航空航天技术论文篇1

立足江苏，积极实施民，整合资源，加速形成学校向产业技术转移的有效机制南京航空航天大学是具有良好军工技术基础的综合性研究大学，研发了一大批运用于国防的高新技术和科技成果，这些科技成果在民用市场同样有着巨大的发展潜力。因此，发挥国防特色，积极推进军工技术向民用市场转移，势在必行。针对国民经济和江苏省发展，中心加强引导军用技术与民用市场的融合，使国防科技在服务军工科研和生产的同时，为地方经济和发展做出突出贡献，赋予学校科技工作新的增长点。有效形成了军民融合、军民互相促进的良好局面。例如，在民用航空发展需求方面，中心重点在通用航空设计制造、航空规划与交通管理、民营运营与空港经济、飞机运行与安全保障、民航培训与先进训练等方面加快推进技术转移和辐射，先后为镇江新区、扬州新区、南京江宁区等地方政府开展航空产业和空港经济规划，与南京禄口国际机场、无锡苏南国际机场、杭州萧山国际机场、上海机场集团公司等20余家省内外机场，中国南方航空集团公司、中国民用航空局华东管理局等航空公司和空管部门，江苏航空产业集团、中国电子科技集团公司第二十八研究所、中国商用飞机公司等科研院所和大型企业建立产学研合作关系，推动我校特色“三航”技术在相关领域迅速应用和转化。

2参与行业共性、关键性技术的研究

积极与地方政府、企事业单位共建合作平台，开展产学研合作，服务地方经济发展中心以国家重点发展的主导产业为抓手，充分利用学校人才、特色优势学科和最新科技成果的优势，积极融入区域创新体系的建设，加强与各级地方政府和企业构建合作平台，走政产学研合作之道路。同时，企业单纯依靠内部技术创新活动实现技术创新能力提高越来越难，需要与外部知识源的合作，因此，校地合作、校企合作已成为地方经济快速发展、企业提高技术创新能力的有效途径。中心先后与南京六合区、张家港、连云港、萧山、武义等19个省内外城市共建南航部级技术转移中心分中心，同时在高端装备制造、新能源、新材料等领域与政府以及企事业单位建立研究院、研发基地、工程中心、联合实验室等36个技术创新平台。这些平台的建立，大大加快了学校最新科技成果向地方转移，促进了当地经济及企业的快速发展。中心依托我校在航空航天民航等领域的国家重点学科、国家优势学科创新平台、国家重点实验室等科技创新平台，围绕国家和区域产业需求，积极参与行业共性、关键性技术研究，促进科技创新成果的转化，显著提升相关行业的发展水平。例如，在江苏省重点发展的新能源产业领域中，中心以我校作为首席单位承担的三项国家“973”项目为基础，整合学校在力学、电子信息和机械自动化等学科方面的科研成果及人才团队，与无锡市展开了全面合作，将“973”项目、国防预研项目等研究的创新成果成功应用到无锡的风电产业，开发出了全球首创的MW级竹质复合材料风力机叶片，共建无锡市风电设计研究院、南航无锡研究院等创新平台16个，有效推动了无锡市在装备制造、新能源等优势战略新兴产业的发展。

3以企业需求为导向

加速科技人员服务企业长效机制建立，有效推进学校最新科技成果转化成社会生产力科技人员服务企业为我校、地方企业、科技人员等搭建了交流合作平台，推动我校最新科技成果迅速向企业集聚，对帮助企业攻克技术难题、提升企业技术创新能力和竞争力、促进先进适用技术向现实生产力转化、促进地方经济发展等方面起着至关重要的作用，也是我校技术转移中心的职责所在。一方面主动贴近企业，挖掘企业技术需求，积极构建企业、中心数据共享平台（南京航空航天大学技术转移中心网站），主动联合企业开展技术开发、技术咨询、成果转化等多形式、多层次的合作，积极推荐教授、博士柔性进企业，直接参与企业技术创新工作，有效开展科技人员为企业服务。另一方面完善制度、规划激励措施，制定各类学科及技术团队的产学研合作策略，实现重点（特色）学科服务重点产业，不断提升中心综合服务能力。同时，中心着力建设打造科技人员服务企业的技术转移人才体系，多次组织涵盖科研老师、学院科研秘书、技术经纪人及中心管理团队等技术转移各个层面人员的技术转移业务培训，打造一支专业水平高、视野开阔的创新型科技人员服务团队，为服务企业工作打下坚实基础，不断强化和提升中心服务人员在市场经济条件下的综合服务能力。

航空航天技术论文篇2

中图分类号：G641 文献标志码：A 文章编号：1002-2589（2015）30-0145-02

引言

航空航天代表了科技和工业发展的最前沿，是促进国家科技发展、满足经济建设、增强国防安全和加快社会进步的重要力量。加强航空航天类高校教育，培养一批具有高素质、创新能力的航空航天类专业人才是服务我国战略发展的必然需求。航空航天类本科人才是高层次航空航天类人才的基础，培养适应国际竞争的航空航天类本科人才，是我国航空航天科技发展的关键。当前，以美、俄为代表的航空航天大国都建设了自己特色的航空航天专业院系，开展了多年的教学实践，具有丰富的经验。论文旨在通过材料的梳理，了解国外航空航天专业人才培养模式，对国际一流大学航空航天类专业设置、课程安排、学生培养特点等方面进行研究，从中总结经验，为国内航空航天类专业教学教改提供参考。

一、国外著名航空航天院系

（一）美国著名航空航天院系

美国是世界上航空航天类研究最发达、人才培养最成功的国家，其人才培养主要依赖其国内的大学。比较有代表性的有麻省理工学院和斯坦福大学。

麻省理工学院航空航天类教学与科研由航空航天系负责，下设三个部门，分别是信息部、航空系统部、飞行器技术部。信息部分主要研究航天系统有关的信息获取、处理、传输技术，如卫星通信、高空侦察、空中通信、集成防御系统等，负责教授导航、制导、控制、通信、网络、实时软硬件系统等课程。航空系统部门主要研究航空航天高复杂性系统的设计、制造、操作方法，教授最优化方法、故障诊断、系统容错等课程，建有人机实验室、空间系统实验室、国际空运中心、操控台研究中心、复杂系统研究实验室等。飞行器技术部门负责计算方法、流体力学、推进技术、材料科学、结构技术等的研究和教学，建有宇航计算设计实验室、空气涡轮实验室、宇航微小结构协会、空间推进实验室、先进材料和结构技术实验室等。

斯坦福大学航空航天系隶属于工学院，承担航空专业的教学科研任务。该系的研究领域包括空气弹性变形及流体仿真、飞行器设计与控制、应用航空动力学、空气声学计算、流体动力学计算、动态系统计算、机器人控制、复杂材料与结构、湍流模拟、推进、高超声速流体、导航、控制系统辨识与优化、卫星工程、湍流与燃烧等。

（二）俄罗斯著名航空航天院系

俄罗斯也是航空航天强国，开设航空航天专业的主要学院有莫斯科国立航空学院、西伯利亚国立航空航天大学。莫斯科国立航空学院建于1930年，拥有12个学院，56个系，128个实验室，3个设计局，几个计算机中心，一个实验工厂，一套运动航空训练设施，一个莫斯科附近的飞机场，两个科研机构（应用力学和电气力学，低温研究）。该学院通常以数字编号代替学院名称，从一院到十二院分别为航空工程院、发动机院、控制系统院、信息与电力院、无线电电子学院、经济与管理院、航空航天院、机器人与智能系统院、应用数学和物理院、应用力学院、人文科学院、预科院。西伯利亚国立航空航天大学拥有空间研究及高技术学院和航天技术学院，设置了飞机制造系、航空发动机与能源装备系、飞行器管理系统系、航空导弹技术系、飞行器无线电技术系统系。

（三）欧洲著名航空航天院系

英国帝国理工学院在其工学院设置了航空系，主要负责飞机设计制造方面的研究与人才培养，包括航空动力学与航空结构学两个研究方向。航空动力学方向包含流体基础、航空飞行器设计、控制、生物医学、环境与工业关系等方面的研究。航空结构学方向包括计算力学、冲击与损伤、复合材料等方面的研究。

法国国家高等航天航空学院已经有90多年的历史，它位于欧洲航天业发展的中心地带，致力于培养顶尖的技术工程师，在研制协和式客机的工程师当中，有许多就是从法国高等航天航空学院毕业的。学院下设5个系和一个研究中心，分别是空气动力学、能源、推进系、结构与材料力学系、光电子与信号系、语言文化艺术系、航空宇航中心。

二、国外著名航空航天院系专业设置与课程体系

（一）学位与专业设置

国外著名航空航天院系多数是本科四年，研究生二年，英国有本科3年，研究生1年。俄罗斯不同，如莫斯科国立航空学院预科1年、本科4年、硕士2年、博士3年。在学位设置上，各个院校有所不同，归纳起来，主要有工学学士、航空航天工程学士、航空工学学士、航空航天工学学士、航空工程理科硕士、航空航天工程学士、航空与宇航工程学士、航空学理科硕士、航空与航天学理科硕士、机械与航天工程理科硕士。

