航空新技术论文

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航空新技术论文:“福特级”航空母舰新技术

一提起航空母舰，映入人眼帘的往往是其海上巨无霸的形象。作为现代海上作战体积最大的移动堡垒，航空母舰不仅是一个国家大国地位的象征，更拥有极为强大的战斗力，是一国海上军事威慑的重要战略力量。美国是当前拥有航空母舰数量最多的国家。载有大量战机的核动力航空母舰，无疑是美国强大军事实力的招牌。在各国的武器库中，还找不出一款比航空母舰战斗群更具有惊人战力的进攻性武器。航空母舰能够在远离路基支援的战场条件下，驰骋于占地球表面积70.8%的海洋之中，并可在数个月的时间内对特定目标展开持续攻击。战力如此卓越的航空母舰战斗群显然早已成为美国各战区指挥官的“宠儿”。这也导致美国航空母舰在海外的战备值班周期不断延长。除了航空母舰战斗群的攻击实力外，航空母舰上所配备的各类高科技武器与装备，也是支撑其得以驰骋深蓝的重要利器。

从“尼米兹级”到“福特级”

美国当地时间2017年4月9日，全球第一艘“福特级”航空母舰福特号进行了海上测试。当天，“福特号”航空母舰被拖船从位于弗吉尼亚州的纽波特纽斯造船厂内拖出进行出海测试。作为“福特级”的首舰，“福特号”航空母舰的设计、施工和制造前后耗时十余年，总造价高达130亿美元。“福特号”航空母舰原计划于2015年正式在美国海军服役。不过，核反应推、发电机等部件的故障问题，导致“福特号”的出海测试时间一拖再拖。美国海军称，“福特号”航空母舰在出海测试期间，将进行飞行甲板测试验证等事项。待“福特号”航空母舰正式服役后，美国的核动力航空母舰将拥有11艘。作为新一代的航空母舰，美军计划最迟于2058年建造十艘同级航空母舰，以取代当前承担主力任务的“尼米兹级”航空母舰。

在“福特级”正式服役前，“尼米兹级”航空母舰乃是美国海军现役的主力航空母舰，且在数十年间中均为美军乃至全球范围内最大的军舰。“尼米兹级”航空母舰首舰“尼米兹号”自1975年正式服役后，美先后共建造了10艘同型航空母舰。“尼米兹级”航空母舰均采用核动力推进，属于大甲板弹射型航空母舰。其设计长度为330米，宽度为40米，吃水11米，满载排水量在10万吨左右，可以搭载一支约70架战机的舰载机联队。根据作战任务以及性质的不同，航空母舰上搭载的作战飞机类型也有所区别，通常包括了战斗机、预警机、固定翼反潜机以及电子战飞机等。每艘“尼米兹级”航空母舰都装载有四台蒸汽弹射器、四条拦阻索以及四座升降机，平均每20秒钟时间即可弹射出一架舰载作战飞机。

可以说，“尼米兹级”航空母舰战斗群能够控制的海域面积大、攻击性能强，是当前世界范围内作战能力最为顶尖的海上机动作战编队。不过，航空母舰战斗群并非仅仅只有一艘航空母舰所组成。航空母舰自身除配备少量用于自卫的武器外，其主要的武器装备即为所搭载的各类舰载作战飞机。这些作为重要武器装备的作战飞机可以对敌方的舰船、潜艇、飞机以及陆地目标等进行攻击，直接将敌方消灭于航空母舰数千米以外的区域，并对海上舰队进行保卫。除航空母舰所搭载的战机外，以其为核心的战斗群通常会由巡洋舰、驱逐舰、潜艇和补给舰等混编而成。

尽管“尼米兹级”仍是现役航空母舰中无人能匹敌的佼佼者，但其设计与制造毕竟发端于20世纪60年代，舰上的各项技术已显得较为老旧。譬如，“尼米兹级”所使用的弹射系统、推进系统等基本均采用机械结构，不仅极为复杂可靠性较低，且需要大量人员进行操作和维护。在此背景下，新一代“福特级”航空母舰应运而生。

“福特级”航空母舰的新技术

“福特级”航空母舰从外表来看，与“尼米兹级”航空母舰并没有较大的差异，两者在飞行甲板上也极为接近。从数据上而言，“福特级”首舰“福特号”航空母舰长度为330米，宽度为41米，设计的满载排水量为10万吨，这些数据与“尼米兹级”亦相差无几。“福特级”在吨位和尺寸等方面较之“尼米兹级”并未有多少提升，但在舰船的电力容量、舰载机的数量、舰船故障率等诸多关键性指标上，“福特级”航空母舰与“尼米兹级”相比有了质的飞跃。譬如，“福特级”航空母舰搭载的舰载机联队数量可达到75架，大大提升了作战飞机的出动率。通过采用全新的电磁弹射系统、电磁阻拦系统等所使用的各类前沿技术，“福特级”航空母舰真正成为了一艘适应未来战争环境下作战的超级航空母舰。

电磁弹射技术的应用

航空母舰诞生之初，舰载机均是依靠自身发动机带动螺旋桨产生拉力，进而使轰炸机或战斗机从航空母舰飞行甲板上起飞。彼时，这种起飞方式对于以轻金属和木质为主的螺旋桨飞机而言并非难事。不过，随着喷气式飞机的普及，其在短短一百多米的航空母舰甲板上的起飞，需要借助于外界的推力帮助，这也使得弹射系统随之产生。

