航空检测技术发展趋势论文怎么写

现代战斗机的飞行试验摘要:根据近几年新机飞行试验的工程实践,结合国外飞行试验的经验,叙述了现代战斗机飞行试验的特点,包括飞行试验的架次和周期,机载测试和地面实时监控,地面支持设施,它机试飞和组织管理;由于电传操纵显得更为突出的飞行试验技术,包括飞控系统稳定裕度、颤振和气动伺服弹性(ASE)、人机闭环飞行品质和大迎角试飞技术,提出了国内飞行试验工作方面目前存在的若干问题.关键词:飞行试验;飞行控制;飞行力学;电传操纵;现代战斗机现代战斗机即所谓第三代战斗机,如:F16,F18,CY-27,Rafale,EF2000等,有如下特征:先进的气动布局,电传飞行控制系统,高度综合化的航空电子系统,高性能的动力装置,包括复合材料的优化结构.由于采用了这些新技术,使飞机具有宽阔的性能包线,优良的飞行品质,突出的机动性,多功能通讯、导航、武器火控和电子战的能力.这些特点给现代战斗机的飞行试验带来了许多不同于以往飞机的飞行试验要求、内容、规模和技术.本文主要根据自己的飞行试验实践,结合国外第三代飞机的试飞经验,概述了现代战斗机试飞的特点、组织管理和试飞技术以及存在的某些问题.1现代战斗机飞行试验的特点试飞架次和周期现代战斗机的试飞架次约1500~4000次,试飞时间约2000~5000h.试飞周期大约是整个飞机研制周期的1/4~1/2,自然时间3~8a.之所以规模如此之大,耗时如此之长,其主要原因是:1)飞机包线宽阔为安全起见,速度、高度、过载、迎角等包线扩展都要循序渐进,逐步扩展.全加力情况下,每分钟耗油达几百公斤,这样一个架次中做动作的时间只有几分钟.诸如此类的因素会增加很多试飞起落.2)飞机功能多、构型多、武器种类多现代飞机功能全,作战对象多,模式多,空/空、空/地、空/海;通讯、导航、识别;作战、巡航、侦察,电子战,空中加油等.任务和目的不同,带来许多不同试飞剖面和试飞构型.3)新技术应用多、系统余度多现代战斗机是先进技术的综合,否则不可能体现整体作战性能.这样就使得飞机需要验证的新技术多,需要考核的系统多.为了飞机的可靠性和生存力,绝大部分的系统都采用了余度的概念.多数情况下,正常系统和应急系统,系统重构和转换都要加以验证,这也是造成飞行架次多的重要原因.机载测试和地面实时监控现代战斗机试飞的参数采集量达几千,地面实时监控参数达一、两千个.机载测试参数多的原因1)系统复杂,需测试监控和验证的参数多一个四余度的数字电传操纵系统所需采集的参数约几百;航电系统主总线的数据量一千以上.如果要测试记录各个分系统的内部总线信息,其总信息量会成倍增加.2)加装测试传感器为了考核飞机及系统性能,了解飞机及系统的工作环境,试飞过程中往往需要测试大量的应变、振动、流量、压力、温度等,需要加装的传感器很多.这一部分的参数量达几百个.3)综合试飞的需要为了提高飞行试验的有效性,缩短试飞周期,减少试飞起落,尽可能采用综合试飞技术,要求飞机测试的参数尽可能覆盖各专业的需要,为此增加了测试参数数量.4)参试飞机互为备份的概念参试飞机出现故障甚至出现意外事故的可能性是存在的.为了不影响整个工程的进度,采取了参试飞机间互为备份的概念,这就要求两架飞机的测试参数要能够相互覆盖,增加了飞机参数的测试量.要求地面实时监控的原因1)保证飞行安全现代战斗机的座舱信息非常丰富,但仍然是总体性的.对于系统内部的细微变化不可能都显示出来.即使能调出详细信息,由于试飞员精力有限,必须靠地面专业人员协助监控飞机及其系统的状况.对于那些需要计算而且通过判据识别风险的特性参数,如颤振阻尼,系统稳定裕度等更需要地面实时解算和监控.2)提高试飞效率由于地面监控具有实时计算能力,试飞结果可以及时得知,这就可以决策下一个起落可否进行,如何进行,是否需要补充试验点或增加试飞动作等等,这样可以大大提高飞行效率.地面支持设施现代战斗机的飞行试验更大程度地依赖地面设施的支持.