（二）国外著名航空航天院系课程体系

麻省理工学院（MIT）航空与航天专业是美国同领域中最有名的专业，其人才培养理念和课程设置世界闻名。MIT航空与航天系设有两个本科专业方向：航空与航天科学工程专业和航空与航天信息科学工程专业，两个方向的课程设置都建立在航空航天基础（核心）课程上，下面分别以A和B代指这两个专业。课程主要包括全校统一要求课程和系课程构成。全校统一要求课程包括基础科学课程（6门）、人文、艺术、社会科学课程（8门）、科学与技术限选课程（2门）、实验课程（1门）;系课程包括系核心必修课程、专业课程、试验与进展课程，其中系核心必修课程包括一体化工程I、II、III、IV，计算机和工程问题求解引论，自动控制原理、动力学、随机系统分析、微分方程;专业课程中专业A包括空气动力学、结构力学、推进系统引论、航天工程中的计算方法，专业B包括航天系统的评估与控制、数字系统实验室介绍、实时系统与软件、交互系统工程、人为因素工程、自主决策原理;试验与进展课程包括飞行器工程、空间系统工程、试验项目I、试验项目II、飞行器进展、空间系统进展I、空间系统进展II。

（三）学时学分要求

1.学分组成。课程学分组成考虑教学环节，如MIT飞行动力学课程，总学分12分，构成包括课堂3分、实验1分、预习和复习8分。另外还有无学分课程，课程必修但无学分，如普林斯顿没有学分制、强调上课门数，斯坦福大学基础课程要求5门航空航天基础课程，专业课程4选3。英国大学一般不设立学分制，所有学生都按部就班完成规定课程的学习。

2.学分要求。美国大部分学校有明确的毕业学分数要求。如MIT航空航天工程系根据培养计划设课程学分，又分成4类，分别是核心课（core）108、专业领域课（professio-

nal area）48、实验和综合应用（experiment and Capstone）30、非限制性选修课（unrestrictived elective）48，总学分大于234学分。但是在学分数量并不统一，差异很悬殊，如密歇根128学分、MIT大于234学分、宾州州立132学分。航空航天专业必修课比例很高，有的高达90%以上，如斯坦福、佐治亚理工、普渡。另外还有只要求课程而不要求学分的，如普林斯顿毕业要求共36门课。

3.学时要求。有些大学要求学时达到一定数量，如悉尼大学本科至少192学时，研究生核心课程和选修课程，至少144学时。斯坦福大学研究生基础课程设置门数要求，其他按学时要求，数学（6个学时）、技术选修（12学时）、人文社科类选修（45学时）。

三、国外著名航空航天院系专业培养特色

归纳起来，国外著名航空航天院系在专业培养上具有如下特色。一是国外著名大学航空航天专业设置宽、窄各有特色。美英等专业设置以宽口径、大类培养为主，基本不针对特定航空航天器划分专业，学生专业方向只是体现在个别课程的选择上。俄罗斯、乌克兰等的专业划分细而精，如莫斯科国立航空学院几乎整个大学的院系专业就代表了航空航天器的各个不同部分，专业面向具体而明确。二是国外著名大学航空航天专业课程体系具有少而精且多样化特色。美英等课程每学期课程数量相对较少，但课业工作量不少。学生毕业所需学时学分也不少。美英等航空航天专业的课程必修多、选修少，完全学分制的作用并不明显，反映了航空航天专业的特殊性。课程学习课内外并重，还有较多实践环节、交流讨论、项目设计等。课程的环节丰富多样（如剑桥）。教授授课。三是注重通识教育与专业教育的结合。在通识教育上，在课程设置中有重视科技写作、科研道德规范、表达与交流、团队协作、人文素质培养和工程师就业指导。在专业教育上，强化多样化实践环节、注重专题课程和生产实习。四是注重综合素质和个性化培养。例如南安普敦大学设置有工程管理与相关法律的必修与选修课程，让学生学习在工程实践中如何领导团队、进行项目管理与风险评估、做出决策以及熟悉与之相关的法律知识。还会从工业部门请来客座教师来协助授课，并安排有相应的实践环节。针对个性化培养需求，在课程设置上具有较大的选择基数。

四、总结

航空航天类本科人才是高层次航空航天类人才的基础，是航空航天类研究生人才的后备军。论文主要对国际一流大学航空航天类专业学位与专业设置、课程体系、学时学分要求点等方面进行了梳理，总结了人才培养特色，为国内航空航天类专业建设和教学教改提供参考。

参考文献：

[1]田正雨，李桦.麻省理工学院航空航天类本科生课程体系分析[J].高等教育研究学报，2010（1）.

航空航天技术论文篇3

在浩瀚的地球外层空间，“神九”飞船与“天宫一号”的对接，包含四大技术领域的重要突破。

首先，对中国航天设计人员来说，“神九”飞船与“天宫一号”进行的载人交会对接，其技术状态新、安全标准高、涉及技术广、天地协同多，是未来建设空间站必须攻克的难题；另外，“神九”飞船有3名航天员参与交会对接，不确定因素多，所以“神九”飞船在空间运动控制、交会对接、组合体飞行、组合体载人的环控生保系统以及整个飞船的可靠性等诸多方面都包含着一系列的创新技术。

其次，“神九”飞天，航天员首次进入天宫一号。在这次任务中，“神九”飞船与“天宫一号”实现空间连通，航天员进入在轨的“天宫一号”驻留，并开展失重条件下的各种空间生活和科学实验，所以，在“神九”飞船与“天宫一号”组合体的控制与管理、舱内温控和生命保障等系统协调配合等技术方面包含着一系列创新技术。

第三，“神九”任务要求宇航员在太空停留超过10天。针对飞行时间较长的特点，为了保障航天员健康，避免抗失重环境对航天员健康的不利影响，“神九”飞船突破一些防护措施。如在飞行中，新增了自行车训练器、企鹅服、套带等对抗防护和锻炼用品。另外，因为3名宇航员在太空停留超过10天，所以“神九”飞船考核了地面向在轨航天器的工作人员和物资运输与补给技术。

第四，“神九”飞船首次搭载女宇航员。从航天医学角度看，男性和女性的生理结构不同，在太空生活期间的生理变化不同，女航天员对环控生保等一系列分系统的要求不同于男航天员。神舟飞船的多项设计考虑女性特点，在“神七”和“神八”飞船基础上，进行了修改和完善，在飞行程序设计和在轨运行的生活照料系统等方面，充分考虑到女性需求。

载人航天工程是一项系统化的工程，它与基础科学、材料科学、电子技术及控制工程等多个领域都有着密切的联动关系。“神九”飞天将带动整个中国科学技术的发展与经济繁荣。

过去的60年里，航天活动与自然科学和社会科学的每一个学科都有着密切的联动关系。首先，它无可辩驳地证明了近代科学过去所积累的知识绝大部分是正确的。天文、生物学、数学、物理学、化学和唯物论哲学的主要科学理论过去都是在地球上由观察、实验、抽象和推理得到的，航天事业的实践已经证明这些知识在地球以外也是可靠的、正确的和可以信赖的。其次，航天活动对现代科学技术的发展产生重大的影响。如地质学是航天探测其它天体的基础，航天探测结果对地质学又产生了重大影响，航天探测通过对月球的直接观察表明，在地球上找到46亿年以前的岩石可能性几乎没有；一批新的学科，如行星地质学和宇宙地质学已经诞生。航天探测对生命科学的触动最大，使得争论数百年的生命起源问题又进入了新的热潮，在航天活动的推动下，宇宙化学已经诞生，为了解生命起源提供新的知识。今天，人们不仅认同地外生命存在的可能性，而且竞相实施部级的大科学工程去探测，如为了挖掘生命起源的“种子”，美国曾设计航天器“深度”撞击彗星。

航天产业的重要特点，就是能够带动其它科技领域的发展，进而推动社会经济发展。如美国的“阿波罗”登月计划持续近10年，耗资达255亿美元，但投入产出比却高达1：14，在此后的十多年间催生了液体燃料火箭、微波雷达、无线电制导、合成材料、高性能电子计算机等一大批高新科技产业群体，并衍生出了包括航空航天、军事、通信、材料、医疗卫生、计算机及其它方面的3000多项应用技术成果，并推动了从医药到材料加工等几十种行业的发展，航天工业如今已成为美国在世界上最具领先地位的产业之一。更重要的是，“阿波罗”计划还引领了科技进步，推动产业繁荣的浪潮，也为此后美国鼓励高校科研社会化和产业化法案的出台奠定基础。

同样，从“神一”飞船到“神九”飞船，中国航天技术的应用成果已经逐渐开始辐射到新材料、新能源、计算机、生物技术和精密制造等诸多领域。

“神九”飞船与“天宫一号”对接成功，整个中国大地一片欢腾，载人航天工程与老百姓的生活息息相关。

俄国航天理论先驱齐奥尔科夫斯基曾说过（1903年）：“地球是人类的摇篮，但人类不能总在摇篮里生活。”著名的英国天文学家去年在多伦多大学的讲演中说（2010年）：“地球在近两百年里，难免有毁灭灾难，人类要想世世代代的生存下去，必须移民到其它星球上去，所以我支持发展载人航天。”根据近百年天文学理论，地球的资源和太阳的能量总有一天要耗尽的，人类要可持续地发展，必须飞出地球或太阳系；由此可见，载人航天工程是造福子孙后代的事业，需要我们人类祖祖辈辈的不懈努力。

航空航天技术论文篇4

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.