“尼米兹级”核动力航空母舰所使用的是蒸汽弹射系统。其由核动力装置生成的热能来产生蒸汽，进而推动舰载机非短距离起飞。蒸汽弹射装置从结构而言较为复杂，包括了蒸汽系统、液压系统、起飞系统、归位系统、润滑系统以及控制系统等。

舰载飞机在从航空母舰甲板上起飞前，需要由位持器钢圈把尾部扣在一处坚固点上。当蒸汽弹射系统运作时，蒸汽由航空母舰上的锅炉输出，经增压后输入弹射装置唯一露在飞行甲板之上的滑梭中。被位持器扣住的飞机在起飞时需要开足马力，当蒸汽弹射系统一启动，飞机引擎的动力加之蒸汽的压力，令钢圈断开，飞机立即向前冲去，在短短数十米的距离内即可将时速提升至250公里每小时。当舰载机被弹射起飞并脱离滑梭后，滑梭回到原位，并继续推动下一架舰载机起飞。

从数量上来说，“福特级”航空母舰与“尼米兹级”航空母舰一样，都装载有四部弹射器。但两者在设计理念和技术层面上有着显著的区别。由于舰载机在“尼米兹级” 航空母舰第四号弹射器时，其机翼已接近甲板边缘，这也导致该级航空母舰的四号弹射器无法弹射满载起飞的作战飞机。为了提升舰载作战飞机的出动能力，“福特级”航空母舰对飞行甲板的构造进行了改进，从而令其第四号弹射器能够弹射满载起飞的作战飞机。

“尼米兹级”航空母上所用的蒸汽弹射系统，其体积和重量均较大，不仅需要消耗大量的海水，还需要大量的人力和资金进行维护和更换，这显然不利于长时间的海上持续作战。此外，由于在弹射过程中需要消耗大量的蒸汽，“尼米兹级”航空母舰在连续弹射出几架满载起飞的作战及飞机后，其航速就会受到较大的影响，从而限制了下一个攻击波中能够出动的战机的数量。蒸汽弹射系统的最大局限性，还在于其输出功率有限。“尼米兹级”航空母舰采用的蒸汽弹射方式，决定其只能弹射载重30吨以下的舰载飞机，难以满足舰载机未来发展的方向。加之蒸汽弹射系统存在功率无法调节的限制，只能有效弹射重量较轻的无人机。若要进行强行弹射，很可能会造成飞机受力过大，从而影响其服役时限。

在此情形下，美军在其最新型的“福特级”航空母舰采用了前沿的电磁弹射技术，以规避和完善当前“尼米兹级” 航空母舰蒸汽弹射系统所存在的实际问题。所谓电磁弹射技术，即是采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外进行运动。电磁弹射技术的主要应用是大载荷物体的短程加速，其起步与发展相对较晚，目前在航空母舰的舰载飞机起飞弹射上已得到高度重视和应用。相较于蒸汽弹射系统，电磁弹射系统不需要使用蒸汽来驱动活塞，而是使用电来驱动。同时，电磁弹射技术的容积小、效率高、质量轻，对航空母舰上的辅助系统相对要求较低，且运行和维护的费用较为低廉。在功率损耗方面，电磁弹射系统要远小于蒸汽弹射系统。其可控性能也优于蒸汽弹射系统。当蒸汽弹射系统的蒸汽阀门打开后，飞机起飞的弹射过程中基本无法控制。但电磁弹射的全过程均可以有效掌握，并可根据不同机型、飞机速度与负载变化等进行调整。这也使得电磁弹射技术成为了未来航空母舰发展的核心技术之一。

电磁阻拦技术的应用

除了将重型飞机送上天空外，如何能够令舰载机顺利降落在航空母舰甲板上也是一项困难重重的任务。舰载飞机在运动的航空母舰上降落，其风险之大、难度之高，被全世界公认为“刀尖上的跳舞”！通常情况下，陆地机场的跑道会长达数千米，而航空母舰上的甲板长度不会大于300米，可供利用的降落距离仅有100米。然而，舰载机降落的速度却高达300公里每小时。在如此高的速度、如此短的距离，再加之随时处于颠簸中的航空母舰，如果没有航空母舰阻拦系统，现代喷气式飞机在航空母舰上的安全着落显然是一项难以实现的“天方夜谭”。航空母舰上安装的阻拦系统，能够有效帮助舰载机在极短的距离内强制制动。

“尼米兹级”航空母舰所使用的是液压式阻拦系统。其由液压缓冲系统、制动器具以及冷却系统共同组成。当舰载机降落时，其机尾钩挂上阻拦索后，阻拦索一边利用滑轮阻尼器来减缓飞机的速度，另一方面则持续将动能转化为压缩空气罐，从而令飞机趋于平稳并有效制动。不过，液压式阻拦系统的阻拦能力较为有效，但缺乏灵活机动性。面对不同的机型降落，航空母舰上的海军航空兵需要依靠人工对配重物进行更换，这也直接影响到了舰载机的出动频率。如果不对液压式阻拦系统予以适当的配重，在阻拦过程中产生的过大峰值拉力甚至可能造成飞机损坏。

