飛行器在機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)

1、飛行器在機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì),,飛行器在機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì),機(jī)電一體化的組成機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)用于飛行器中的類型典型的機(jī)電一體化在飛行器中的運(yùn)用——吸氣式高超聲速飛行器發(fā)展趨勢(shì),機(jī)電一體化的組成,機(jī)械技術(shù)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)系統(tǒng)技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)傳感檢測(cè)技術(shù),機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)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(jī)、飛艇、飛機(jī)、直升機(jī)等。它們靠空氣的靜浮力或空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的空氣動(dòng)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(cè)器、航天飛機(jī)等。它們?cè)谶\(yùn)載火箭的推動(dòng)下獲得必要的速度進(jìn)入太空,然后在引力作用下完成軌道運(yùn)動(dòng)。,火箭火箭是以火箭發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)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(jī)電一體化在飛行器中的運(yùn)用——吸氣式高超聲速飛行器,超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)一體化設(shè)計(jì)技術(shù)材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)高超聲速空氣動(dòng)力/熱力學(xué),超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù),吸氣式推進(jìn)系統(tǒng)無疑是實(shí)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(jìn)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(jìn)系統(tǒng)是超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī),超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)是實(shí)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(shí)間很短,通常只有幾毫秒,要想在這樣短的時(shí)間內(nèi)將其壓縮、增壓,并與燃料在超聲速流動(dòng)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸、形狀、燃料種類、噴注器設(shè)計(jì)、燃燒機(jī)理等多方面的因素進(jìn)行綜合性理論和試驗(yàn)研究。,超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的另一個(gè)技術(shù)困難,是飛行器必須達(dá)到一定的速度才能啟動(dòng)(雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)也是如此),因此需要固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)來完成助推段的接力飛行。對(duì)于高超聲速飛機(jī)、跨大氣層飛機(jī)和空天飛機(jī)而言,如何

5、實(shí)現(xiàn)固體火箭與超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一體化是一個(gè)很大的難題,對(duì)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(dòng)機(jī)會(huì)給導(dǎo)彈的總體設(shè)計(jì)帶來很大困難。,超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù),一體化設(shè)計(jì)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(gè)階段,才能進(jìn)入高超聲速,飛行速度的范圍很寬,同時(shí)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(jì)帶來了很大困難,必須采取全面的一體化設(shè)計(jì)技術(shù)。其中飛行器機(jī)體和推進(jìn)系

6、統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)已成為最后確立整機(jī)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(gè)問題越是突出。對(duì)于高超聲速巡航導(dǎo)彈,導(dǎo)彈彈體與超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)一體化設(shè)計(jì)的難點(diǎn)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(dòng)結(jié)構(gòu)，隱身設(shè)計(jì)一體化有關(guān),而且將受到其發(fā)射平臺(tái)的發(fā)射環(huán)境和運(yùn)載能力的制約;二是超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)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(jì)技術(shù)還包括:①氣動(dòng)設(shè)計(jì)一

7、體化,不僅要考慮減小阻力、增加升力,還要考慮氣動(dòng)加熱、熱防護(hù);②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)一體化;④飛行器各子系統(tǒng)及各主要設(shè)計(jì)參數(shù)的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)一體化設(shè)計(jì);⑤發(fā)動(dòng)機(jī)推力控制與飛行器飛行控制一體化設(shè)計(jì)等。對(duì)于高超聲速巡航導(dǎo)彈,還應(yīng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)外形和結(jié)構(gòu)的一體化隱身設(shè)計(jì)技術(shù)。,一體化設(shè)計(jì)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(shí),氣動(dòng)加熱非常嚴(yán)重。當(dāng)飛行速度達(dá)到 8 馬赫時(shí),飛行器的頭錐部位溫度可達(dá)

8、 1800℃,其他部位的溫度也將在 600℃以上。因此,長(zhǎng)壽命、耐高溫、抗腐蝕、高強(qiáng)度、低密度的結(jié)構(gòu)材料對(duì)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(jī)和空天飛機(jī))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(yàn)樣機(jī)都無法制造出來。美國 X 一 43 高超聲速驗(yàn)證飛行器的頭部采用鎢,機(jī)翼前緣和垂直安定面采用碳-碳復(fù)合材料,機(jī)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(dòng)力/熱力學(xué),確定飛行器上的氣動(dòng)力/熱載荷對(duì)于高超聲速飛行器的設(shè)計(jì)是非常重要的,因?yàn)楦叱曀亠w行器通常要求盡可能地減輕結(jié)構(gòu)重量(這一點(diǎn)對(duì)于空天飛機(jī)尤其重要),因此,高超聲速空氣動(dòng)力/熱力學(xué)對(duì)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(shí),會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)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(diǎn)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(gè)

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(jì)算流體力學(xué)和飛行試驗(yàn)也都存在著很大的局限性,因此必須一體化地綜合運(yùn)用這三種設(shè)計(jì)工具。,發(fā)展趨勢(shì),從現(xiàn)在來看當(dāng)前機(jī)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(jī)電液一體化技術(shù)。我們需要引進(jìn)其它技術(shù),如利用光學(xué)技術(shù)的先天特點(diǎn),有效地改進(jìn)機(jī)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(gè)顯然不是一個(gè)簡(jiǎn)單的工作，還需要人們?nèi)タ朔芏嗟?/p>