飛行器在機電一體化的發(fā)展趨勢

1、飛行器在機電一體化的發(fā)展趨勢,,飛行器在機電一體化的發(fā)展趨勢,機電一體化的組成機電一體化技術(shù)實用于飛行器中的類型典型的機電一體化在飛行器中的運用——吸氣式高超聲速飛行器發(fā)展趨勢,機電一體化的組成,機械技術(shù)計算機與信息技術(shù)系統(tǒng)技術(shù)自動控制技術(shù)傳感檢測技術(shù),機電一體化技術(shù)實用于飛行器中的類型,飛行器分類：航空器、航天器、火箭和導(dǎo)彈。,飛行器定義：在地球大氣層中和太空飛行的器械的總稱。,航空器在大氣層內(nèi)飛行的飛行器稱為航空器

2、,如氣球、滑翔機、飛艇、飛機、直升機等。它們靠空氣的靜浮力或空氣相對運動產(chǎn)生的空氣動力升空飛行。,航天器在空間飛行的飛行器稱為航天器,如人造衛(wèi)星、載人飛船、空間探測器、航天飛機等。它們在運載火箭的推動下獲得必要的速度進入太空,然后在引力作用下完成軌道運動。,火箭火箭是以火箭發(fā)動機為動力的飛行器,可以在大氣層內(nèi),也可以在大氣層外飛行。,導(dǎo)彈導(dǎo)彈是裝有戰(zhàn)斗部分的可控制的火箭,有主要在大氣層外飛行的彈道導(dǎo)彈和裝有翼面在大氣層內(nèi)飛行

3、的地空導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈等。,典型的機電一體化在飛行器中的運用——吸氣式高超聲速飛行器,超燃沖壓發(fā)動機技術(shù)一體化設(shè)計技術(shù)材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)高超聲速空氣動力/熱力學(xué),超燃沖壓發(fā)動機技術(shù),吸氣式推進系統(tǒng)無疑是實現(xiàn)高超聲速飛行的首要關(guān)鍵技術(shù),不同種類的高超聲速飛行器需要采用不同的推進系統(tǒng),而目前各國發(fā)展高超聲速技術(shù)主要選用的推進系統(tǒng)是超燃沖壓發(fā)動機,超燃沖壓發(fā)動機的主要特點是實現(xiàn)燃料在超聲速內(nèi)流中的穩(wěn)定燃燒。由于高超聲速空氣流過飛行器體內(nèi)的滯留

4、時間很短,通常只有幾毫秒,要想在這樣短的時間內(nèi)將其壓縮、增壓,并與燃料在超聲速流動狀態(tài)迅速、均勻穩(wěn)定地完成低損失、高效率混合和燃燒是十分困難的。因此要求對發(fā)動機尺寸、形狀、燃料種類、噴注器設(shè)計、燃燒機理等多方面的因素進行綜合性理論和試驗研究。,超燃沖壓發(fā)動機的另一個技術(shù)困難,是飛行器必須達到一定的速度才能啟動(雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動機也是如此),因此需要固體火箭發(fā)動機來完成助推段的接力飛行。對于高超聲速飛機、跨大氣層飛機和空天飛機而言,如何

5、實現(xiàn)固體火箭與超燃沖壓發(fā)動機的一體化是一個很大的難題,對于高超聲速巡航導(dǎo)彈而言,由于其尺寸和起飛質(zhì)量受到限制,加裝固體火箭發(fā)動機會給導(dǎo)彈的總體設(shè)計帶來很大困難。,超燃沖壓發(fā)動機技術(shù),一體化設(shè)計技術(shù),吸氣式高超聲速飛行器要跨越亞聲速、聲速、超聲速三個階段,才能進入高超聲速,飛行速度的范圍很寬,同時飛行器要從稠密大氣層沖向稀薄大氣層,其空氣密度變化也很大,由此給飛行器的設(shè)計帶來了很大困難,必須采取全面的一體化設(shè)計技術(shù)。其中飛行器機體和推進系

