業學位研究生的學位論文質量

對于2009年即將招收的以應屆本科畢業生為主的全日制專業學位研究生，北京航空航天大學要求其學位論文選題均耍來源于企業合作的應用課題，或直接將他們派往企業，以突破企業關鍵技術來命題，強化工程實踐能力培養，推進專業學位研究生培養與用人單位實際需求的緊密聯系，積極探索人才培養的供需互動機制。

篇（9）

David H. Riemer（Siemens PLM Software航空航天與國防戰略副總裁）：作為用戶和 Siemens PLM Software的雇員，我對 Siemens PLM Software產品的視角雖然不同但是態度是一樣的：就如同當初我做用戶時一樣， Siemens PLM Software產品的能力是我非常贊許的。當我加入 Siemens PLM Software以后，Siemens PLMSoftware的CEO告訴我，希望以深入行業應用的方式發展業務，希望把公司的組織變成面向行業的。所以，讓我領導航空航天與國防這個領域，重新組成一個團隊，希望帶來滿足客戶需求和行業需求的解決方案。因為我們都知道，不同的行業，如汽車、機械、醫療和航天等，它們都有各自的需求，航空航天與國防領域的需求和其他行業有很大的不同，要滿足行業的需求，提供符合的解決方案，必須要很清楚地了解這個行業客戶所做的事情及流程是什么，需要什么樣的平臺和工具來幫助它更好地完成項目。因此很明顯，我們所具有的行業優勢就是 Siemens PLM Software能夠為用戶提供的、非常明顯的價值。

CAD雜志：從產品功能和性能角度看， Siemens PLM Software針對航空航天領域的解決方案在這個市場當中具有怎樣的優勢呢？

David H. Riemer：第一，就是我剛剛談到的行業優勢。第二，對于航空航天領域來講，大型的航空航天項目型號的性能指標參數是需要追溯的，這種追溯不僅僅涉及到設計是否滿足要求，還需要追溯到工藝、測試和實驗 ……從航空航天領域來講，這個追溯或者回溯的能力不僅要體現在設計團隊或者研發團隊，而且要貫穿從設計到分析、測試實驗、實物實驗，再到維護維修，所有的信息反饋都要形成一個閉環，來支持性能參數和指標的要求，這是航空航天行業區別于其他行業非常關鍵的一點。Siemens PLM Software的產品，能夠給航空航天企業提供這種數據的追溯能力。第三，當企業需要加工一個產品時，現在普遍的做法是在計算機上模擬加工過程以確定加工的工藝性和安全性，但是這種模擬只能實現對加工動作的一種仿真。Siemens PLM Software有一個更大的優勢： 80%用于航空航天領域的數控控制器都是西門子的高端控制器，因此，高端的控制器、控制器軟件可以與Siemens PLMSoftware的軟件一起，更加真實、全面、實時地去模擬一個完整的加工過程，從而把虛擬世界到現實世界有效地連接。第四，在航空航天領域，數字樣機完成以后需要驗證，物理樣機完成以后也需要驗證，在 Siemens PLM Software的 PLM產品當中，會提供一種被稱為驗證管理

的系統功能，不僅能夠為用戶提供數字樣機驗證的支持，而且可以實現對物理樣機驗證的支持，并且能夠實現兩者之間的關聯。除此之外，Siemens PLM Software在維護維修和后勤保障部分，還有在產品仿真驗證和實驗的驗證方面，都具有非常強的能力，這都是其他某一個同類系統所不能提供的行業支持，這些都是Siemens PLM Software能夠提供給我們用戶的優勢價值。

CAD雜志：之前一段時間，Siemens PLM Software完成了對多個軟件系統的收購，例如LMS，能否請您談談這些軟件對于航空航天領域的價值？

David H. Riemer：對于一個產品全生命周期管理系統提供商來講，Siemens PLM Software本身從規劃、策劃到研發、制造和維護、維修整個生命周期的過程中，有著非常好的平臺和工具，包括Teamcenter和NX都能夠在各個階段發揮作用。最近5年，隨著航空航天企業對生命周期管理在垂直方向技術要求的增加，我們也并購了四五家世界一流的公司，例如在測試和分析領域排名第一的LMS公司，就是我們在2年以前收購的一家公司。我們都知道，NX原來在結構領域熱和流體分析源方面都有很強的功能，但是LMS在性能測試、機電一體、仿真和動態特性的仿真等領域有非常深厚的基礎，特別適合于航天飛機等這樣的大型的空間結構。另外值得一提的是我們并購的Vistagy公司。眾所周知，無論是航空飛行器還是航天的衛星、火箭，都需要增加它的有效載荷，減輕自身的重量，所以復合材料的應用是發展非常迅猛的市場，Vistagy在材料分析領域非常杰出，有過非常多經典的案例。另外一個我想提到的是Perfect Costing，這家公司專注于優化產品設計以及制造過程，降低產品成本。這是我們目前所知在降低整體設計成本領域做得最優秀的一家公司。