这里仅列举三项地面设施.1)飞行仿真飞行仿真对于飞控系统控制律开发、验证和优化起着至关重要的作用.对于试飞,它对试飞员的培训、试飞计划编排、任务单演练、试飞结果预测、安全措施拟订都具有重要的作用.特别是对那些风险科目,意义更加重大.把飞行模拟器作为一个培训和交流平台,可收到多、快、好、省的效果.2)航空电子实验室这是系统综合、开发和验证设施,也是试飞过程中排故、试飞方案制定和预演的平台.从经验来看,一个综合性强、使用方便的试飞现场航空电子系统支持设施是非常必要的.3)机载测试系统地面支持设施现代战斗机试飞,要求有很复杂的机载测试系统.这个系统的规模和复杂性不亚于飞机上一个大型的子系统,其采集记录和遥测传输的信号类型几乎覆盖了全机系统所有的信号类型.为了保证这套系统配套合理、检校准确、集成可靠、操作方便、排故迅速,同样需要一套完备的地面支持实验室.它机试飞它机试飞,是型号试飞的重要组成部分,其主要目的是减少主机风险,缩短主机试飞周期,培训试飞员.这里主要提及两种试验机,一是空中飞行模拟试验机;二是空中航空电子试验机.空中飞行模拟试验机主要是验证本机飞行控制律是否满足飞行品质规范要求,从而优化设计;另外一个主要目的就是培训试飞员.美国空军所有新机必须经过空中飞行模拟这个环节.航空电子试验机在现代战斗机试飞中承担着非常重要的任务,这是因为现代航空电子系统的综合程度高,软件复杂,敏感单元多,天线既多又密,对环境非常敏感,地面环境很难代替空中.一般说来,包括雷达和电子战的航空电子系统在空中它机试飞的时间需要有几百飞行小时.总之,现代战斗机应用的新技术越多,它机试飞越需要.现代战斗机试飞的组织管理一流飞机的诞生需要有一流的设计、制造,也需要有一流的试飞.而从事一流试飞又必须有一个集研制、试飞和使用方于一体的联合试飞力量.基于这种理念,现代试飞的组织管理出现两个原则:即联合试飞和主场地原则.所谓联合试飞,即飞机及其系统的研制厂所,试飞鉴定单位和使用部队共同组织一个试飞队伍,从制定试飞方案和计划到处理和分析技术问题,分工负责,共同磋商,相互支持.对于一个重大型号来讲,参加这种试飞的人数多达数百人.为了开展联合试飞,在试飞地点的选择上采用主场地原则(principale site),即整个试飞尽可能集中于一地进行.力求避免重复,缩短周期,也便于集中优势力量让试飞顺利进行.2飞行试验技术任何一种航空新技术应用都要有相应的新的试飞手段来考核验证.或者是试飞新机动动作,或者是新采集记录方法,或者是新的数据处理软件.但是对现代战斗机来说,对飞行试验技术影响最大的莫过于电传飞机的飞行控制系统,这里仅就这方面的某些试飞科目做一简述.飞控系统稳定裕度试飞控制系统稳定裕度测试这是一般实验室利用通用设备进行的一项常规工作.但是要在飞行中测试飞行控制系统的稳定裕度就要解决许多特殊问题.1)系统输入系统的输入是驾驶杆力或位移,它是通过驾驶员手工扫频来实现的.频率为0·2~5Hz.要求驾驶员从低频到高频连续扫瞄,尽可能使各个频点有足够的谐波信息.扫频的幅值要适当大,以便克服非线性影响.不同频率下的幅值也尽可能保持相等.与此同时,还要尽可能保持飞行状态不变.要做到这一点主要靠试飞员平日训练,特别是飞行模拟器上的训练.2)系统输出系统输出点的选择要根据系统状态,因为飞控系统是一个多回路系统,多个操纵舵面,且舵面之间有交联.一般说来,将驾驶杆指令作为输入,而系统总反馈信号作为输出,计算出开环频率特性,即可得出系统的相位储备和增益储备.特殊情况下,需要测试某一特定控制环的稳定储备,只要这个特定控制环的输入和综合反馈信号是可测的,或是间接可测的.3)数据处理可以采用专用的频率特性处理软件得到系统频率特性,但是对信号的滤波处理非常重要,它直接影响处理结果的有效性.颤振激励颤振试飞历来是飞机试飞中最受关注的课题,因为它直接影响飞行安全.