6、統(tǒng)的一體化設(shè)計已成為最后確立整機性能的最關(guān)鍵的問題,高超聲速飛行器的飛行速度越高、范圍越寬,這個問題越是突出。對于高超聲速巡航導(dǎo)彈,導(dǎo)彈彈體與超燃沖壓發(fā)動機一體化設(shè)計的難點主要表現(xiàn)在兩方面:一是導(dǎo)彈外形尺寸、發(fā)射質(zhì)量的選擇不僅與氣動結(jié)構(gòu)，隱身設(shè)計一體化有關(guān),而且將受到其發(fā)射平臺的發(fā)射環(huán)境和運載能力的制約;二是超燃沖壓發(fā)動機的推進性能必須與導(dǎo)彈其他分系統(tǒng)(如制導(dǎo)系統(tǒng)、戰(zhàn)斗部分等)在性能要求上兼容。,其他的一體化設(shè)計技術(shù)還包括:①氣動設(shè)計一

7、體化,不僅要考慮減小阻力、增加升力,還要考慮氣動加熱、熱防護;②結(jié)構(gòu)設(shè)計一體化,特別是熱結(jié)構(gòu);③燃料供應(yīng)與冷卻系統(tǒng)設(shè)計一體化;④飛行器各子系統(tǒng)及各主要設(shè)計參數(shù)的動態(tài)與靜態(tài)一體化設(shè)計;⑤發(fā)動機推力控制與飛行器飛行控制一體化設(shè)計等。對于高超聲速巡航導(dǎo)彈,還應(yīng)包括發(fā)動機、氣動外形和結(jié)構(gòu)的一體化隱身設(shè)計技術(shù)。,一體化設(shè)計技術(shù),材料與結(jié)構(gòu)技術(shù),當(dāng)飛行器以高超聲速在大氣中飛行時,氣動加熱非常嚴重。當(dāng)飛行速度達到 8 馬赫時,飛行器的頭錐部位溫度可達

8、 1800℃,其他部位的溫度也將在 600℃以上。因此,長壽命、耐高溫、抗腐蝕、高強度、低密度的結(jié)構(gòu)材料對于研制高超聲速飛行器(尤其是重復(fù)使用的高超聲速飛機和空天飛機)是非常關(guān)鍵的。如果在材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)方面不能取得突破,那么就連高超聲速飛行器的飛行試驗樣機都無法制造出來。美國 X 一 43 高超聲速驗證飛行器的頭部采用鎢,機翼前緣和垂直安定面采用碳-碳復(fù)合材料,機翼采用哈氏鈷鉻鎢鎳合金,而且飛行器的外表面覆蓋有耐熱陶瓷瓦。,高超聲速空氣

9、動力/熱力學(xué),確定飛行器上的氣動力/熱載荷對于高超聲速飛行器的設(shè)計是非常重要的,因為高超聲速飛行器通常要求盡可能地減輕結(jié)構(gòu)重量(這一點對于空天飛機尤其重要),因此,高超聲速空氣動力/熱力學(xué)對于發(fā)展高超聲速飛行器技術(shù)是非常關(guān)鍵的。當(dāng)飛行器以高超聲速飛行時,會產(chǎn)生很強的激波,激波與附面層之間產(chǎn)生相互干擾,在高超聲速氣流駐點附近產(chǎn)生極高的溫度,能使附近的氣體分解和電離,形成相當(dāng)復(fù)雜的混合氣體,使得高超聲速氣流的研究成為非常復(fù)雜的問題。另外一個

10、難題是,現(xiàn)有的風(fēng)洞設(shè)備還不能較好地模擬高超聲速飛行環(huán)境,而計算流體力學(xué)和飛行試驗也都存在著很大的局限性,因此必須一體化地綜合運用這三種設(shè)計工具。,發(fā)展趨勢,從現(xiàn)在來看當(dāng)前機電一體化技術(shù)是顯然滿足不了未來發(fā)展的需要的,然而正在被拓影而出的是光機電液一體化技術(shù)。我們需要引進其它技術(shù),如利用光學(xué)技術(shù)的先天特點,有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。使其可以滿足使用的需要。這個顯然不是一個簡單的工作，還需要人們?nèi)タ朔芏嗟?/p>