航空航天技术论文篇5

12月18日至19日，中国宇航学会2011年学术年会在京召开。来自中国航天两大集团公司、总装备部、中科院、有关高校等单位的150多位专家、学者及工程技术人员围绕当前航天发展的热点、难点及关键技术等议题进行了深入的交流与研讨。

中国宇航学会理事长、中国航天科技集团公司总经理马兴瑞致信祝贺年会召开，中国宇航学会名誉理事长、中国航天科技集团公司高级技术顾问王礼恒院士主持报告会并讲话。中国航天科工集团公司总经理助理刘尔琦，中国航天科技集团公司科技委主任包为民院士，以及张履谦、余梦伦、戚发轫、吴宏鑫、刘永才院士出席年会。年会由中国宇航学会副理事长兼秘书长杨俊华主持。

航天科技集团公司研究发展部副部长王岩、国际合作部副部长郭建平，总装测通所所长钱卫平，航天科技集团公司一院科技委主任刘继忠，航天科工集团公司二院副院长陈国瑛，航天科工集团公司四院副院长严卫钢，航天科技集团公司五院副院长李明，航天科技集团公司七院科技委主任郭凤美，航天科技集团公司十一院科技委主任沈清，一院一部主任王小军，一院14所所长牟晨阳，航天科工集团公司六院科技委副秘书长路淑琴，航天科技集团公司九院科技委副秘书长李应选，北京航空航天大学宇航学院院长蔡国飙等参加了会议。

会上，航天科技集团公司科技委顾问吴宏鑫院士、中科院国家天文台台长助理邹永廖研究员、重庆大学李芳昱教授分别以《航天控制的现状与未来》、《深空探测的科学问题》、《引力波与引力波的探测》为题作了主题报告。《航天控制的现状与未来》主报告特别描述了我国近期进行的首次空间交会对接任务中，航天控制技术的运用与突破，引起与会者的浓厚兴趣。《深空探测的科学问题》主报告，对深空探测中的关键科学问题，特别是我国未来开展深空探测的方向进行了探讨。《引力波与引力波探测》主报告，论述了一个全新的空间信息通道基础理论问题，颇具前瞻性和启发性。与会专家和工程技术人员结合航天工程实践，围绕航天推进、空间技术、空间科学、空间应用、深空探测等领域进行了专题研讨。

中国宇航学会学术年会每年召开一次，已成为航天科技领域加强学术交流、活跃学术思想、推动航天技术自主创新的重要平台。

航空航天技术论文篇6

中图分类号：DF25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0371-01

1 前言

空间技术是世界上最尖端技术的科学和技术，也是一个国家科技水平和综合国力的重要体现。世界太空强国和工人提供免费获得高度关注和发展空间，提高技术，如空间控制，实现在天地之间，各种先进技术研究项目，新概念的空间太空强国的发展规划，并已取得重要进展。参与航天飞机，本文主要指火箭进入太空，空间，和这种飞机参与控制理论和技术研究领域的热点和困难飞机控制，先进的、基本的、全面的、已经成为支持的重点领域之一，中国航天工业的未来发展。发展成为一个独立的导航、制导与控制技术领域的历史可以追溯到“阿波罗”载人航天计划的时代。近几十年来，还被美国作为高超音速飞行器的五个核心技术之一。

2 航天飞行器控制领域前沿问题与挑战

2.1 可靠进入空间的控制前沿问题与挑战

经过40多年的不懈努力，我国的运载火箭得到了长足的发展，独立自主地研制了14种不同型号的“长征”系列运载火箭，具备发射近地轨道、太阳同步轨道、地球同步转移轨道等多种轨道有效载荷的运载能力，入轨精度达到国际先进水平.虽然我国运载火箭已取得举世瞩目的成就，已在世界商用航天发射市场占有一席之地，并且通过了高密度发射的考核，控制技术得到了充分验证，但是与国外先进的航天运载技术相比，还存在一些不足：

1）运载火箭应对故障的能力不足：由非灾难性故障而导致发射任务难以顺利完成或失败，而这些故障往往可以通过理论方法来克服，需要具备能够采用诊断和预测的方法进行系统故障的监控、检测、隔离，能够评估系统故障的影响并为任务调整提供决策支持的能力，对设备的维护和更换提供指导性建议.

2）火箭发射成本和经济性有待进一步提升：我国运载火箭与国外相比，入轨精度处于同一个量级甚至更高，但现役运载火箭的价格优势正在逐步丧失，同时也暴露出运载能力不足、发射准备周期长、任务适应性差的缺点，难以满足高效率、多样化的航天发射和空间运输需求.

3）对任务的适应能力存在不足：火箭对发射零时的要求较高，现有方法不具备对发射时间敏感任务的适应性.控制系统是运载火箭的神经中枢，提高控制系统的可靠性，对于提高整个运载系统的可靠性至关重要.因此，可以通过制导与控制理论方法的革新来提高运载火箭的可靠性、经济性.同时，系统的高可靠性要求也对控制系统的设计提出了更高的挑战.

2.2 空天飞行器的控制前沿问题与挑战

空天飞行器集航空、航天技术于一身，兼有航空器和航天器的特点与功能，既可以像普通飞机一样在稠密大气层内飞行，又可以在近空间稀薄大气层内作高超声速巡航飞行，还可以穿过大气层进入轨道运行.归纳起来空天飞行器具有五个方面的特点：

1）任务维数多：主要包括在轨运行、再入返回两类任务，在轨飞行任务包括初态建立、轨道机动、轨道维持、高精度对地观测、在轨稳定运行等任务模式，是迄今最为复杂的一类飞行器.

2）飞行状态跨度大：飞行空域跨越几百公里地球轨道至地球表面，速度跨越水平着陆低速到第一宇宙速度，在轨飞行时间达到200天以上，再入返回时间约3000s左右，经历的环境温度从零下几十度到1000度以上.

3）飞行环境恶劣：跨越纯空间、稀薄流区和稠密大气层，经历空间辐照、高低温、气动热等复杂环境.

4）动力学特性复杂：包括轨道动力学和再入动力学，为适应不同飞行环境，配备了RCS（Reactioncontrol system）和多操纵舛舵，如体襟翼、升降舵、V形垂尾、阻力板等，姿控系统结构复杂，且多气动舵结构导致姿控系统存在多维强耦合特性.

5）升力式返回模式：出于任务需要和时间限制，空天飞行器再入模式与飞船完全不同，它采用升力式再入模式，从轨道快速返回，利用高升力体外形在临近空间长时间非惯性、大范围横向机动飞行.

3 航天飞行控制技术发展趋势

基于国际空间飞行器控制技术的研究进展，以及存在的问题的基础和关键技术，进一步发展我国一方面缩短交付系统的未来发展和世界先进航空航天汽车技术差距；另一方面提高中国的国际竞争力空间载波系统本身，促进市场化、产业化、国际化的发展，中国的空间。进入太空的发展趋势是升高的自，可靠性高、重复使用、低成本方向发展。空间对国家安全具有十分重要的战略意义，开发新的太空武器迫在眉睫，太空飞行控制可靠性高、精度高、适应性强、自主飞行的特点，快速的响应，断层重建任务飞行的能力，可以满足未来空间操作，天地之间复杂的任务要求。太空飞行控制技术在我国应该在以下解决方法：

3.1 加强进入空间、空中飞行控制基础理论研究

尽管美国工程方面取得了巨大的成功，但是NASA不仅仅是满意，仍颇具影响力的“先进制导控制技术”的研究计划，持续改进的传统方法，支持控制技术创新和技术改造。应该在中国的重大前沿需求，制定相应的“工艺先进的指导和控制项目”的主要研究计划，吸引国内单位和研发团队开展研究。例如，注意工艺创新布局引起的多学科交叉的非线性动态特性，创新、多样性、混合、异构控制功能的飞机控制新概念，理论和方法的研究关注在信息化环境中，原本独立的飞机控制，计算和通信、控制、决策和管理的集成趋势带来的新概念，理论和方法的研究。