颤振激励的方式很多,其中火箭激振是传统的试飞方法,这种方法简单、作用时间短,特别在全加力或俯冲状态情况下,作用时间显得十分宝贵,但对于电传操纵的飞机来说,必须采用一种新型的颤振激励系统,即用一种机载信号发生单元将各种激励信号通过飞控舵机驱动舵面,从而激励飞机结构和系统响应.这种激励方法的优点是各谐波激励能量集中,效果好;更重要的是,这种方法能测取所需测量点的输入信号,从而进行频率特性分析,得出气动伺服弹性(ASE)稳定裕度.这种方法的最大问题是把飞控系统的动态特性带入整个系统动态特性中去.这就要求数据处理分析中把这些特性分辨出来,以便进行结构动特性分析.另一方面,由于舵机频带限制,使高达50~70Hz的结构模态很难激励出来,这就要求在激励幅值的选择上采取随频率变化,激励幅值也自动改变.如果不这样做,从低频到高频采用同一幅值,要么低频响应过大,影响安全;要么高频响应激励不出来,无法分析.各种激励方法都有其优缺点,发展趋势是用多种激励方法进行关键状态的颤振试飞,以便得出合理和可靠的结果,所付出的代价是增加了飞行起落和时间.值得注意的是,利用飞行中大气紊流对飞机激励响应,进行颤振分析是极有前途的,既安全又节省.事实表明,许多情况下大气紊流的激励能量是相当可观的,甚至比人工激励的能量还要大.还应该指出,在新机试飞中采用的颤振激励系统(FES)不但用于颤振和ASE激励,还可以进行飞控稳定裕度试飞.尤其是航向系统稳定裕度试飞,必须依赖这种设备,因为驾驶员很难用脚蹬去进行人工扫频.FES还可以产生其它信号进行其它科目的试飞,如:阶跃、脉冲,“3211”等,这对操稳分析和系统辩识具有极重要的意义.总之,FES对于试飞工程师们来说具有无限的潜力.人机闭环飞行品质试飞只要是有人驾驶飞行器都有人机闭环飞行品质问题.由于电传操纵系统具有突出的高阶性、高增益性和时间延迟,加上系统内增加了各种信号交联,使得飞机和驾驶员行为之间的耦合关系更为复杂.在一般情况下,因为控制律不断的优化和迭代,使电传飞机具有优良的飞行品质;但在特殊情况下,如驾驶员执行高增益的任务,就有可能形成飞行品质的突降(cliff),产生人机闭环耦合振荡.因为这种情况不是经典的开环品质指标所能反映的,所以现代战斗机试飞强调人机闭环飞行品质试飞.这种试飞就是给飞行员一个高增益任务,如精确跟踪、空中加油、定点纠偏着陆等等,飞行结果和结论主要依赖驾驶员定性评述,参考一定的飞行参数,甚至整理出一定的闭环性能指标,如HQDT(跟踪操纵品质)等.应指出的是,这些试飞验证能说明一定问题,但不能说明全部问题.主要原因是所谓的驾驶员高增益与心理有关,很难形成和确定.截止目前为止,没有一套公认的、可用于工程判断的性能指标去辩识是否存在可能的驾驶员诱发振荡(PIO)问题.既要按常规品质规范检查各种开环指标要求,也要进行人机闭环飞行品质试飞.同时,还要用变稳飞机对试飞员进行飞行品质培训.应该特别指出的是,速率饱和非线性是造成人机闭环耦合振荡的主要因素之一.如果由于某种原因,如临近跑道的局部气流扰动引起驾驶杆修正过快过大,造成飞控系统速率饱和,从而使飞机响应对操纵指令的相位滞后达到180°,形成PIO,这是一种非常危险的情形.不少电传飞机失事都与此相关,对此应引起新机研制者和飞行试验工程师足够警惕,应从飞控系统研制、飞行员培训和飞行试验方案上做更多的工作,防止事故发生.大迎角试飞航空技术愈发展,大迎角试飞变得愈重要.过去的战斗机研究大迎角主要是研究飞机气动特性,防止飞机进入失速/尾旋,一旦进入如何改出,保证飞行安全.那时的飞机机动只把迎角使用到十几度的范围;今天的三代机除研究它的气动特性外,还要研究大迎角的控制律,把正常的飞机使用机动迎角扩展到限制器的范围,例如近30°,而且要验证控制律能否自动防止进入失速/尾旋,一旦进入也能自动改出到安全范围.随着矢量推力技术的应用,下一代战斗机把飞机更大范围的迎角作为正常使用迎角,即过失速机动,使用迎角达50°以上.所有这些都必须通过飞行试验来验证,迎角越大,地面风洞数据可靠性越需要飞行试验来验证.