为此，在全新的“福特级”航空母舰上，设计者采用了前沿的电磁阻拦技术。在这一技术中，阻拦机和电脑控制系统是最为核心的两部分。阻拦机的构成较为简单，包括了水力涡轮、感应电机、旋转轴以及机械制动装置等，在阻拦系统中起到吸能的作用。电子控制系统则包括了操作人员工作平台、维护人员工作平台以及动态子系统。该系统可以精准地对飞机阻拦着舰的即时受力情况进行分析和控制，并反馈给电动机后施予阻拦索合适的拉力，从而令舰载机在阻拦着舰的过程中能够获得更为平稳的力，进而也可控制舰载机在飞行甲板上制动的距离。作为电磁阻拦系统中的重要一环，阻拦索采用了新型轻质合成缆索，这不仅可以减少结构载荷，降低系统惯性，并可由此缩小滑轮减震装置的尺寸。

电磁阻拦技术的工作方式主要可以分为两个环节。第一个环节也就是初始接触阶段时，舰载机的机尾钩一旦与阻拦索相接触后，其就会牵动阻拦索，进而带动换轮索牵出，并令旋转轴转动。这一工作的关键，是为了令舰载机和阻拦索之间得以平稳接触。在实现了第一环节的既定目标后，第二环节则是如何对于舰载机的动能吸收。舰载机在降落时，其自身带有极大的动能。电磁阻拦系统中的水力涡轮、感应电机和摩擦制动器就是为了吸收舰载机的动能。通常情况下，水力涡轮和感应电机正常工作，即可吸收舰载机的动能，并实现飞机的安全着舰。可是一旦发生水力涡轮或感应电机不能正常工作，阻拦机的摩擦制动器就作为备用的吸能装置，以保障电磁阻拦系统的安全、可靠。较之液压式阻拦系统，电磁阻拦系统更为简洁、可靠，且无需大量的人力、物力进行维护，令其维护成本得以大幅度降低。

无论是电磁弹射技术，还是电磁阻拦技术，都是用于提升航空母舰战斗力的关键技术和措施。考虑到航空母舰在未来会搭载有各类无人飞机，前述新技术的应用，也可为未来航空母舰的发展奠定重要基础。

航空新技术论文:遥感及航空摄影测量中的新技术探讨

摘要：随着当前生产的发展需求，大比例尺航测成图技术的应用在国内各城市测绘单位快速得到推广应用；同时一些与航空摄影测量和遥感相关的测绘高新技术也在不断的投入。本文首先对摄影测量与遥感的发展的重要作用进行阐述，进而分析遥感及航空摄影测量中的新技术以及应用。

关键词：遥感技术；航空摄影测量；新技术；应用

一、摄影测量与遥感的发展的重要作用

从摄影测量与遥感的发展来看，在近三十年来，摄影测量与遥感技术已经进入了测绘、农业、林业、水利、气象、资源环境、城市建设、海洋、防灾减灾等各个行业，在国民经济发展中发挥着越来越重要的作用。从上世纪七十年代后半程起，摄影测量已经开始从模拟摄影中跨越出来，已经进入了数字摄影阶段，摄影测量正在经过传统测绘技术向数字化测绘技术体系的转变。

（一）摄影测量与遥感有利于推动测绘技术的进步

从二十世纪七十年代后期开始，我国的摄影测量经过了一个系统的转变。摄影测量逐渐从模拟摄影测量转化到解析摄影测量，并最终进入到了数字摄影测量的发展阶段，也标志着我国的传统测绘技术体系的解体，新的数字化的测绘技术体系的兴起。

首先，从数字影像的类型来说，我国目前已经建立了数字正射影像（DOM，Digital Orthophoto Map）、数字高程模型（DEM，Digital Elevation Model）、数字线划图（DLG，Digital Line Graphic）、数字栅格图（DRG，Digital Raster Graphic），同时还有其他相应的地名数据库与土地利用数据库，多样化的数据库与模型为摄影测量在现实生产生活中的应用提供了可能性，推动了测绘技术的发展。

其次，国家利用摄影测量与遥感技术绘制了大量各种比例尺地形图。除此之外，还建立了大量的全国级别的基础地理信息数据库。例如1：1000000、1：250000、1：50000比例尺级别的地理信息数据库；除了国家级外，省一级的1：10000比例尺级别的基础地理信息数据库、市县级1：500至1： 2000比例尺级别的地理信息数据库等等。

另外，我国应用陆地卫星TM数据、中巴卫星数据等，于上世纪80年代中期、90年代中期和末期完成了全国土地利用调查，并建立了业务运行系统，具有每年耕地数据动态更新和每五年土地利用数据全面更新的能力。现正在利用高分辨率遥感数据，开展第二次全国土地详查工作。我国还利用彩色红外遥感数据开展地质找矿应用研究，并成功地在新疆博罗霍乐北山地区发现矿藏。

（二）摄影测量与遥感有利于提升

空间数据的获取能力经过近50年的发展，我国在空间数据获取能力方面有了巨大的提升。研发了具有自主知识产权的遥感数据处理平台，以此为核心建立了国产卫星遥感影像地面处理系统，并开展了定量遥感反演研究，为形成我国独立自主的对地观测数据获取、信息处理与分发服务体系奠定了基础。