3.2 重视多学科交叉研究

HTV-2两次失败强调跨学科的问题。首先在于气动力和控制问题：飞行HTV-2偏航角的偏航角大于预先设计，和耦合的滚动操作，飞机在滚动方向；二是气动加热和材料问题：严重的气动加热使身体材料剥落，气压变化。和新需求、新布局，新未来飞机控制功能使空气动力学、结构、电厂越来越近，飞行控制耦合电厂不仅提供动力，也有重要的控制功能，不同的控制功能之间的有利和不利影响，多轴控制力矩引起高度耦合，我们应加强多学科交叉设计方法的研究，并积极探索多学科联合，协同设计研究和开发模式，如开展全面的产品设计。

4 结束语

综上所述，航天飞行器控制技术在我国的发展中起着很重要的作用，所以对航天飞行器控制技术的现状和发展趋势进行研究很有现实意义。

参考文献

航空航天技术论文篇7

【中图分类号】 V11 【文献标识码】A

【DOI】10.16619/ki.rmltxsqy.2017.05.006

深空探测是人类航天活动的重要领域，是人类了解太阳系和宇宙，进而考察、勘探、利用甚至定居其他星球的第一步，是继卫星应用、载人航天之后的又一航天技术发展新领域。深空探测对一个国家的科学研究、经济发展和军事应用都有无比重要的作用，已作为衡量一个国家综合国力和科学技术发展水平的重要特征与标志，引起世界各国的极大关注。美国、欧空局、俄罗斯、日本以及印度等世界主要航天大国都提出了未来的深空探测计划，要对各大行星及其卫星进行载人或无人探测。

2007年10月24日，我国成功发射嫦娥一号探月卫星，实现了中华民族的千年梦想。2013年12月2日，我国发射嫦娥三号探月航天器，它不仅成功地在月球表面实现了软着陆，并且还在月球上释放我国首辆“玉兔”月球车，对月面进行巡视勘察，获取月球物质成分，发回数据和图像供进一步分析研究。此次探月成功开启我国航天的新篇章，使我国成为继美俄之后第三个在月球实施探测器成功软着陆的国家。2016年11月3日，随着我国大型长征5号运载火箭成功发射以及其他深空探测技术和经济实力的提高，我国已具备探测火星甚至更远太阳系行星的能力，正在开展以火星、金星、小行星探测等太阳系行星探测任务的实施方案论证。

目前，深空探测器的导航主要依赖于地球上的深空测控网进行遥测遥控。由于深空探测器距地球遥远、飞行速度快、运行时间长，这种基于地面测控的导航方法在导航精度、实时性、覆盖性、可靠性等诸多方面受到限制，难以满足深空探测对高精度实时导航的迫切需求。自主导航是指不依赖地面支持，而是利用航天器上自备的测量设备，实时地确定自身位置和速度或进行相关的轨道确定和导航参数解算。深空探测器实现自主导航一方面可以克服地面测控导航在实时性、运行成本和资源上的限制，增强深空探测器的自主生存能力；另一方面可与地面测控相互补充，共同提高深空探测器的导航精度和实时性。因此，深空探测器自主导航技术受到了国内外广泛的关注，是当今航天科技与应用优先发展的关键技术之一，也是深空探测器自动飞行控制技术发展的趋势。

目前，我国2030年前深空探测总体规划已经完成，第一阶段的火星探测任务实施已经启动。基于此，本文对深空探测器自主导航方法、自主导航关键技术、发展趋势以及方案设计等问题进行讨论与分析。

深空探测自主导航方法

天文导航。天文导航是以已知星历的自然天体作为导航信标，利用光学导航敏感器对导航信标进行成像，通过图像处理算法对导航信标进行识别定位，根据导航信标的星历信息或特征信息，结合光学导航敏感器的内外参数，提供高精度的惯性视线指向，从而进行载体姿态位置确定的一种导航定位方法。天文导航无需地面无线电设备参与，自主性、安全性和隐蔽性强，对行在深空中无法依赖地面测控的探测器而言，有着得天独厚的应用环境。根据观测天体信息的不同，天文导航可分为基于太阳和行星天文导航以及基于小行星的天文导航两种。

（1）基于太阳和行星天文导航。利用太阳和行星进行自主导航是最为成熟的天文导航方案。将太阳和行星作为导航信标，确定探测器导航参数。由于太阳和行星在任意时刻的位置可根据星历获得，通过探测器上安装的天体敏感器观测探测器与行星之间的夹角、行星与恒星之间的夹角和行星视线方向等，并通过滤波算法即可确定探测器的位置姿态信息。

将太阳和行星作为导航信标，被动接收这些天体自身辐射的光学信息进行导航，太阳和行星在空间的运动规律不受人为改变，从根本上保证了这种导航方式的自主性和可靠性。而且，天文导航可以同时提供导航位置和姿态信息，导航精度高，导航误差不会随时间积累，并且仅利用探测器上安装的天体敏感器件（太阳敏感器、行星敏感器、星敏感器以及红外地平仪等），无需额外增加其他硬件设备，设备简单造价低，便于推广应用。

早在20世纪60年代，美国“阿波罗”登月计划中就已经使用了这种导航方法。1982年美国JPL实验室研制的自主导航系统用于木星的飞行任务，它是利用光学敏感器测量恒星与行星之间的夹角进行导航。2004年JPL研制的“勇气号”火星车，是利用太阳敏感器测量太阳方位角和高度角来进行导航的。

（2）基于小行星的天文导航。小行星是太阳系中类似行星环绕太阳运动的天体，由于其体积和质量比一般的行星小很多，因此称为小行星。利用探测器在飞行过程中遭遇到的近距离小行星进行定位，可以大大提高导航的精度。

基于小行星的天文导航技术中，非常关键的一步是导航小行星的筛选，导航小行星的选择在探测器发射前期就需要完成。首先，利用设计探测器的标称轨道和小行星的星历，筛选出对应时间区间的小行星列表；然后根据绝对星等约束，筛选出满足导航目标亮度要求的小行星列表；之后，根据探测器相对小行星视线方向和探测器当前的期望姿态，考虑到相机的安装位置和可能成像到相机的恒星数，可以给出对应时间区间的可用小行星列表；最后，优化导航小行星列表，保证每个观测窗口对导航小行星拍照所需要的机动时间最小。

基于小行星的自主导航已经成功地应用在了“水手号”“旅行者号”和近期的“深空一号”探测器中。深空一号通过扫描星体和小行星，从而确定自身所在的位置。我国发射的第二颗探月卫星、第二颗人造太阳系小行星“嫦娥二号”，在完成了一系列工程与科学目标，获得了分辨率优于10米月球表面三维影像、月球物质成分分布图等资料，如图1所示。2011年4月1日，嫦娥二号拓展试验展开，在完成绕月探测和日地拉格朗日L2点科学探测任务后，对深空4179号小行星（图塔蒂斯）进行近距离飞越探测。为确定小行星的精确运行轨道，2012年5月至12月，中国科学院国家天文台兴隆站、紫金山天文台盱眙站和云南天文台丽江站等3个台站参与了4179号小行星观测任务，共获得175组高质量观测图像，为复核确认和自主确定小行星的高精度轨道提供了有效数据支持。

基于序列图像的自主导航。基于序列图像的自主导航是利用成像敏感器获取天体表面图像序列信息，通过对该序列图像进行处理分析从而获取探测器的位置、速度和姿B等导航信息。根据所采用敏感器的不同，基于序列图像的自主导航可以分为两类：主动式和被动式。

基于序列图像的主动式自主导航是采用激光雷达主动成像敏感器感知探测器着陆环境。首先，激光雷达可以直接测量着陆器相对着陆区域的斜距信息，然后将激光雷达测量的数据和着陆器当前位姿估计结合，生成数字高程图。最后，利用相关性方法或模式匹配方法，将获得数字高程图与着陆器存储的参考地形库进行比对，从而得到着陆器的绝对位姿估计。

相较于主动式导航，以光学相机为敏感器的基于序列图像的被动式导航也是深空探测着陆过程中非常有效的一种自主导航手段。由于探测天体的表面分布着大量形状各异的陨石坑、岩石和纹理等天然陆标，利用这些路标图像信息能够获取完备的探测器位置和姿态信息。

2000年美国NEAR小行星探测器首次进行了采用陆标光学图像的导航。2004年美国的“漫游者”火星探测器通过下降图像运动估计系统（DIMES），在着陆过程中通过跟踪3幅序列图像中的相关图像块，实现对探测器水平方向速度的估计。中国的“嫦娥三号”月球着陆器在接近段飞行过程中，首次利用光学相机观测预定着陆区实现月球软着陆粗避障。

X射线脉冲星自主导航。脉冲星是高速旋转的中子星，是一种具有超高密度、超高温度、超强磁场、超强辐射和引力的天体，能够提供高度稳定的周期性脉冲信号，可作为天然的导航信标。X射线脉冲星是高速自转的中子星，具有极其稳定的周期性，被誉为自然界最精准的天文时钟，特别是毫秒级脉冲星的自转周期稳定性高达10-19-10-21，定时稳定性为10～14/年。利用X射线脉冲星导航能够提供10维导航信息，包括3维位置、3维速度、3维姿态和1维时间。将脉冲星作为导航星，在全太阳系可见，不存在任何遮挡问题，并且也没有人为的破坏与干扰，是一种绝佳的导航星。因此，脉冲星能够成为人类在宇宙中航行的“灯塔”，为近地轨道、深空和星际空间飞行的航天器提供自主导航信息服务。