CAD雜志：我們都知道，收購一個軟件產品與整合重建一個完整的產品線，這是兩回事。您作為一個行業中的資深用戶，您認為對于現在的用戶來講，這些剛剛被收購的產品，是等待Siemens PLM Software完成整合之后再用好，還是現階段先把他們用起來？您認為Siemens PLM Software產品的整合計劃應該怎樣與企業選用計劃相吻合？

David H. Riemer：我原來在雷神飛機公司工作時，很早就開始使用LMS的解決方案。因此實際上，我并不建議客戶去等到一個完整的集成解決方案出來以后再購買，因為LMS的解決方案是在日常的設計研發中會用到的技術。另外一點，Teamcenter有一個Teamcenter for Simulation的解決方案，它是一個非常開放的體系架構，可以集成不同的分析軟件和分析工具，以及實驗、實驗的工具和測試的工具。我的建議是：只要企業的業務有需求，就應該購買解決方案，或者一步步地實施購買。

CAD雜志：在任何一個國家來講，航空航天都是一個國家的機密部門，您認為怎樣才能在為這個地區的企業提供好的技術、產品和支持的同時，讓用戶更有安全感？

篇（10）

2模具超差原因分析

模具加工超差問題嚴重影響模具交付，是拒收模具的最主要原因之一。模具加工最常見的質量缺陷問題是工件尺寸超差，進而影響模具生產的交付。因此，及時分析尺寸超差原因就顯得尤為重要，并據此提出相應改進措施，才能避免以后類似問題的出現，進而提高生產效率，保證加工質量。圖1為模具超差原因的魚刺圖，從影響產品質量方面分析，模具超差原因包括人、機、料、法、環五個主要因素，具體分為人為因素與非人為因素兩大類。結合模具生產實踐，超差原因具體包括：①依據錯誤；②技術水平低；③操作失誤；④工藝方法問題；⑤文件理解錯誤；⑥設備問題；⑦材料、環境；⑧管理問題；⑨磨損、損壞；⑩其它等。對生產模具過程中出現的故障，具體問題應該具體分析，找出原因所在，爭取在后面的工序中改進。

2.1人為因素

人是導致模具加工超差的主觀因素。其人為因素包含在模具設計、工藝、制造、檢測和使用過程中，所有參與到模具生產中的人和事。（1）設計因素：模具工裝圖紙或數模設計不合理、多次變更造成混亂。（2）工藝人員加工方法、加工參數有誤：切削工具選用不當、加工條件選用不當、余量預留不對、加工步驟不合理。（3）操作人員粗心大意：未做好加工前確認（包括圖面、工件、加工工具、加工條件）、數據輸入錯誤（數值輸入、程序混淆）、裝夾問題（裝夾錯誤、夾傷、傾斜）。（4）操作人員裝夾經驗不足：多次裝夾產生誤差、裝夾方式或方法不對、裝夾力不足。（5）檢驗人員測量方法不對：工件未仔細測量、未清除干凈就測量、測量基準有誤、測量探頭測不到位。

2.2非人為因素

相對人為因素來說，非人為因素為客觀因素。導致模具加工超差的非人為因素涉及設備、材料和環境的各個方面。（1）設備因素：機床加工設備出現故障，精度不夠、測量設備誤差大、輔助工具不合格。（2）原材料：無料、材料尺寸錯誤、材質錯誤、材料疊加、運輸過程中被碰傷、原材料有缺陷，熱處理不當或加工引起材料變形[2]。（3）環境因素：周轉過程與測量環境溫度差、突然停電、氣壓不足、噪音大、干擾多等。