对现代战斗机的试飞,大迎角试飞分为可控区和非可控区两个阶段,在迎角限制范围内为可控区;在迎角限制器范围之外为非可控区.在可控区范围内,通过试飞来考核飞机在20°~30°迎角范围的操纵性和稳定性;确定最小机动速度和最小平飞速度;检查和验证迎角限制控制律的正确性和合理性.在试飞方法上,用常规的操纵动作,如阶跃、脉冲、扫频、纵横航向复合操纵来考核飞机的飞行品质.不过其操纵幅值较常规操纵要大,逐步达到极值,操纵速度也偏于急猛.因为在迎角限制器范围内,失速迎角尚未确定,但确定最小机动速度和最小平飞速度对部队使用又非常重要,为此用保持45°稳定盘旋所达到的表速确定为最小机动表速;用稳定平飞所达到的最小表速作为最小平飞表速;用收敛转弯和减速转弯来验证迎角限制器边界.应该指出,即使进行可控区内的大迎角试飞也应该采取适当的安全措施.这种措施应包括两个方面:一是在控制律中设置临时限制边界,即在最大边界内按2°之差设置2个临时边界,即αmax-4°和αmax-2°,逐步达到αmax;另一个措施是加装反尾旋伞,一旦由于某种特殊原因使飞机进入失速/尾旋,通过正常方式又无法使飞机改出来时,可以通过反尾旋伞使飞机恢复到可控状态.有了这些措施,还可以进行一些较为激烈的战术机动动作来考核迎角限制器的可靠性.如果这些试飞表明,飞机还有放宽迎角限制器的潜力,还可以在αmax的基础上按2°的增量适当扩大飞机的迎角限制包线.可控区试飞结束后,应进行超出α限制值的非可控区的大迎角试飞.进入该区有两种方法:一是使用飞控系统的直链摸态,直接进入失速/尾旋试飞,前提是此时飞机应可控;另一种方法是人工切断迎角限制器,试飞员通过正常系统使飞机进入非可控的大迎角区,首先考核飞机失速和偏离特性以及反尾旋摸态的功能和可靠性;最后还要进行失速/尾旋试飞,确定飞机大迎角气动特性以及进入失速/尾旋后的改出方法.大迎角试飞是一项风险性极大的试飞科目,最大风险在于飞机的行为难以准确予测.为了减少风险,作好充分的技术准备是非常必要的,包括仔细研究风洞试验结果,特别是垂直风洞试验结果;进行模型试飞,摸清飞机的尾旋摸态和改尾旋方法;在此基础上,进行充分的地面模拟和试飞员培训.同时,还要研制和落实有效的反尾旋措施,一般反尾旋伞更为合适.飞机测试对于尾旋试飞也特别重要,尤其是迎角传感器,其范围选择和校准显得更为突出,必要时要专门研制能适应大范围测试的迎角传感器.3飞行试验存在的问题几年来,飞行试验事业有了质的飞跃.从试飞技术、设施建设、试飞员培训、软件开发、机务保障以及试飞组织管理等各方面都有长足的进步.但是我国的飞行试验仍然存在许多不足之处.1)对飞行试验的认识较为肤浅许多人简单认为,试飞是型号研制的最后阶段,没有从顶层上、从深度上把它作为一个系统的工程科学来认识.一种新型号,往往一到试飞就急功近利,急于求成.正确的做法是从工程总体方案中就应规划试飞,从飞机设计开始就要进行飞行试验设计,从投入和周期上都要给飞行试验留有充分的余地.应该认识到,所谓原型机不过是为了达到使用技术要求而研制出来的试验机.有了这个思想,许多飞行试验的问题在设计中均应考虑.试飞员和试飞工程师是飞机设计成员的一部分.只有这样才不至于使型号试飞过于吃力,捉襟见肘,甚至把许多重要问题留到部队使用中.2)预研和技术攻关不够试飞是一门实践性极强的科学,要与时俱进,许多技术发展要领先研究.由于基础工作开展得不够扎实,真正到了型号定型试飞,时间和人力都不允许做过细工作,这势必影响试飞的安全、质量和效率;有些最基础的科目都无法全面进行.3)它机预先验证不够型号试飞的一个基本原则是:能在地面解决的问题不要带到天上;能在它机上分担的风险,不要带到本机上.对这个基本原则贯彻不够.特别是航空电子系统.航空电子系统本机试飞周期最长,实际起落不多,大部分时间在排故和优化系统.有些功能和性能考验不充分.飞机到了部队还在不断改,不断飞,难以形成战斗力.不能不说是一种教训.美国F22的航电软件系统在地面综合试验达1~2万小时,在波音757飞机改装的电子试验机上综合飞行达4~5百小时.