基于脉冲星的自主导航原理是：探测器飞行过程中实时接收空间中不同方向的脉冲星X射线信号，并测量到达光子的时间、强度、流量和相对于探测器的方位，再对比星上保存的脉冲星星图，利用导航算法获取探测器的位置速度和姿态等信息。图2为脉冲星导航原理示意图。

1976年，搭载X射线探测器的Ariel-5天文观测卫星发现了首颗X射线脉冲星，目前发现和编目的脉冲星已经有2000多颗。美国1999年搭载X射线探测器的ARGOS卫星发射升空，用于导航方案的实验验证。2004年初，美国提出了《基于X射线源的自主导航定位验证》（XNAV）的预研计划。2013年，欧盟启动了利用脉冲星信号为进行实时导航和精确授时的项目研究计划。我国在X射线探测上也进行了多方面研究。2016年11月10日，我国在酒泉卫星发射中心用长征十一号运载火箭，成功发射了脉冲星试验卫星。该星主要用于验证脉冲星探测器性能指标和空间环境适应性，积累在轨试验数据，为脉冲星探测体制验证奠定技术基础，这也是世界上首颗脉冲星导航试验卫星（XPNAV-1）。我国后续还计划用5～10年的时间，建立精确的脉冲星导航数据库。

深空探测自主导航的关键技术

量子惯性测量器件。在深空探测任务中，惯性导航系统也是不可缺少的导航方式，尤其在变轨和着陆阶段，惯性敏感器可用于测量探测器自身的转动角速度和受外力产生的加速度，经过导航解算之后可以提供探测器的速度、位置和姿态信息。传统惯性测量器件受体积、精度等的限制，在深空空间辐照、电磁干扰条件下，精度更是难以保证。近几年来，美英科学家提出了基于各种量子效应和微加工技术的新型惯性导航技术，称为量子导航。量子导航的关键器件主要包括原子陀螺仪和原子加速度计。

（1）原子陀螺仪。原子自旋陀螺是利用碱金属原子自旋的拉莫尔进动来实现角速度的测量。原子陀螺仪可分为原子自旋陀螺和原子干涉陀螺两类。原子干涉陀螺与光学中的Sagnac效应类似，经过激光深度冷却以后，原子会产生较强的相干性，物质波属性变得明显，利用这种物质波的干涉可以实现角速度的敏感测量。原子自旋陀螺有两种实现方案：一种是利用双核素法的核磁共振原子自旋陀螺，一种是工作在自旋交换无弛豫态下的原子自旋陀螺。

传统的陀螺仪零偏漂移最好可以小于，而原子陀螺仪的理论精度可达，可以大大提高惯性测量的精度。目前国外已经研制了样机原子自旋陀螺，并正在发展低功耗、小型化的原子自旋陀螺，我国北京航空航天大学也在开展原子自旋陀螺的研制工作。对于原子干涉陀螺而言，体积相对较庞大，稳定性也有待提高，因此后续的工作主要集中在小型化和提高稳定性等方面。

（2）原子加速度计。原子加速度计、重力仪或重力梯度仪也是利用冷原子干涉效应来实现的，因此其发展通常是伴随冷原子干涉陀螺仪的发展始末。其零偏漂移可以小于，比传统的加速度计低5个量级。利用高灵敏度的加速度计感应作用在探测器上的非重力，进而实现对随机扰动的建模或者补偿。

目前高精度的原子加速度计实验样机已经成熟，但是如何从实验室样机到实用的高精度加速度计测量设备、如何减少体积功耗以及成本、如何增强原子加速度计的稳定性是未来研制的重要方向。

X射线探测器。X射线脉冲星自主导航是一种精度极高的自主导航方式，而X射线探测器是脉冲星自主导航系统的关键部分。目前，研制中的X射线探测器主要分为三种，分别为气体探测器、闪烁探测器以及半导体探测器。复杂的深空探测环境以及深空探测任务要求X探测器具有高能分辨率、高时间分辨率、大面积、重量轻、体积小、无需低温制冷等特点。这就需要进一步提高探测器单位面积的探测效率，研究大面积MCP探测器拼接技术，解决碘化铯的潮解问题、缩短镀膜的时间和装配时间，提升探测器的信噪比等。

光学成像敏感器。深空探测自主导航系统对于光学敏感部件的精度和灵敏度较高、体积小，因此对于光学敏感器的光学、结构、机构、热控和杂光消除等有着严格的标准，对于这些关键性技术的改进将会推动深空光学敏感器研发工作。小型化和低成本是未来航天器发展的主要方向之一，因此微小型甚至纽扣式星敏感器必然会出现在未来的探测器中。利用纳米光学技术设计微小型星敏感器光学系统将是未来突破现有星敏感器成像机制的关键研究技术。此外采用新的高性能微型图像传感器，也是微小型星敏感器研究的重点研究内容。在探测器对姿态控制精度要求不断提高的情况下，提高星敏感器姿态测量精度是一项关键技术。采用多视场的光学敏感器感器设计方法，可以在不改变探测星等的情况下减小视场，保证星敏感器的姿态测量精度；提高星敏感器光电探测系统的动态性选用高灵敏度的探测器，减小电路噪声以及在轨高动态情况下杂散光对星敏感器的影响。

在深空探测器对姿态控制精度要求不断提高，对于光学敏感器的体积、光学结构、热控系统等有着严格的要求。为了减小敏感器的体积，实现敏感器的微小型，研制高性能微型图像传感器、利用纳米光学技术设计微小型星敏感器光学系统将是突破现有星敏感器成像机制的关键技术；多视场光学敏感器感器可以在不改变探测星等的情况下减小视场，保证星敏感器的姿态测量精度，也是目前研究的一项重点技术。为了进一步提高星敏感器姿态测量精度和动态性，如何减小电路噪声、如何减小在轨高动态情况下杂散光对敏感器的影响也是亟待解决的关键问题。

自主导航信息处理算法。导航信息的自主获取与处理是实现自主导航与控制的前提。为了提高自主导航系统的性能，必须对获取的各种传感器信息进行合理处理，从而提取高精度的导航信息。对于光学成像测量和图像导航，图像处理是是获取高精度的导航天体信息的核心；而对导航信息的处理，多信息融合算法是提高导航精度的关键。

目前深空探测任务大多应用光学成像敏感器进行观测，光学导航信息的获取与处理是一项核心技术，其主要包括三个方面：图像预处理技术、高精度形心提取技术和亚像素处理技术。图像预处理的目的是去除图像的噪声，保证目标之间的对比度。由于光学成像敏感器自身存在缺陷并且电子设备噪声也会引入图像噪声点，这些噪声点都会改变目标天体之间的强度对比，影响后续的图像处理结果；在星图成像过程中，诸多的噪声因素会影响质心定位的精度，以及星图质心中心的提取精度，这些都会影响敏感器最终的测量精度。

深空复杂环境下，探测器缺乏地面站有利支持，探测精度、可靠性及生存能力受到严重制约，任何单一传感器很难对环境有准确的描述。因此，需要将信息融合处理算法引入到自主导航中，利用多个传感器获得的多种信息特性，从而获得对环境或对象特征更全面、正确的认识。信息融合算法是一种能够同时利用多种观测信息，并通过信息融合将他们有效地结合起来的导航算法。根据对敏感器观测数据处理方式的不同，可分为批量处理算法和递推处理算法两种。

批量处理算法从原理上说是根据某时刻得到的一批观测数据进行反复的迭代运算得到下一时刻的最优状态估计。探测器初始轨道的确定经常用批处理算法，深空1号利用最小二乘的批量处理算法估计了探测器的轨道参数；递推处理算法通过实时观测实现数据实时更新，并通过数据处理得出新的估计数据。该算法通常用在轨道观测实时处理阶段。

自主导航与控制的仿真验证技术。由于深空探测是一项历时久、风险大、成本高的一项大型工程，尤其是一些载人的深空探测任务。因此，在计划实施之前，需要对所设计的导航控制方案的有效性、可行性和实用性进行反复验证，以提高任务成功概率，节约成本，更是对航天人员生命安全的保障。

为了验证所设计的深空探测自主导航与控制方案的有效性、可行性和实用性，必须针对深空天体探测任务的特点，建立完善的地面仿真试验验证系统，也是深空探测自主导航与控制技术能够转入工程实施的基础和前提。这就需要构建完善的星座数据库、模拟探测器的实际飞行运动环境以及构建完善的仿真系统可行度评价体系。