3措施

綜上所述，模具生產中的各個環節疏漏都會導致加工超差[3]。要避免模具加工超差，不僅單位要加強職工的質量意識和責任心教育、加強工作質量考核，而且需要參與模具設計、工藝、加工制造、檢測環節，以及使用過程中的職員認真仔細，做好本職工作。針對上述導致模具加工超差的因素，本文提出以下幾點措施：（1）模具設計是制造的核心要素，設計員不僅要考慮模具設計的合理性，還要考慮模具設計之后的加工工藝和使用方法，要規范繪制圖紙，避免發出多次變更造成混亂。（2）工藝貫穿模具制造的中間環節，開展工藝化標準工作，完善工藝規程是工藝人員首先要做的一項工作。其次，工藝人員要增強在編程方面的安全性理論檢查，要善于利用仿真軟件進行干涉過切檢查、刀長計算、線框刀路模擬、實體刀路模擬以及機床仿真等，將可能暴露出的問題解決在施工之前。（3）加工是模具制造的重要環節，公司須對數控操作工人進行數控銑床、加工中心理論知識培訓。操作人員務必做到認真仔細，要從錯誤和失敗中總結教訓，從日常工作中積累經驗，要嚴格按照操作規程實施，保證零件加工精度。（4）測量是模具制造的最后環節，為質量把好最后一道關。檢驗人員的測量方法要與時俱進，針對不同特點的工裝要采用不同的檢測方法，而且測量結果能經得起時間的考驗。（5）在模具使用過程中需要定期檢查型面、線、孔是否符合使用要求，并做好維護保養，提高模具的使用壽命，若模具磨損嚴重或零件更改影響使用，則須盡快返修。

4結束語

本文分析了模具加工過程中尺寸超差的原因，提出了減少加工超差的相關措施，能提高模具加工的合格率、減小模具的加工成本、縮短模具的生產周期。隨著航空航天產品的飛速發展，模具制造將朝著數字化、柔性化的方向發展，模具設計和制造在未來亦將發揮越來越重要的作用。

參考文獻

[1]張玉峰.航天航空制造業模具應用研究[J].金屬加工:冷加工，2010，（09）：22~24

篇（11）

一、人類的航空壯舉

當我們仰望天空的時候，總會發現時不時有飛機掠過。或許不少人會問，這樣一個龐然大物，其質量少則數百千克，多則幾十噸、上百噸，怎么能夠如此自如地在藍天上飛翔呢？飛行究竟需要具備哪些條件呢？

其實，關于怎樣才能像鳥兒一樣在藍天上翱翔，我們的先輩們探索了數千年，設想和嘗試了許多種飛天方式，但基本都以失敗告終。直到1903年12月17日，美國的萊特兄弟駕駛著他們設計和制造的“飛行者”1號（圖1），進行了時間不到1分鐘、距離只有260m的人類歷史上第一次持續而有控制的動力飛行之后，人類才真正從根本上解決了飛上藍天的關鍵問題。此后，飛機越造越大、越飛越高、越飛越快、越飛越遠，各方面的性能都有了翻天覆地的提高（圖2～圖5）。

實際上，無論是萊特兄弟設計的“飛行者”1號，還是現代的先進客機、戰斗機、運輸機……之所以能飛上藍天，歸納起來是因為它們具備了飛行的3個最基本的要素：

（1）具有能產生升力的機翼，平衡飛機的重力（圖6）；

（2）具有能提供拉力或推力的動力系統，平衡飛機的阻力（圖6）；

（3）具有能控制飛機姿態的操縱系統，實現飛機按照預定的軌跡飛行。

萊特兄弟的第一次飛行，雖然飛行時間只有幾十秒，飛行距離只有幾百米，離地高度也只有幾米，但他們的探索精神卻永遠值得我們學習，其成功一直激勵著后人對航空航天的持續探索。

萊特兄弟的壯舉，讓人類開始漫步于天空，繼而遨游于天宇。人們把這些能夠在天空和宇宙中飛行的機器統稱為飛行器。飛行器主要分為航空飛行器（簡稱航空器）和航天飛行器（簡稱航天器）。前者是指在空氣中飛行的飛行器，后者是指主要在大氣層外飛行的飛行器。而航模作為一種與航空器和航天器密切相關的模型，則既包括航空模型，又包括航天模型。在飛行器的發展過程中，航模發揮了重要的作用，無論是利用航模進行原理驗證，還是利用航模完成載人飛機難以完成的飛行科目。現代無人機則與航模更是有密切的關系，不少無人機就是從航模發展而來的。

航空和航天技術都是高度綜合的現代科學技術。力學、熱力學、材料學是航空航天的科學基礎；電子技術、自動控制技術、計算機技術、噴氣推進技術和制造工藝技術對航空航天的進步起到了重要作用；醫學、真空技術和低溫技術則促進了航天的發展。上述科學技術在航空和航天的應用中相互交叉和滲透，產生了一些新的學科，使航空和航天科學技術形成了完整的體系。