他们的做法值得借鉴.4)试飞员培训仍有较大差距与国际水平相比,试飞员理论和实践培训都不够,与国际交流也非常不够.在一些人的头脑里,似乎试飞员和飞行员没有多大差别,这是试飞科目进行得不够深入的重要原因之一.5)试飞与设计结合的不紧密当前飞机设计介入试飞的深度有了改观,但试飞介入设计的深度太浅,这种情况直接影响到试飞的质量.应该说这是两门学问,彼此不能相互代替,只能是互相结合,才有利于航空事业的发展.4结论1)现代战斗机飞行试验的特点是试飞起落多;机载采集记录和地面实时监控参数多;更大程度依赖地面设施支持;它机试飞是现代战斗机试飞工作的重要组成部分;在组织管理上贯彻联合试飞和主场地原则.2)在试飞技术上,电传操纵的应用使现代战斗机的试飞技术与以往飞机有很大区别,如飞控稳定裕度试飞;颤振/ASE试飞;人机闭环飞行品质试飞;大迎角试飞等等,都必须高度重视.3)虽然我国飞行试飞技术较以前有了很大的提高,但仍然存在许多问题有待于去思考和改进.这些问题主要是对飞行试验的认识肤浅,对试飞技术的予研和攻关不够,对它机试飞的作用重视不够,对试飞员的技术培训有待加强;试飞和设计彼此之间的融合仍需努力.

近年来,随着美国新经济的疲软,学术界对高技术产业也颇多微辞。有学者认为高技术产业并没有从根本上改变我们的生产方式和经济活动方式,个别学者甚至提出“不管是土豆片还是芯片,能赚钱就是好片”的极端见解,并主张中国应该根据比较优势理论大力发展劳动密集型产业。那么,事实究竟如何?未来的高技术产业究竟将向何处发展?这里不妨从技术—经济范式变迁的角度出发,就这个问题提出几个基本判断。 判断之一,从大的背景来看,以信息技术为代表的高技术产业正在成为一个新的主导产业群,这样一个基本趋势并没有改变。自上世纪80年代以来,世界经济一直处在向新的技术—经济范式转变的过程之中,信息通讯技术在这个过程中扮演了关键的角色,个人计算机和网络是两大核心技术突破。迄今为止,高技术产业所涵盖的信息、生物、新材料、能源、海洋、宇航等六大技术产业部门都已经出现了重大的技术突破,并且正处于大规模商业化应用的过程之中或者正在孕育着大规模的商业化应用。可以预期,在未来的30—50年里,这样一些高技术产业将日益成熟,并成为各国经济发展的新一代主导产业群。 由于高技术产业均为知识密集型产业,而且具有强大的向下兼容能力即改造传统产业的能力,因此,高技术产业的发展导致发达国家的产业结构出现了明显的软化趋势,制造业所占比重越来越低,而服务业特别是知识密集型的金融服务业与高技术服务业所占比重越来越高。在发达国家,服务业所占比重一般都在60%以上,美国和瑞士甚至超过70%。1987—2000年间,美国制造业占GDP的比重下降了个百分点,而金融保险与房地产等服务业部门所占比重却从将近73%提高到77%以上。可以肯定地说,发达国家产业结构的软化趋势将会越来越明显,而且会越来越普遍。 高技术产业发展所带来的另一巨大变化就是国际竞争空前激烈,竞争的战线进一步前移。这主要表现在两个方面:其一,市场竞争的焦点已经不仅仅是最终产品的竞争,而是研究开发方向选择与速度的竞争。谁能够抓住正确的研发方向,并以最快的速度开发出新产品,谁就能够在市场上立于不败之地。正因为此,美国工业界的研发支出在1992—2002年间翻了一番,从950亿美元增加到1900亿美元。其二,研发国际化趋势日益明显。根据美国《工程与技术指标》(2002)的数据,1998年有375家外国公司在美国经营着715家研发机构,其中日本251家,德国107家,英国103家;美国公司1997年在国外建立了186家研发机构,其研发支出在1997—1998年从170亿美元增加到220亿美元;如果再加上美国母公司在国外的150亿美元研发支出的话,这个数字就更为可观了。 