深空探测自主导航技术的发展趋势

提高导航软件的集成化和模块化。深空探测计划中，由于每次发射任务的探测器所要完成的任务不同，一些探测器会经历巡航段、目标捕获段、飞越段、环绕段和着陆段等，而一些探测任务探测器只经历其中一部分A段。这些探测任务特点不同，但是导航手段却有着相似之处。例如提取分析导航信息、解算导航参数、补偿校正误差以及评估导航性能等，所用算法和流程都是相同或相似的。因此，未来高度集成化和模块化的导航软件是发展的必然趋势，这不仅可以缩短研发周期、减少工作量，而且可以降低成本、提高软件的可靠性。

提高小型化传感器的环境适应性。随着深空探测技术的不断发展，空间任务更强调规模化、小型化、高精度、低成本和低功耗。因此，微型化、高精度、高环境适应性是未来的深空导航敏感器的主要发展方向。此外，由于深空环境是复杂多变的，空间中的等离子体、高能粒子、空间辐射及振动、温度变化等空间因素无法准确预测，会直接影响传感器正常工作，因此，提升敏感器环境适应性也是自主导航技术中一个重要的发展方向。

实现多源异质信息融合。随着深空探测器导航技术的发展，越来越多的导航方式被引入，有效的传感器也越来越多，比如星敏感器、摄像机、惯性器件、X探测器等。这些不同传感器测量原理不同、输出的信息频率不同以及输出时间不同步等。多源异质信息融合旨在任何环境下，建立统一的信息融合理论，将这些不同传感器的信息进行融合，甚至实现传感器的即插即用功能。在此基础上，构建复杂环境下的多源异质信息融合性能评估准则，进一步优化融合算法和系统导航方案。

实现故障自动检测。组合导航并不是简单地将各种导航系统集合在一起，而是将所有参与测量的导航系统的输出信息，通过导航计算机，形成了一个有机的整体。通过有效的数据融合手段，校正误差、优化导航结果。深空探测过程中，一些导航设备进入复杂未知的环境之后，有可能会出现故障，从而导致组合导航无法进行。因此，未来的自主导航系统会朝着故障自动检测的方向发展，当系统检测到故障时，自动隔离故障子系统，自主切换组合模，实现系统自我修复，保证导航持续进行，进一步确保深空探测任务的成功实施。

深空探测自主导航方案

根据不同的飞行阶段，深空探测器飞行可以分为发射段、分离段、巡航段、捕获段、环绕段、着陆段、巡视段等阶段，其中发射段距离地面最近，通常采用地面无线电测控技术，不需要自主导航。在其他不同的飞行阶段，由于探测器所处的空间环境不同，因此自主导航所用导航敏感器、观测对象、图像处理方法以及信息融合算法也不尽相同。

分离段。为了及时修正深空探测器入轨偏差，保证后续巡航及交会等阶段的任务精度，需要精确确定探测器从地球停泊轨道逃逸后的轨道姿态运动状态。在逃逸分离段，地球和月球是探测器的最佳导航目标天体，因此分离段的自主导航系统主要采用基于地月及星光信息的自主导航。定姿方面使用星光观测结合惯性元件完成。

巡航段。巡航阶段，探测器运行在地球与探测目标天体之间的广阔空间，与地球及目标天体相距都在104km以上。由于与主要引力体相距遥远，且巡航阶段运行时间长，惯性导航测量仅适用于该阶段姿态确定以及中途修正的机动测量。天文导航和图像视觉导航是满足该阶段全程应用可行的方案，其中天文导航应用范围更广、成本更低，可靠性更高，因此已在多个深空探测任务巡航段飞行中获得应用。巡航轨道附近的行星、小行星甚至彗星都可作为导航观测目标，如深空1号的自主导航方法。

捕获段。在接近目标天体的捕获段，探测器与地球距离远、飞行速度快，持续时间比较短，依赖地面导航方法对深空探测器进行导航在实时性、覆盖性、可靠性等诸多方面受到限制，难以满足探测器捕获段对高精度实时导航的迫切要求。在此阶段，探测器距离目标天体较近，目标天体观测十分方便，因此使用天文敏感器连续摄取目标天体及其周围天体的图像信息，经图像处理后提取天体在敏感器成像面上的质心，结合探测器的惯性姿态和目标天体的星历确定探测器相对目标天体的轨道和姿态，以修正探测器轨道偏差，确保探测器顺利入轨。

环绕段。与捕获段类似，在探测器环绕段中，地面无线电双向时延大，地面基线短，因此依赖地面信号的导航方法无法用于探测器高精度导航。此外，环绕段还受到目标天体背面不可见因素的影响，天文自主导航方法存在导航信息缺失的区间。因此，为了提高环绕段自主导航精度和稳定性，利用探测器飞行动力学作为导航系统递推模型，以目标天体的视半径和中心指向等信息作为天文量测信息，估计轨道参数，从而实现探测器环绕段精确导航。

于1971年5月发射的水手9号火星探测器验证了捕获段和环绕段的自主导航技术。星上摄像机拍摄到的恒星背景下的火卫一和火卫二的科学图像被用于实时导航，帮助探测器顺利完成了火星捕获段和环绕段的导航任务。

着陆段。在深空探测器自主着陆或附着过程中，探测器需要根据目标天体的表面情况，自主选择安全着陆点，因此对探测器导航系统的精度和实时性要求很高。单纯依靠一种导航手段难以满足精度和实时性的要求。在此阶段，对地距离、速度及三维地形图像信息是容易获取的导航量测信息。因此，着陆段以惯性测量单元为核心导航敏感器，配以距离/速度/图像测量信息对惯性导航结果进行修正，可实现探测器精确着陆和自主避障。

我国的“嫦娥三号”自主导航系统就配备了惯性测量单元（IMU）、激光测距敏感器、微波测距敏感器、光学成像敏感器、激光三维成像敏感器，它利用多种敏感器的信息实现了探测器精确软着陆并自主避障。

巡视段。着陆之后巡视器在天体表面运动，开展各项科学探测活动。这一阶段，地面测控站的无线电信息时延大、覆盖范围有限，目标天体表面环境复杂，该阶段对长时间导航系统的自主性、精确性和可靠性要求高，因此，通常采用组合导航的模式。可利用视觉里程计或立体视觉相机，采集周围环境图像，通过图像分析确定环境对象和巡视器的相对位置，并识别障碍物；惯性导航系统同时提供位置速度和姿态，并通过天文敏感器测量一个天体的高度或顶距，可以获得有关巡视器的地理位置。将这三者的信息进行有效融合，就可以确定巡视器的导航参数。

2004年着陆火星的“勇气号”就配备了完善的导航传感器（如图3所示），包括立体视觉相机、IMU、里程计和太阳敏感器，用于巡视器的自主导航、路径规划以及障碍检测。

深空探测是人类开展航天活动的重要内容，也是我国太空战略的重要组成部分。自主导航技术作为深空探测中一项关键技g，是保障探测器安全、提高探测器精度、确保探测任务成功实施的重要因素。随着中国深空探测活动的不断开展，自主导航技术迎来了新的机遇和挑战。以牛顿理论为基础的传统导航观测模型已难以满足高精度观测的要求，广义相对论正在成为高精度大尺度时空计量的理论基础。以基于X射线脉冲星的自主导航、视觉导航以及基于原子量子效应的高精度惯性导航技术为代表的新型自主导航技术正在快速发展。因此，把握时机，加快自主导航的研究步伐，攻破技术难点，才能为我国深空探测事业做好技术储备，全面提升我国太空力量，为走向太空奠定坚实的基础。

参考文献

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刘基余，2009，《略论航天器自主导航的技术途径》，《遥测遥控》。

张纪生，2002，《我国近地航天器实现自主导航的几种可能途径》，航天测控技术研讨会。

魏二虎、李冠、刘经南等，2009，《脉冲星用于深空探测器导航定位及授时的探讨》，《测绘地理信息》。

邹宏新，2014，《新一代惯性导航技术――量子导航》，《国防科技》。

梁斌、朱海龙、张涛等，2016，《星敏感器技术研究现状及发展趋势》，《中国光学》。

宁晓琳、吴伟仁、房建成，2010，《深空探测器自主天文导航技术综述》（下），《中国航天》。

黄显林、姜肖楠、卢鸿谦等，2010，《自主视觉导航方法综述》，《吉林大学学报》（信息科学版）。

航空航天技术论文篇8

[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.