首先，从数据获取能力方面来看，在国家973与863计划的支持下，成功研制了一系列传感器，发射了50多颗对地观测卫星，包括气象卫星、海洋卫星、资源卫星、通信卫星、导航定位卫星、返回式陆地卫星、科学实验卫星等，组成了风云、海洋、资源和环境减灾四大民用系列对地观测卫星体系，从地球同步轨道和太阳同步轨道上实现了对地球的多平台、多传感器观测，可以获取地球表面不同分辨率的光学和雷达图像，并将对地观测数据应用于气候、大气成分、水循环、植被变迁、海洋现象、自然灾害等地球空间环境变化的监测。

其次，在数据储备方面，已经积累覆盖全国陆地、海域以及周边国家和地区1500万平方公里的地球表面数据。

二、几种测量新技术的应用探讨

（一）GPS在航空摄影中的应用

（1）GPS用于航摄飞机导航

在航空摄影测量获取航片的过程中，航空摄影飞行必须按航摄计划中的要求，在一定的高度沿设计的航线飞行，以保证所得影像具有一定的摄影比例尺、航向重叠度及旁向重叠度。随着GPS的广泛应用，已普遍使用GPS对航空摄影飞机进行导航。

（2）GPS辅助空中三角测量中的导航与定位

GPS辅助空中三角测量的目的是利用GPS精确测定的摄影曝光瞬间航摄仪物镜中心的位置，将所测数据应用于摄影测量内业加密，以便尽可能减少对地面控制点的数量要求。用于确定摄影曝光瞬间航摄仪物镜中心的位置时需采用高精度相位差分的GPS动态定位方法，其实时差分定位可用于摄影导航，而确定航摄仪物镜中心的位置则利用布设在地面的2～3台GPS基准站的观测数据进行后处理获得。目前已采用QPS/IMU。

（二）LIDAR激光测高扫描系统的应用

LIDAR激光测高扫描系统利用GPS辅助空中三角测量技术，可以减少地面控制点，缩短作业周期，降低成本，可以真正应用于困难地区、无图区及边境区的基础测量。利用该种测量技术，在有地面控制点的四角带，完全可以满足1∶10000比例尺的地图精度要求；在地面特征丰富、影像较好时，可以达到1∶50000比例尺的精度要求。这种测量技术对于实施西部大开发战略、完善国家基本地形图有重要意义。

（三）机载侧视雷达技术的应用

机载侧视雷达是利用装于飞机机身两侧或下方的天线，随着飞机向前飞行而扫描飞机下方两侧的带状地面，进行高分辨率地形测绘的雷达。飞行器上的侧视雷达包括发射机、接收机、传感器、数据存储和处理装置等部分。侧视雷达具有下列特点：

（1）具有全天候工作性能；

（2）分辨率高，所摄照片清晰；

（3）覆盖面积大，提供信息快，把飞行中连续拍摄的照片拼接起来可构成大面积的地形图；

（4）不易受干扰

航空新技术论文:浅析航空摄影测量新技术的应用与发展

摘要：随着科学技术的进步与发展，航空摄影测量新技术被广泛应用于城市地形图测绘中，并取得了重大的成果。本文针对我国航空摄影测量的发展历程，分析我国航空摄影测量新技术的应用及注意事项，从而推动我国航空测绘的发展。

关键词：航空摄影测量；新技术；应用；发展

航空摄影测量即是在飞机上利用航摄仪器对地面进行连续拍摄，绘制地形图的过程，其原理是利用航摄仪器的摄影光束相交而确定地面点的位置。随着科学的进步，以及社会建设中对土地利用的现状，航空摄影测量技术在不断得到创新和完善，并推动了航测行业的发展。

一、我国航空测绘的发展现状

我国对航空摄影测量技术的应用可以追溯到20世纪80年代。当时，我国各大城市开始应用航空摄影测量技术进行对城市大比例尺地形图的测绘，以便科学合理的使用土地。在城市化进程以及生产的需要中，大比例尺城市测绘技术被广泛应用于各城市测绘企业单位。在科学技术不断发展的今天，数字化技术迅猛发展起来，在航空摄影测量技术上，涌现出数字航摄仪DMC、IMU/DGPS新技术、LIDAR 激光测高扫描系统、雷达等先进技术设备，为城市大比例尺地形图的测绘创造了更多的技术条件，不断推动着航测行业的发展。然而，受诸多客观因素的影响，我国航空摄影测量技术力量还相对薄弱，其测绘精确度仍有待落实，航测工作有待进一步完善。

二、航空摄影测量主要新技术的应用

1、对数字航摄仪DMC的应用

数字化技术是现代信息社会不可或缺的技术手段呢，无论对人们生活和社会各项工作的开展都起到不可比拟的作用。而数字航摄仪DMC也是在数字化的基础上创造的航测产品，它是一种用于高精度、高分辨率的航空摄影测量的数字相机系统。这一航空相机摒弃了传统胶片相机的设计思想，由四个全色传感器及四个多波段传感器组成。其四个全色传感器用于捕捉每一个设想的特定区域，从而确定一个大的镶嵌影像；四个多波段传感器则主要用于捕捉红、蓝、绿色及进红外数据。因此，航摄仪DMC能满足小比例尺和高分辨率大比例尺航摄的需求。与此同时，在低空进行测绘时，DMC能够在无人控制的情况下实现机动、快速的摄影测量，其测量精度高。