航空航天的發展都與其軍事應用密切相關，但人類在該領域取得的巨大進展對國民經濟和社會生活也產生了重大影響，甚至改變了世界的面貌。如我們乘坐飛機旅行，使用GPS進行導航，收看海外電視直播，進行天氣預報，這些都離不開航空航天的發展。航空航天科學技術是牽動其他高新技術發展的動力之一，航空航天工業是國民經濟建設中的陽光產業，而航空航天產品則是附加值很高的高新技術產品。

二、翱翔天空的航空器

任何航空器要升到空中，都必須產生一個能克服自身重力的向上的力，這個力叫作升力。另外，航空器在空中的飛行還必須具備動力裝置產生推力或拉力來克服前進的阻力。根據產生升力的基本原理不同，航空器分為輕于(或等于)同體積空氣的航空器和重于同體積空氣的航空器兩大類。前者靠空氣的靜浮力升空，又稱浮空器；后者靠與空氣相對運動產生升力升空。按照不同的構造特點，航空器還可進一步細分，如圖8所示。

1．輕于空氣的航空器

輕于(或等于)空氣的航空器包括氣球和飛艇，它們先機出現。

（1）氣球（圖9）

氣球一般無推進裝置，主體為氣囊，下面通常有吊藍或吊艙。按照氣囊內所充氣體的種類，可分為熱氣球、氫氣球和氦氣球三種。

（2）飛艇（圖10）

飛艇安裝有推進裝置，并可控制飛行。根據結構形式，可分為軟式、硬式和半硬式三種。飛艇與氣球的最本質區別就是它帶有動力和操縱舵面，可按照預定的飛行方向飛行；而氣球由于沒有動力裝置和操縱舵面，在水平方向只能隨風飄移，但在垂直方向可以通過調節浮力的大小或改變質量的大小進行升降。

2．重于空氣的航空器

重于空氣的航空器靠自身與空氣的相對運動產生空氣動力升空飛行。常見的這類航空器主要有固定翼和旋轉翼兩類，另外還有像鳥一樣飛行的撲翼航空器和新近出現的傾轉旋翼航空器。

（1）固定翼航空器

固定翼航空器包括飛機（圖11）和滑翔機（圖12）。

飛機是指由動力裝置產生前進推力或拉力，由固定機翼產生升力，在大氣層內飛行的重于空氣的航空器。滑翔機是指沒有動力裝置的重于空氣的固定翼航空器。

滑翔機可由飛機拖曳起飛，也可用汽車等其它裝置牽引起飛。部分動力滑翔機裝有小型輔助發動機，無需外力牽引就可自行起飛，但滑翔時必須關閉動力裝置。飛機和滑翔機最本質的差別在于大部分飛行時間內是否依靠動力裝置。實際上，在萊特兄弟發明飛機之前，人類就已經發明了滑翔機，并為飛機的發明奠定了空氣動力學和飛行操縱等方面的基礎。

（2）旋翼航空器

旋翼航空器包括直升機（圖13）和旋翼機（圖14）。

直升機是指以航空發動機驅動旋翼旋轉作為升力和推進力來源，能在大氣中垂直起降及懸停并能進行前飛、后飛、側飛、定點回旋等可控飛行的重于空氣的航空器。直升機和固定翼飛機的最本質區別在于，直升機能夠依靠旋翼垂直起降，對起降場地的依賴性很小；而通常意義上的固定翼飛機則只能水平起降，對起降場地的依賴性很大。相對于固定翼飛機，直升機飛行速度慢、震動大。

旋翼機是一種利用前飛時的相對氣流吹動旋翼自轉以產生升力的旋翼航空器，全稱自轉旋翼機。

（3）撲翼機

撲翼機是指能像鳥和昆蟲翅膀那樣上下撲動的重于空氣的航空器（圖15），又稱振翼機。撲動的機翼不僅產生升力，而且產生向前的推進力。

（4）傾轉旋翼機

傾轉旋翼機是一種同時具有旋翼和固定翼，并在機翼兩側翼梢處各裝有一套可在水平與垂直位置之間轉換的旋翼傾轉系統組件的飛機。旋翼傾轉系統處于垂直位置時，傾轉旋翼機相當于橫列式直升機，可垂直起降，并能完成直升機的其它飛行動作；旋翼傾轉系統處于水平位置時，旋翼傾轉機則相當于固定翼飛機。現在世界上唯一有實用價值的傾轉旋翼機為美國貝爾公司研制V-22（圖16）。