判断之二,信息技术产业的未来发展方向是:在近期(半年到一年),信息技术产业仍然需要一段调整期,以消化上世纪90年代在信息技术领域大量投资所形成的生产能力;在中长期,信息技术产业将在既有的大规模信息处理技术的基础上,进一步向网络化、服务化的方向发展,以进一步改善人们的生活质量,使人们的生活更加方便。 据国际半导体工业产能统计协会(SICAS)统计,目前集成电路晶圆的全球生产能力利用率为:1999年第四季度为年四季度平均为年四季度平均为年前三个季度平均为。由此可见,晶圆工业的生产已经走出低谷,超过了2001年上半年的水平。但是,按美国全国电子制造商协会(NEMA)统计,美国电子制造工业设备生产能力利用率在2002年8月、9月、10月分别只有、、,基本维持在接近75%左右的水平上。据此判断,目前的信息技术产业还处于调整过程之中,复苏乏力,但这一过程应该不会持续很长时间。 从中长期的发展趋势来看�由于目前利用硅晶体制造芯片的最新技术已经达到微米,估计在2015年前后硅基芯片技术将达到技术上的极限�而新的芯片材料技术——砷化镓,在技术上还不成熟,因此�未来信息技术产业的发展方向不在信息技术产品的制造方面,而在于如何利用现有的技术进行集成创新。美林公司分析师认为�信息技术产业的赢利点将由目前越来越趋于饱和的硬件部门转向软件、服务以及咨询部门。对于企业来说,现在的问题不是是否应用信息技术,而是如何探索利用信息技术的新的盈利模式;对于普通消费者来说,目前的普遍感觉是信息技术产业中的技术供应已经足够多、足够好了,未来的关键是扩大应用,进一步大众化,摆脱购买—升级的恶性循环。 判断之三,生物技术产业在未来的10—15年左右将有可能替代信息技术成为新的主导产业。2000年提前完成的人类基因组测序工作,使人们对生物技术的发展前景有了新的认识和判断,目前国内外学术界已经在对其他一些复杂物种的基因排序进行测定。因此,生物技术的产业发展前景无疑是非常可观的。从目前情况来看,生物技术产业已经达到了相当的规模。在美国,2001年共有1457家生物技术公司,其中342家是上市公司;这些上市公司按市场价格计算的市场资本总额在2002年5月为2240亿美元;生物技术工业的规模自1992年以来扩大了三倍多,收入从1992年的80亿美元增加到2001年的276亿美元;生物技术工业目前雇佣着万人。根据生物技术工业组织(BIO)的数字,1999年,生物技术产业的直接活动、间接活动和诱致活动就为美国经济贡献了437400个工作岗位和470亿美元的商业收入,联邦、州和地方政府来自生物技术产业的税收估计在100亿美元左右。 但是,另一方面,生物技术又是世界上研究密集程度最高的产业之一,技术创新周期较长。美国生物技术工业在2001年用于研发的支出达到156亿美元;2000年五家最大生物技术公司平均每个雇员的研发支出是89400美元。不仅如此,美国政府也大力支持生物技术研究。在2002财政年度的美国政府亿美元研发支出中,非国防支出为亿美元,其中一半以上投入卫生保健研究,特别是生物技术研究,约占美国政府研发支出总额的。据测算,一种生物技术药品的研发周期为2—10年,此后要经过实验室和动物测试、三期临床试验、美国食品和药品管理局(FDA)评审和进入市场后的检测等,而这又需要6年左右的时间。因此,一种生物技术药品的平均上市时间为8—16年左右。据此判断,即使是目前正在进行临床试验的生物技术药品,进入市场至少还需要5年以上的时间。因此,至少从中短期来看,生物技术还不可能完全替代信息技术产业的主导地位。 判断之四,以纳米技术为代表的新材料技术在未来的20年内还不可能成为新的主导产业。虽然早在1998年美国总统科技顾问尼尔·雷恩曾这样说,“如果有人问我哪一个科学与工程领域最有可能在明天发生技术突破的话,我会告诉他,那就是纳米层次上的科学与工程”,而且美国政府2000年2月发表的“全国纳米技术倡议”即以“导向下一次产业革命”作为它的副标题,但是,在未来的20年内,真正意义上的纳米技术还不可能成为新的主导产业。事实上,各国对于纳米科学技术的研发投资状况也充分说明了纳米科技的研究成果距离实际应用还存在着相当大的差距。