2、对IMU/DGPS新技术的应用

IMU技术是惯性测量单元的简写，主要是由陀螺、加速度、电路构成，它能够独立提供高精度的导航参数，同时具有抗电子干扰、隐蔽性好等特点。但这一技术的不足之处在于不适合长时间单独飞行，否则容易造成导航位置参数的误差。而大家熟知的GPS全球定位系统功能强大，被广泛应用于航空摄影测量、工程测量等诸多领域。因此，将IMU与GPS集成起来构成组合导航系统，能有效提高系统的导航精度与其测绘性能，就是目前的IMU/DGPS航空摄影测量系统。这一新技术的应用能够减少地面控制的工作，提高了测绘效率，并降低了在高山荒漠等区域测绘的危险性，推动了航测事业的发展。

3、对LIDAR 激光测高扫描系统的应用

对LIDAR 激光测高扫描系统的应用，主要是针对困难地区、无图区及边界区而实施的新技术。该技术主要利用GPS辅助空中三角测量技术，从而减少地面控制点，完成对外空难度大的测绘区高精度及大比例尺的测绘工作，这一技术的应用有利于缩短作业周期，减低生产成本而提高生产效率。这一技术对于实施我国西部大开发战略、完善国家地形图有深远的意义。

4、SAR合成孔径雷达成像系统

SAR合成孔径雷达成像系统具有高分辨率的成像技术，不受客观恶劣天气条件的影响便能获取空间数据，大大改善了对困难地区地形图绘制的困境。这一成像系统的使用原理是将合成孔径雷达安置于飞机上，利用孔径雷达发射微波对地面目标扫描，从而经过对空间坐标的计算，记录回波特性得出地面目标的空间特性，再经过数据处理成像。这一系统的运行主要由天线系统、数据记录系统、监控系统、发射与接收系统协调运行而完成。

三、对航空摄影测量技术应用的和主要注意事项

1、落实测绘区选点工作

航测人员在开展航空摄影测量工作过程中，运用IMU/DGPS作业的前提必须对测绘区做好现场踏勘的选点工作，这一选点工作要按照前期设计图纸要求并结合GPS定位测量范围的选点要求进行实地选点定位。选点的点位要位于交通方便、便于安置设备便于埋石操作的区域；点位还要在视野开阔的地方，避开建筑物及水域便于信号及电磁波的传输。同时，点位之间还要做好加密与联测工作，以便测量工作的连续开展。

2、确定航摄仪、比例尺及航高

在航空摄影测量工作开展之前，首先要做好航摄仪、比例尺及航高的选择与确定工作。在选择航摄仪时要优先考虑其性能质量，进而保证航摄资料的准确性。在确定比例尺时，首先要按照国家对大比例尺地形图航空摄影标准并根据当地地形实际与相应的精度要求，以及配套仪器的利用，综合确定航摄比例尺与航高数据。

3、策划检校场的布设方案

检校场的布设方案主要针对IMU /DGPS 系统设备生产商而言的，这些生产商在从事 IMU /DGPS 系统设备生产过程中对于检校场的布设方案的策划，一般要考虑达到如下工作的因素：检校场要根据比例尺大小设置相邻的平行航线；检校场要能保证航向重叠和旁向重叠都是60%；采用直接定向法，使航测高度与摄区高度一致；对于检校场的位置可以选择在离摄区较远的区域或摄取中任意两条航线位置等。

四、结语

在科学技术迅猛发展的今天，我国航空摄影测量实现了岁数字测绘技术的应用与完善，取得了相应的进展。但是，我们也应看到在航空摄影测量新技术应用方面较西方先进国家还有很长的距离。我国的航测领域应该在认识航摄新技术优点的同时，找寻并探索其对于该技术应用中应注意的问题，有针对性的做好航摄工作，提高航摄效率，保证影像质量，进而推动整个数字摄影测量事业的发展，满足社会经济发展和环境的可持续发展需求。

航空新技术论文:航空摄影测量中新技术应用与发展

摘 要:随着科技进步,航空摄影测量技术广泛应用于城市测绘、复杂地形及国界等测绘区域。目前,航空摄影测量技术发展迅速,测绘技术向数字化转变,出现了数字航摄仪DMC、IMU／DGPS新技术、LIDAR激光测高扫描系统等摄影测量新技术。本文首先简要论述了航空摄影测绘技术的意义与研究现状,然后详细分析了数字航摄仪DMC、IMU／DGPS新技术、LIDAR激光测高扫描系统等摄影测量新技术的应用与发展。

关键词:航空航摄仪；新技术；应用与发展

引言

自20世纪80年代,航空摄影测量技术陆续应用于我国各个大城市测绘城市大比例尺地形图。随着生产发展的需要,各城市测绘单位,在航测机构增添航空摄影测量业务,大比例尺航测成图技术在国内各城市测绘单位得以快速的应用推广。目前,随着数字航摄仪DMC、IMU／DGPS新技术、LI-DAR激光测高扫描系统等摄影测量新技术的应用,航空摄影测量技术逐渐成为大比例尺地形图的主要测绘方法。但是,航空摄影测量技术应用于地籍测绘领域时间短,加之航测本身的技术缺陷以及测绘精度问题,有时仍然难以达到预期目标。