三、遨游天宇的航天器

航天器是指主要在地球大氣層以外的宇宙空間，基本上按照天體力學規律運動的各類飛行器，又稱空間飛行器。與自然天體不同的是，航天器可以在人的控制下改變其運行軌道或回收。航天器為了完成航天任務，必須具備發射場、運載器、航天測控和數據采集系統、用戶臺站以及回收設施的配合。

航天器分為無人航天器和載人航天器。根據是否環繞地球運行，無人航天器分為人造地球衛星和空間探測器。按照各自的用途和結構形式，航天器還可進一步細分（圖17）。

1．無人航天器

無人航天器包括人造地球衛星和空間探測器。

（1）人造地球衛星

人造地球衛星是數量最多的航天器（圖18，圖19）。人造地球衛星一般由有效載荷和平臺組成。有效載荷是指衛星上用于直接實現應用目的或科研任務的儀器設備，平臺則是為保證有效載荷正常工作的所有保障系統。按照衛星的用途，可分為科學衛星、應用衛星和技術試驗衛星。

（2）空間探測器

空間探測器是指對月球和月球以遠的天體和空間進行探測的無人探測器，也稱深空探測器。探測器的基本構造與一般人造地球衛星差不多，不同的是探測器攜帶有用于觀測天體的各種先進觀測儀器。

月球是人類進行空間探測的首選目標，世界上多個發達國家向月球發射了探測器（圖20，圖21），并進行了月球實地考察。美國和蘇聯早在20世紀50年代末就開始發射月球探測器，為1969年人類首次載人登月奠定了基礎。

在行星和行星際探測方面，美國、歐盟、蘇聯和日本等國發射了多個探測器，對火星、金星、哈雷彗星、土星、木星、太陽及其星際之間進行了探測。

2．載人航天器

載人航天器是人類在太空進行各種探測、試驗、研究及從事軍事和生產活動所乘坐的航天器。與無人航天器的主要不同是載人航天器具有生命保障系統。目前的載人航天器分載人飛船、空間站和航天飛機三大類。

（1）載人飛船

載人飛船是載乘航天員的航天器，又稱宇宙飛船。按照運行方式的不同，載人飛船分為衛星式載人飛船和登月載人飛船兩類。前者載人繞低地球軌道飛行，后者載運登月航天員。蘇聯、美國成功實現了多次載人飛行，美國還實現了人類登月。美國的阿波羅計劃是人類第一次登上月球的偉大工程（圖22），美國也是目前僅有的進行過登月的國家。我國的載人航天計劃采用飛船形式（圖23）。“神州”號試驗飛船由軌道艙、返回艙和推進艙組成。軌道艙是航天員生活和工作的地方；返回艙是飛船的指揮控制中心，航天員乘坐它上天和返回地面；推進艙為飛船的飛行和返回提供能源和動力。載人飛船的附加用途是為空間站接送航天員或運送貨物。

（2）空間站

空間站是航天員在太空軌道上生活和工作的基地，又稱軌道站或航天站。空間站一般采用模塊化設計，分段送入軌道組裝。空間站發射時不載人，也不載人返回地面，航天員和貨物的運送由飛船或航天飛機完成。空間站的功能可以根據任務要求而變更或擴大，彌補了其它航天器功能單一的不足。蘇聯于1971年發射世界上第一個空間站。我國于2011年發射了第一個空間站――“天宮”1號（圖24）。多個國家的空間站還在太空連接構成了國際空間站。

（3）航天飛機

航天飛機是世界上第一種也是唯一一種可重復使用的航天運載器，也是一種多用途載人航天器。20世紀七八十年代，美國、蘇聯、法國和日本等國曾經開展了航天飛機研制計劃，但只有美國的航天飛機投入使用，并進行了長達30年的運行。美國自1981年成功發射其第一艘航天飛機“哥倫比亞”號（圖25）之后，先后共研制使用了5艘航天飛機，其中“挑戰者”號服役后因為發射失敗而造成爆炸導致7名航天員全部喪生；“哥倫比亞”號服役后因為返回失敗而造成爆炸導致7名航天員全部喪生；其余3艘都在2011年退休。航天飛機由一個軌道器、兩個固體助推器和一個大型外掛貯箱組成，可以把質量達23 000kg的有效載荷送入低地球軌道。航天飛機提供了在空間進行短期科學實驗的手段，有許多國家的航天員參加了航天飛機的飛行。

3．火箭和導彈

火箭與導彈是一類特殊的飛行器，它們均可在大氣層內和大氣層外飛行，但都只能使用一次。我國通常把火箭和導彈劃分為航天器。

（1）火箭