1997年,世界各国政府对于纳米技术研究开发的资助总额不足5亿美元。其中,西欧为亿美元,日本为亿美元,美国为亿美元,其他国家或地区共计投资7000万美元左右。2000年美国政府预算中用于纳米技术研究的政府投资只有亿美元,2001年也仅为亿美元。这样的增长幅度虽然惊人,但与美国每年投放在信息技术研发方面的448亿美元、生物技术领域的300多亿美元相比,这点经费投入简直是微不足道的。很显然,如此之小的研发规模不可能支撑起一个主导产业技术的形成与发展。 判断之五,相比之下,航空航天技术产业化的前景可能更为乐观一些。特别是20世纪90年代卫星通信转向数据传输、移动通信和电视直播方向发展以来,通信卫星技术有了突飞猛进的发展。联合国和平利用外层空间委员会统计,到1996年底已经形成了一个年产值770亿美元、年增长率20%以上的新型空间技术开发与应用产业。目前,新型空间技术开发与应用产业规模近1200亿美元,到2005年其规模将超过2000亿美元。如果再加上关联产业如航天保险、全球卫星导航系统应用、地理信息系统应用等,航空航天技术产业的规模还要大一些。美国国家安全空间管理与机构评估委员会2001年发表的一份研究报告声称,国际空间工业2000年的利润已经超过了800亿美元,预计今后10年利润还将增加两倍多;有的学者甚至预计到2010年全球商业性航天活动的收入将达到5000亿—6000亿美元的规模。

飞行器及其动力装置、附件、仪表所用的各类材料，是航空航天工程技术发展的决定性因素之一。航空航天材料科学是材料科学中富有开拓性的一个分支。飞行器的设计不断地向材料科学提出新的课题，推动航空航天材料科学向前发展；各种新材料的出现也给飞行器的设计提供新的可能性，极大地促进了航空航天技术的发展。 航空航天材料的进展取决于下列3个因素: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。一种新型航空航天材料只有在这三个方面都已经发展到成熟阶段，才有可能应用于飞行器上。因此，世界各国都把航空航天材料放在优先发展的地位。中国在50年代就创建了北京航空材料研究所和北京航天材料工艺研究所，从事航空航天材料的应用研究。 简况18世纪60年代发生的欧洲工业革命使纺织工业、冶金工业、机器制造工业得到很大的发展，从而结束了人类只能利用自然材料向天空挑战的时代。1903年美国莱特兄弟制造出第一架装有活塞式航空发动机的飞机,当时使用的材料有木材(占47％),钢（占35％）和布（占18％）,飞机的飞行速度只有16公里/时。1906年德国冶金学家发明了可以时效强化的硬铝，使制造全金属结构的飞机成为可能。40年代出现的全金属结构飞机的承载能力已大大增加，飞行速度超过了600公里/时。在合金强化理论的基础上发展起来的一系列高温合金使得喷气式发动机的性能得以不断提高。50年代钛合金的研制成功和应用对克服机翼蒙皮的“热障”问题起了重大作用，飞机的性能大幅度提高,最大飞行速度达到了3倍音速。40年代初期出现的德国 V-2火箭只使用了一般的航空材料。50年代以后，材料烧蚀防热理论的出现以及烧蚀材料的研制成功，解决了弹道导弹弹头的再入防热问题。60年代以来,航空航天材料性能的不断提高,一些飞行器部件使用了更先进的复合材料，如碳纤维或硼纤维增强的环氧树脂基复合材料、金属基复合材料等，以减轻结构重量。返回型航天器和航天飞机在再入大气层时会遇到比弹道导弹弹头再入时间长得多的空气动力加热过程，但加热速度较慢，热流较小。采用抗氧化性能更好的碳-碳复合材料陶瓷隔热瓦等特殊材料可以解决防热问题。 分类飞行器发展到80年代已成为机械加电子的高度一体化的产品。它要求使用品种繁多的、具有先进性能的结构材料和具有电、光、热和磁等多种性能的功能材料。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。 