一、航空摄影测量技术的分类

（一）按处理方法分

在航空摄影测量技术的分类中按处理方法可分为模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量。模拟摄影测量通过模拟测量的方式，使测量达到最真实的效果，同时减少了使用过程中的出错率，用模拟的方式实现了对实际的掌控能力，使技术取得最好的实用效果。解析摄影测量是指通过对形状、大小、和数据进行解析达到对综合数据的了解，使出现的问题和错误得到改善，并增加对具体内容的了解，让数据达到还原效果，增加图像的准确率，并通过分析和应用提供最真实的影像和数据，更好的为地形摄影和非地形摄影的发展服务。数字摄影测量使测量的结果更接近于对数字的掌控，通过对数字摄影的掌握加强测量的数字化能力，通过对数字及影像的综合处理达到理论和实际的有效结合，使摄影测量达到数字化和科学化，使数据更加准确，更加接近测量的实际。

（二）按研究对象分

在航空摄影测量技术的分类中按研究对象可分为地形摄影测量技术和非地形摄影测量技术。地形测量是指对地形图的测绘过程，通过对地表和地形在水平面的投影中显现的数据，把数据按比例尺进行缩放来实现摄影和测量的目地。地形的测量一般采用航空摄影测量技术，在飞机上就可以拍摄和掌握各种测量数据，实现数据和图像的高标准。非地形测量不以地形测量为目的，而是通过对各种指标的精确测量使理论知识更加丰富，它为生物领域、军事领域、建筑领域、矿山工程领域、文物领域的发展提供更多的理论基础，使各领域的技术得到发展，并通过摄影和测量使这些领域得到实际的发展，使非地形测量应用到这些领域中，取得更长远和丰富的发展。

（三）按摄影的位置分

在航空摄影测量技术的分类中，按摄影位置进行分类，包括航天摄影测量技术、航空摄影测量技术和地面摄影测量技术。其中航空摄影测量技术通过航天摄影来完成整体测量，要根据具体的测量对象进行不同的研究。航天测量的测量距离相对更远，技术水平也更难达到标准，对摄影及测量人员的要求也更严格，并且环境造成的干扰对摄影的影响也更大。工作人员需要更精细的测量，并对地形进行精准的勘测，来保证摄影测量技术符合测量和勘测的规定。航空摄影测量技术是指在空中进行摄影并根据比例尺对具体的距离进行计算的过程，航空摄影测量一般是在飞机上。而地面摄影测量技术一般需要对摄影进行处理，使形状、大小等综合数据达到预期的效果，通过采用地面测摄影测量技术使很多难以测量、难以勘测、难以计算的地形得到勘测，很多大坝和地形复杂铁路的测量就采用地面摄影测量技术，它攻克了地形勘测带来的危险，为地域勘测服务。

二、航空摄影测量技术的任务

（一）非地形测量

在非地形测量中不以地形测量为目的，而是通过对各种指标的测量促使理论知识更加丰富，达到为各种领域服务的目的。非地形测量的发展促进了生物领域的发展，使生物医学领域可以通过对地形的利用，取得更多的生物医学资源，带动更长领域发展。同时也有利于公安机关侦破案件，通过对非地形的勘测，了解罪犯的藏身之处，和犯罪窝藏点，使案件得到侦破。在文物和建筑领域也得到了发展，很多文物就存放在复杂的领域内，通过测量可以找到它们的位置，开垦出更多的古文物。非地形测量也有利于军事侦查，通过非地形测量检查各军事地点，保证军事地域内没有军火和其它领域的军事人员。

（二）地形测量

地形测量指加强对地形图的了解，通过对地表和地形在水平面投影来掌握数据，按比例尺进行准确的缩放，以此达到测量的目的。在测量中第一点要掌握具体的数据和具体的图像，按照比例尺来还原真实的指标，要建立专题的图片，对各种地图要进行了解，掌握各种硬件条件，要了解具体的摄影影像，对各种图形要分类型掌握。第二点，要建立相关的数据库，通过对数据的掌握，通过对数据的分类、筛选和汇总来了解各种数据的不同，了解测量的变化，使数据可以互相参考、互相借鉴，达到为测量服务的效果，达到测量的数字化。数据库的内容要系统化，方便管理人员查阅和掌控。

三、航空摄影测量的要点和作业方式应用

（一）质量检查准确，成果提交合理

在航摄摄影测量的最后阶段要对质量进行高标准的检查，对整体的过程进行准确核实和分析，达到整体质量的准确性，在最后的检查中一定要严把质量关。针对作业方式要加强各步骤的联系，区别各步骤的不同，对内容进行整体计算，并对结果进行重复的分析，使结果符合真实的效果。要对数字精度、数据完整性和准确性进行检查，检查的单位是质量检查机构，对检查和验收工作要合乎规定，以合同为根据。在检查合格后进行相应的验收工作，当检查资料不合格时验收单位可以拒绝验收。当核实无异议后要把成果提交给相关部门，提交过程中要把内容标记的详细些，确保相关部门能够根据数据开展以后的工作，作业方式也要列出相关数据和相关表格，使内容清晰易懂。

（二）空中采集准确，数据处理合理

在航空摄影测量中要对控制采集的数据和图像进行准确的处理，采集过程要正确，作业方式要符合标准，通过找准正确的距离和采用正确的拍摄方式，使效果更真实、更具准确性。拍摄人员也要掌握合理的拍摄方法，针对不同的高度，拍摄的方法也要有所不同。同时对数据的处理也要合理，要经过科学的研究和科研人员的重复计算，实现对不同数据的合理分析和比较，使航空摄影测量任务完美的完成。要在飞机上安装摄影仪，对地面垂直拍摄，获取相片或影像，使数据采集向自动化和数字化方向发展。数据处理过程中用绘制比例尺进行空中测量，用模拟法和解析法测绘，使精度和质量达到高标准。要用正确的采集方式取得最优异的内容，并通过科学的数据处理，达到整体测量的准确性。