航空航天技术论文篇9

飞行器设计与工程是一门普通高等学校本科专业，属于航空航天类专业，基本修业年限为4年，授予工学学士学位。

飞行器设计与工程专业培养掌握航空航天飞行器设计相关专业知识，具有一定技术创新、工程实践能力和管理能力的高级工程技术人才和管理人才。

2、航空航天工程专业

航空航天工程专业是一个专门化学科，培养具有扎实的数学、物理、力学、计算机等基础理论，掌握航空航天领域的多学科知识，具有良好的综合能力和创新意识的高级人才。

该专业的学生应掌握数学、物理、动力学与控制、空气动力学、材料与结构、工程热力学、控制系统原理、飞行器总体设计、航空电子系统、飞行器制造工艺及设计、实验等方面的基础理论和专业知识，具有飞行器总体、结构与系统设计分析的能力。

3、飞行器动力工程专业

飞行器动力工程专业培养具备飞行器动力装置或飞行器动力装置控制系统等方面的知识，能在航空、航天、交通、能源、环境等部门从事飞行器动力装置及其它热动力机械的设计、研究、生产、实验、运行维护和技术管理等方面工作的高级工程技术人才。

4、飞行器制造工程

飞行器制造工程专业旨在培养从事飞行器制造领域内的设计、制造、研究、开发与管理的高级工程技术和管理人才，需要研读4年，毕业后授予学位工学学士。

航空航天技术论文篇10

中图分类号P231 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）73-0095-02

摄影测量初期应用于实际工程测量中是以模拟测量的形式出现的，后来随着科学技术的发展进步。摄影测量技术也逐步发展为数字摄影测量应用阶段。其中航空摄影测量在实际工程测量应用中不仅具有测量技术灵活，测量速度高、效率快等特点，而且适用范围十分的广泛，在许多工程测量以及领域等都有一定的应用。下文将以低空数码航空摄影在大比例尺山区地向测绘中的应用为例，对航空摄影测量在大比例尺地形测绘中的应用优势以及相关特征等进行论述。

1 航空摄影测量技术的发展以及测量应用优势

随着摄影技术的发展以及进步，在地形测绘应用中，越来越多的引入数码航空摄像机进行地形测量应用。如今，使用航空摄影进行地形测绘应用中，不仅摄像机使用数码摄像机，克服过去胶片摄像机在测量应用中的局限，而且在使用航空摄影进行地形测绘应用中也越来越多的引入一些现代通讯以及定位技术等，一般经常会与GPS差分定位以及惯性导航等现代通讯技术进行结合应用，使航空摄影地形测量的应用具有更大的测量应用优势。现代航空摄影测量技术进行测量应用中不仅可以克服传统航空测量技术受机场以及天气情况的影响与局限作用，而且在进行地形测量应用中具有低成本以及大范围测量的优势。使用低空数码航空摄影测量技术进行地形测绘中，低空数码航空测量技术主要是通过数字摄影为基础进行航空摄影测量的，具有快速、经济以及简单等特征以及优势，而且由于高质量的数码相机还能够实现一些严峻天气条件下的摄影记录，对于地形测量的效率以及周期等都有一定的保障。

2 数码航空摄影测量技术在地形测量中的应用

下文将以数码航空摄影测量技术在实际地形测量中的应用为例，对低空数码航空测量技术的特点以及相关测量应用技术进行分析论述。

2.1 测量地形概况

要进行测量的是某一山区地形，并且该地形区域内气候测量条件较恶劣，多雨雾天气，需要进行测量的地形面积与最终测量成图的比例尺均较大。现需要使用航空摄影测量技术对该地区的地形情况进行测量描述，以方便实际应用对于该地区地形的了解以及掌握。

使用航空摄影测量技术进行该地区地形的测量中，所运用的航空拍摄系统是从国外引进的较为先进的具有较高像素的数码航空摄影器材。在进行该地区地形的测量中需要运用数码航空摄影测量结合卫星定位导航系统以及自动化控制操作进行该地区地形航空拍摄测量工作的协助进行。对于该地区地形测量的要求就是要保证对于该地区地形特征拍摄以及测量结果的准确度，保证测量质量。

2.2 航空摄像测量中像片的控制测量

对于运用航空摄像测量技术进行该地区地形的测量中对于像片的控制测量主要是为了通过将航空拍摄过程中所拍摄的资料和全球定位导航系统的导航定位信息相互结合，从而通过对于航空拍摄资料和地面额测量之间关系换算实现对于该地区地形的真实地形特征以及情况进行反应记录。在进行航空摄像测量过程中通过对于像片控制点进行一定的设置与分布通过全球定位导航系统相关的测量技术对像控点测量区域的地形进行测量，对于像控点测量中的一些外业控制点在进行测量中应注意定位操作，一般情况下对于像控点中的外业控制点要设置在地形道路的拐角或者斑马线等一些具有明显特征与参照物的地方，在进行测量过程中注意对各控制点的位置关系等进行绘图记录，以方便后期测量工作的进行。

2.3 航空摄像测量中空中三角测量

进行航空摄像测量过程中，对于航空摄像测量中的空中三角测量主要是在使用航空数码摄像器材进行地形测量中，对于航空摄像所拍数码影像的内定向设置不需要通过人工操作与干预，可以通过系统设置实现自动化的计算与生成。在使用航空摄像进行地形情况的测量过程中，对于实现空中三角测量需要对人工选择的连接点先完成相对定向以及测量模型的连接、测量航带连接等，再通过对航空摄像测量中的连接点以及像控点位置等的调试，从而达到该地形航空摄像测量的比例绘制等要求，实现对于该地区地形情况的准确测量。

2.4 航空摄像测量中内业立体采编测量

在经过以上的测量操作后，接下来需要对航空摄像测量对地形情况的测绘中内业立体信息的测量采编。一般情况下，使用航空拍摄进行地形测量中对于内业的采编操作是使用GE0wAY与JX4软件来实现的。在进行航空拍摄测量地形中对于内业的立体采集中应准确的采集各线状地形结构以及物体的线节点以提高采集信息的准确度。但对于该地形中的等高线以及水涯线应当通过手绘的方式进行采集。对于地形区域内的房屋结构中的内业信息采集时，使用航空拍摄对地形区域内的房屋结构以及物体进行测量时要切准房屋结构中屋顶的边缘部分，通过外业操作进行房檐测量结果的改正，对于房屋测量结果的规则需要通过自动化直角进行改正。另外进行航空拍摄测量地形操作中，应当注意对于地形结构区域内的其它类似于电杆等物体的测量采集，以避免航空拍摄测量中对于内业采编的重复或者返测等麻烦，对于那些不能够通过航空摄像进行自动测量的部分及位置应当做好相关标记以便进行外业测量与采集，保证地形特征测量的完整。

2.5 航空摄像测量中外业补测操作

在使用航空摄像技术进行该地区地形特征的测量中，对于那些不能通过航空摄像测量技术进行测量的地形结构死角或者较隐蔽的地形位置，一般需要进行外业补测操作。在进行外业补测操作中，为了实现对于航空拍摄测量结果准确性的检测会选择一定数量的测量结果以及测量绘图结果进行对比，通过对比查找出测量中的错误改正，或者对地形区域内一些较隐蔽或者有一定的测量难度的区域以及建筑进行补测并对结果进行对照，发现测量错误进行改正，保证测量结果的准确。

3 结论

使用航空摄像测量技术进行大比例尺的地形测绘实施中，不仅可以高效、准确、快速的完成地形测绘操作，与传统的地形测绘技术相比测绘成本也有一定的控制效果，但需要注意的是航空摄像测量技术在进行大比例尺地形测绘中也具有一定的局限性。

参考文献

航空航天技术论文篇11

中国人习惯将头顶上这片无边无际的苍穹称作“天空”，但从科学的角度看，我们通常所说的“天空”，包括了“天”和“空”两个范畴。“空”，是指地球表面以上的大气层空间，而“天”，则是指地球大气层以外的宇宙空间，也可以称为外层空间或太空。所以，航空与航天是有区别的，是两个不同的领域。

比如，各式各样的飞机、热气球、充气飞艇等等，是航空器。运载火箭、人造卫星，乃至深空探测器，则是航天器。

前苏联科学家齐奥尔科夫斯基有一句充满理想主义色彩的名言：“地球是人类的摇篮，但人类不能永远活在摇篮里。”可以说，飞向太空，是人类文明发展的必然。20世纪初，正是齐奥尔科夫斯基的科学研究，为人类飞离地球进入宇宙空间提供了具体的理论支持。空天飞行的梦想之树，正是由航空和航天两条腿共同支撑起来的。

1903，一切开始

也许是历史的一种可爱的机缘，人类的航空和航天事业，都是从1903年才开始的。这一年，莱特兄弟制造出人类第一架动力飞机，让人类首次实现动力飞行，齐奥尔科夫斯基发表了世界上第一部航天技术理论著作《利用喷气工具研究宇宙空间》，为研究火箭和液体火箭发动机奠定了理论基础。在这之后，这位耳聋的中学数学教师将一生都奉献给了航天理论研究，并取得了巨大成就，他也因此被尊为“宇航之父”。

在齐奥尔科夫斯基、赫尔曼・奥伯特、罗伯特・哥达德、冯・布劳恩和科・罗廖夫等现代火箭/航天先驱们伟大贡献的基础上，人类才真正开始了“飞天之旅”。随着运载火箭、人造卫星、载人飞船等的出现，人类开始了对太空的探索研究，逐步认识到，太空蕴含的资源潜能，可以为人类提供许多发展机会，包括对地观测、通讯导航、材料加工、生物技术、太空医学以及军事应用等等。