材料应具备的条件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。 高的比强度和比刚度对飞行器材料的基本要求是：材质轻、强度高、刚度好。减轻飞行器本身的结构重量就意味着增加运载能力，提高机动性能，加大飞行距离或射程，减少燃油或推进剂的消耗。比强度和比刚度是衡量航空航天材料力学性能优劣的重要参数： 比强度＝/ 比刚度＝/式中[kg2][kg2]为材料的强度，为材料的弹性模量，为材料的比重。 飞行器除了受静载荷的作用外还要经受由于起飞和降落、发动机振动、转动件的高速旋转、机动飞行和突风等因素产生的交变载荷，因此材料的疲劳性能也受到人们极大的重视。 优良的耐高低温性能飞行器所经受的高温环境是空气动力加热、发动机燃气以及太空中太阳的辐照造成的。航空器要长时间在空气中飞行，有的飞行速度高达3倍音速,所使用的高温材料要具有良好的高温持久强度、蠕变强度、热疲劳强度，在空气和腐蚀介质中要有高的抗氧化性能和抗热腐蚀性能，并应具有在高温下长期工作的组织结构稳定性。火箭发动机燃气温度可达3000[2oc]以上，喷射速度可达十余个马赫数，而且固体火箭燃气中还夹杂有固体粒子，弹道导弹头部在再入大气层时速度高达20个马赫数以上，温度高达上万摄氏度，有时还会受到粒子云的侵蚀，因此在航天技术领域中所涉及的高温环境往往同时包括高温高速气流和粒子的冲刷。在这种条件下需要利用材料所具有的熔解热、蒸发热、升华热、分解热、化合热以及高温粘性等物理性能来设计高温耐烧蚀材料和发冷却材料以满足高温环境的要求。太阳辐照会造成在外层空间运行的卫星和飞船表面温度的交变，一般采用温控涂层和隔热材料来解决。低温环境的形成来自大自然和低温推进剂。飞机在同温层以亚音速飞行时表面温度会降到-50[2oc]左右,极圈以内各地域的严冬会使机场环境温度下降到-40[2oc]以下。 在这种环境下要求金属构件或橡胶轮胎不产生脆化现象。液体火箭使用液氧(沸点为-183[2oc])和液氢(沸点为-253[2oc])作推进剂，这为材料提出了更严峻的环境条件。部分金属材料和绝大多数高分子材料在这种条件下都会变脆。通过发展或选择合适的材料，如纯铝和铝合金、钛合金、低温钢、聚四氟乙烯、聚酰亚胺和全氟聚醚等，才能解决超低温下结构承受载荷的能力和密封等问题。 耐老化和耐腐蚀各种介质和大气环境对材料的作用表现为腐蚀和老化。航空航天材料接触的介质是飞机用燃料(如汽油、煤油)、火箭用推进剂（如浓硝酸、四氧化二氮、肼类）和各种润滑剂、液压油等。其中多数对金属和非金属材料都有强烈的腐蚀作用或溶胀作用。在大气中受太阳的辐照、风雨的侵蚀、地下潮湿环境中长期贮存时产生的霉菌会加速高分子材料的老化过程。耐腐蚀性能、抗老化性能、抗霉菌性能是航空航天材料应该具备的良好特性。 适应空间环境空间环境对材料的作用主要表现为高真空(×10[55-1]帕)和宇宙射线辐照的影响。金属材料在高真空下互相接触时，由于表面被高真空环境所净化而加速了分子扩散过程，出现“冷焊”现象；非金属材料在高真空和宇宙射线辐照下会加速挥发和老化，有时这种现象会使光学镜头因挥发物沉积而被污染，密封结构因老化而失效。航天材料一般是通过地面模拟试验来选择和发展的，以求适应于空间环境。 寿命和安全为了减轻飞行器的结构重量，选取尽可能小的安全余量而达到绝对可靠的安全寿命，被认为是飞行器设计的奋斗目标。对于导弹或运载火箭等短时间一次使用的飞行器，人们力求把材料性能发挥到极限程度。为了充分利用材料强度并保证安全，对于金属材料已经使用“损伤容限设计原则”。这就要求材料不但具有高的比强度，而且还要有高的断裂韧性。在模拟使用的条件下测定出材料的裂纹起始寿命和裂纹的扩展速率等数据，并计算出允许的裂纹长度和相应的寿命，以此作为设计、生产和使用的重要依据。对于有机非金属材料则要求进行自然老化和人工加速老化试验，确定其寿命的保险期。复合材料的破损模式、寿命和安全也是一项重要的研究课题。