（三）航摄准确，航摄设计合理

在航空摄影测量中要对航摄进行精准的计算，促使其它指标合理发展，并且要加强对航摄的设计。作业方式要通过找准目标和进行合理角度的拍摄实现精准化计算。拍摄过程一定要符合实际，通过合理的比例来还原数据和图像 , 要加入大比例尺的数字图，提高航摄的精度要素，提高航高、比例尺、焦距和影像质量，通过上述要素加深设计的合理性。还原的方式一定要合理，数据和图像设计也要有根据，要根据具体影像来开展数据和图像设计，测量不要局限在绘画图上，需要信息性的影像图件。要用科学的方式和科学的设计达到预期标准，实现测量的目的，实现测量的高标准，使作业方式合理的完成。

结束语

随着计算机技术和互联通信技术的发展,航测技术由模拟测绘向数字测绘转变,由计算机代替“人眼”,迈向信息化测绘时代。航空摄影测量已成为当前大比例尺地图绘制技术中的热门话题,各种航空摄影新技术一定会逐步完善。根据航摄地区的特点选择合适的技术获取影像,极大地提高航摄效率,缩短获取影像周期,提高影像质量。

航空新技术论文:航空摄影测量新技术的应用与发展

摘要：伴随着计算机以及互联网通信相关的技术的开发与研究，航空摄影测绘技术已经从模式测量朝着数字化测量转化，从而做到了运用高科技技术来代替人进行测绘，令摄影测绘全面地走进数字信息化的测绘阶段。本文对航空摄影测量新技术的应用与发展进行了分析探讨。

关键词：数字航摄仪；DMC IMU/D GPS；激光测高扫描系统

引言

航空摄影测量就是在航空器中安装摄影仪器，进而在空中对需要测量的地形进行摄影。随着我国经济的发展，地形变化的速度非常快，同时由于我国地形结构复杂，依靠传统的测量技术很难对特殊地形进行实地测量，因此借助航空摄影技术可以实现对复杂地形的测量，并且航空摄影测量可以缩短测量工作周期，提高测量数据的准确。

一、航空摄影测量技术的任务

目前我国航空摄影测量技术的任务主要包括对地形面貌的测量和非地形测量两种：

1、地形测量

地形测量是航空摄影测量的主要任务，它是通过对测量地形的摄影，加强对地形的了解，并且按照比例尺寸对摄影的对象进行准确的浓放，以此实现测量的目的。在地形测量中需要做好以下三点工作：一是要保证摄影图形的具体数据和图形，并且按照预定的尺寸比例对航空摄影的图片进行数据还原，并且根据还原的数据图像，建立相应的图片库；二是要建立数据库，航空摄影要根据对地形的数据分析建立相应的数据库，掌握数据的不同分类以及数据之间参数的变化情况，以此实现在航空摄影时实现测量的数字化；三是积极掌握测量地形的相关数据，并且根据掌握的数据情况完成对地形的整体测量，最后实现摄影图像的真实还原。总之在航空摄影测量的时候要进行合理的分工，保证摄影的图像数据真实、准确，使测量数据更加符合标准。

2、非地形测量

航空摄影测量技术不仅仅应用在地形测量领域，其还应用在许多其它领域。非地形测量不是以测量地形为目的，而是通过对地形的摄影观察地形的变化，以此更加地形变化发现其中的问题，比如航空摄影技术应用在军事领域中，就可以通过航空摄影技术对某一区域内进行军事侦察，以此观察该地形是否存在军事设备以及该地区的变化情况；航空摄影技术应用在工程领域，通过航空摄影技术可以对地形进行勘测，分析该区域是否存在矿物质等，以此实现对该区域的合理开发利用。航空摄影技术的非地形测量功能被越来越多的领域所应用，其发挥的价值也越来越大。

二、航空摄影操作的关键和方式应用

1、摄影精确，设计科学

在航空摄影测绘的过程当中需要先对摄影实施准确的计算，从而令别的相关要求都有一个很好的发展，同时需要注意的是要优化航拍的设计。摄影办法是要先确定好摄影的地点以及实施一个适合的角度摄影从而能够进行准确的设计计算。进行摄影测绘必须要切合现实情况，利用适合的比例来对收集到的数据以及图像进行还原，此外还需要添加一个大比例尺的数字图，增加摄影的准确因子，增强摄影高度、比例尺、以及摄影的焦距以及图像的清晰度，经过以上的因素从而对摄影设计进行优化。另一方面，对图像进行还原的方案必须要是科学合适的，图片以及数据的收集设计需要有根有据，需要依据实际的图像从而进行数据以及图片的收集相关设计，测绘不能仅仅关注在绘制图像上，应当具有数据性的图像视频。

2、收集精确，处理科学

在航空摄影测绘过程当中需要对摄影器械摄影收集到的数据以及图片实施精确的计算分析，收集的方式要合理，满足相关的指标要求，利用精确的定位以及摄影的方式是科学合理的，从而使摄影的结果更加的切合实际情况、更加的精确。另一方面实施摄影的相关作业人员也需要对于摄影的方法有个准确的认识，根据摄影的高度不同，所采用的摄影办法都要根据实际做出调整。同样需要关注的是相关数据的处理方式，处理方式需要通过反复的分析探究以及相关人员的反复推算，从而可以完成对于各种数据的科学统计分析，因此令航空摄影测绘工作能够很好的被执行。航空摄影首先要在使用的飞机外体组装好测绘过程当中所需要使用到的相关装置，因此能够对地面实施竖直摄影，从而得到有关的图像视频，指导数据的采集朝着自主化以及数字化方面进行开发。