二战之前，西方各国政府就已经意识到了航天技术的重要潜力，纷纷开始在这一领域进行投资。而空天飞行器，则体现了航空和航天技术的融合。

开启空天时代

人类发明飞机以来的一百年，航空技术的发展可谓是突飞猛进，一步不停。涡轮发动机、冲压发动机的发明，以及各种先进外形的飞机也使得航空活动达到了前所未有的活跃期。当然，人们也意识到，航空活动只能在大气层内，而航天活动只能在外太空，中间存在着一个“断层”。随着人类航空与航天活动日益增长的需求，航空技术与航天的融合成为必然的发展趋势。

空天飞行器（或者叫空天飞机），是在吸收航空飞行器和航天飞行器两者优点的基础上发展而来的新型飞行器，是航空航天技术高度融合的产物。它可以像普通飞机一样起飞，可以在大气层内高超音速飞行，最终加速进入地球轨道执行空间任务，返回大气层后，可像飞机一样在机场着陆，使用起来非常的灵活便捷。众所周知，由于运载火箭是一次性使用，且造价非常昂贵，因此也就造成了当前的航天发射费用高居不下，可重复使用便是降低发射成本的一条可行有效的途径。

可重复使用的空天飞行器能够自由往返于天地之间，可以把各种卫星载荷送入地球轨道，也可以向空间站运送各种物资或接回宇航员，通过多次重复使用从而使发射费用大幅降低。更重要的是，它还可以执行诸如拦截、侦察、远程打击以及进入空间实施空间对抗等各种军事任务。因此，世界上的航天与军事大国都在竞相开展空天飞行器的研究。

大国逐鹿空天

你可能想不到，第一个研制空天飞行器，并取得了一定成果的国家，是纳粹德国。二战爆发前，德国已经开始研制代号“银鸟”的空天轰炸机。科研水平由于超前其他国家至少50年，而被赞誉为“德国末日科技的最高杰作”，其研究成果在战后被美苏等国利用。

美国在上世纪60年代开展了空天飞行器的探索性试验研究工作，是空天飞行器研究时间最长也最为系统的国家。1986年美国实施了国家空天飞机计划（NASP），意图发展一种水平起降单级入轨空天飞机，相对于传统的运载火箭可大幅度降低航天发射的成本，能够彻底且革命性的改变航天运输的状况。但由于技术、资金等多方面原因，该计划最终下马。汲取经验教训后，2001年美国提出了国家航空航天倡议（NAI），协调有序的发展高速/高超声速技术、太空进入技术和空间技术。目前，美国正在NAI的规划下开展相关的技术研究，为发展空天飞行器提供技术支撑。

2010年，美国的X37-B空天飞机第一次成功试飞。它由火箭发射升空。在太空遨游了7个月后，自主重返大气层，于当年12月3日着陆。

此外，美国空军近年来提出了采用火箭动力的XS-1亚轨道飞行器；民间方面，Space-X公司正在进行可重复使用的垂直起降火箭的探索研究。

德国、英国等国家自上世纪80年代以来，也都开展了大量的空天飞行器研究。在美国提出NASP计划的同期，德国于1986年开展了“桑格尔”（Sanger）两级入轨空天飞行器研究；英国近些年发展的“云霄塔”（SKYLON）空天飞行器是世界上最为著名也是唯一在研的单级入轨空天飞行器。近期英国公布了Skylon的研究进展，所采用的“佩刀”发动机（Sabre）的预冷器技术已取得重大突破，计划2019年开展发动机试验，2024年实现商业运营。

由于空天飞行器蕴含着巨大的民用价值与潜在的军事用途，美欧等国家已经持续开展了半个世纪的技术研究。然而，由于其大空域、宽速域的飞行，包含着航空与航天领域最前沿的科学技术，复杂程度高、难度大，许多机理人类至今未认识清楚，所以目前世界上还没有研制成功一款真正意义上的空天飞行器。

航空航天技术论文篇12

摘 要：航空航天工业是资金和技术密集型产业，也是国家战略性产业，航空航天工业发展能够带动新材料、新工艺等高技术产业发展，对经济发展和国防建设具有重要促进作用。融入当代众多学科先进成果的新材料、新工艺，是发展先进制造业和高新技术产业的基础、先导和重要组成部分，世界范围内新材料、新工艺的发展已步入了前所未有的历史发展新阶段，正在深刻影响和改变着经济发展格局。

关键词 ：新材料；新工艺；航空航天；应用

中图分类号：TG164.2 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1665－2272．2015．14．008

0 引言

航空航天工业是资金和技术密集型产业，也是国家战略性产业，辐射面广，带动力强，产业链长，产品附加值高。航空航天工业发展能够带动新材料、新工艺等高技术产业发展，对经济发展和国防建设具有重要促进作用。我国“十二五”的目标是100次火箭发射，100颗卫星发射上天，100颗卫星在轨稳定运行。伴随着“神十”飞天及国家正在快速发展大型飞机、支线飞机、军用飞机，同时即将开放低空领域，中国航空航天产业将呈现出“井喷式”的发展态势，这为新材料、新工艺的应用发展提供了广阔的市场前景。

航空航天材料按材料的使用对象不同可分为飞机材料、航空发动机材料、火箭和导弹材料和航天器材料等；按材料的化学成分不同可分为金属与合金材料、有机非金属材料、无机非金属材料和复合材料。用航空航天材料制造的许多零件往往需要在超高温、超低温、高真空、高应力、强腐蚀等极端条件下工作，有的则受到重量和容纳空间的限制，需要以最小的体积和质量发挥在通常情况下等效的功能，有的需要在大气层中或外层空间长期运行，不可能停机检查或更换零件，因而要有极高的可靠性和质量保证，不同的工作环境要求航空航天材料具有不同的特性。

1 新材料、新工艺在航空航天中的应用程度取决于下列因素

（1）材料科学理论的新发现。例如，铝合金的时效强化理论导致硬铝合金的发展；高分子材料刚性分子链的定向排列理论导致高强度、高模量芳纶有机纤维的发展。

（2）材料加工工艺的进展。例如，古老的铸、锻技术已发展成为定向凝固技术、精密锻压技术，从而使高性能的叶片材料得到实际应用；复合材料增强纤维铺层设计和工艺技术的发展，使它在不同的受力方向上具有最优特性，从而使复合材料具有“可设计性”，并为它的应用开拓了广阔的前景；热等静压技术、超细粉末制造技术等新型工艺技术的成就创造出具有崭新性能的一代新型航空航天材料和制件，如热等静压的粉末冶金涡轮盘、高效能陶瓷制件等。

（3）材料性能测试与无损检测技术的进步。现代电子光学仪器已经可以观察到材料的分子结构；材料机械性能的测试装置已经可以模拟飞行器的载荷谱，而且无损检测技术也有了飞速的进步。材料性能测试与无损检测技术正在提供越来越多的、更为精细的信息，为飞行器的设计提供更接近于实际使用条件的材料性能数据，为生产提供保证产品质量的检测手段。

2 飞行器制造工程的发展是决定新材料、新工艺在航空航天中应用的重要因素

（1）严格的质量控制。飞行器质量的优劣直接影响着国防安全和乘员的生命安全。一架大型客机关系到数百名乘客的安全。一枚运载火箭包括上千万个零部件，控制系统中一个小零件的失灵可能会造成无可挽回的巨大损失。制造中应该完全杜绝由于质量不高造成的事故，要求飞行器制造有更为严格的工艺纪律和人员素质，确保制造质量的稳定性。

（2）多种技术的结合。飞行器的发展一方面要求设计结构上的改进，另一方面要求应用新的材料、新的工艺，制造技术在其中起着关键性的作用。如钛合金具有航空结构要求的卓越性能，早在20世纪50年代就受到人们的重视，但由于钛在常温下的可加工性差，只能制造简单形状的纯钛或低强度钛合金零件，后来因热成形方法和设备得到了发展，先进的钛合金结构才在航空航天飞行器上扩大应用。钛合金在高温下的超塑性成形和扩散连接组合工艺技术的发展，为制造复杂形状薄壁整体构件开辟了可能的途径。用这种方法制造的整体夹层结构实际上就是设计、材料与制造工艺多种技术的结合。这种设计、工艺和材料相互促进的趋势，在飞行器制造中较一般机器制造更为明显。飞行器的更新不断给工艺和材料的研制提出新的课题，而工艺和材料的新突破，又会有效地支持飞行器的开发和创新。

（3）加工方法的先进性。飞行器零件形状复杂，材料品种多，这些条件决定了加工方法的多样化。一般机器制造的基本加工技术在飞行器制造中大多得到应用，但许多技术具有高于一般机器制造方法的先进性。例如飞行器制造中对大量高强度钢、钛、铍和高温合金等难切削材料的加工、微米级以上的精密加工和超精加工，是一般机器制造技术所难达到的。飞行器的许多外形复杂的零件需要除去多余的材料，要求进行高精度的型面加工，为此发展了各种靠模机床、多坐标联动的大型数控机床和各种测量仪器和装置。其他特种加工方法有：化学铣切、电加工和激光束加工等。

3 结语