3、质量检测精确，结果提交科学有效

在实施航拍测绘的最终阶段需要针对收集到的相关数据实施高要求的检测，对于摄影的整个过程实施精确审核以及研究，从而达到整体的质量准确性标准，此外在最终阶段的检测作业中必须要把控好质量的这个标准。针对摄影的方式要增加每个操作单元智联的相互联系，能够分辨出各个操作单元之间的异同点，对于摄影的具体项目实施整体的计算，同时对于计算得到的结果要进行多次推导验证，验证结果是否符合实际情况，增加其真实性。此外对于数字的准确度、数据的完整性以及精确性都要实施验证，而进行验证的部门都是相关的质量检测部门，对于检测和验证的过程都需要依照相关的要求，将合同中的规定作为依据。在检测合格之后再实施相关的验证，如果出现检测资料不达标则验证部门能够拒绝验证。

三、航空摄影测量新技术的应用

1、数字航摄仪DMC

DMC航空摄影相机是利用四个多频率的接收器分别接收红、蓝、绿三色光以及近红外数据；而四个全色传感器分别捕捉的影像，依靠少量的重叠区域生成一个大的768013824镶嵌影像。此系统能够在各种光线环境中，通过调整相机的曝光时间，保证图片的质量，该系统对于地面的分辨率能够达到5cm。低空数字航空摄影测量以2000万像素以上的小像幅数码相机为传感器，采用无人飞机进行低空航摄，具有机动、快速、经济等优势。此种技术可以在较短的时间内获得部门地区较为准确的高分辨率的数字图像，另外对于天气以及机场的依靠性较小，目前已经被广泛的应用在应急保证、防灾减灾、图形测绘等方面。

2、IMU/DGPS辅助航空摄影测量技术

GPS，即是全球定位系统，运用在航空摄影测绘后，利用空三素的办法得到角元素，从而完成了部分直接得到投影光束。IMU/DGPS，即是惯性测量单元/差分GPS，运用在航拍之后，能够直接取得三个线元素以及三个角元素，极少需要甚至不需要地面控制点就能够实施航空摄影测绘，从而大大的简化了摄影测绘工作。IMU/DGPS协助航空摄影的工作原理是利用了IMU、DGPS两种新技术的综合分析验算，从而得到了具有十分高的准确度的航空摄影测绘相关的概念、技术以及方案。

这种摄影方法的工作方式是首先利用组装在飞机外体上的GPS接收装置或是地面站点的GPS接收装置，进行持续的并且同步的检测太空中的GPS卫星信号，接下来是利用GPS载波相位测绘差分定位技术的协助从而得到了航空摄影仪的有关定位数值。IMU/DGPS技术能够直接的得到每一张摄影到的图片外方位元素，把其当作加权检测值参加到摄影测绘区域网的平差，因此得到了准确度更加高的图片外方位元素结果，这种测绘的方法叫做IMU/DGPS协助航空三角测绘方法。高准度的差分GPS与惯性测绘部分得到航拍的曝光时间的图像定位期空间位置，之后再针对去实施变差的更正，因此得到个各张图片的高准度外方位元素的方法称作直接定向法。

3、LIDAR激光测高扫描系统

LIDAR激光测高扫描系统通过GPS辅助空中三角测绘技术，能够减小地表的控制点，减短测绘时间，降低成本，可以真正应用于困难地区、无图区及边境区的基础测量。

结束语

航空摄影测量技术的发展，为我国的经济发展提供了重要的贡献，带动了测量技术的发展。航空摄影测量技术的广泛应用，突破了地形复杂、摄影周期长等一些弊端，促进了我国测量事业的发展。

航空新技术论文:“地沟油”华丽转身新技术助其成为航空用油原料

“民以食为天”，中国人痛恨“地沟油”危害食品安全，却每天制造出成千上万吨的餐饮废油。如今能源技术的进步，给中国人带来了福音――“地沟油”转换成航空生物燃料。每多一千克“地沟油”转化成航空油，也就意味着餐桌上少了一份用“地沟油”回收做出来的“口水菜”！

2014年8月14日，波音中国公司在北京召开航空生物燃料油研讨会，并在会上宣布，波音与中国商飞合作的“废气油脂”（包括地沟油、食用油边角料、餐饮废油等）研究项目正式进入到了筹建“中试车间”阶段，最早于八月底开通一条日产500千克航空生物燃料的生产示范线。

2012年8月16日，波音公司正式与商飞合作成立了节能减排技术中心，中心的第一个项目就是研究如何将“地沟油”转化成航空燃油。该项目在此前的一年当中均处于试验阶段，试验目的是为了打通“地沟油”转变成航空油的技术路线。然而餐饮废油变航油，波音-商飞并非首例，国外有荷兰航空的成功案例，国内也有中石油1号生物航煤的技术先例，波音与商飞之所以耗费一年多时间打通技术路线，是因为中国的“地沟油”与其他生物油脂存在不同的特性。

荷兰航空旗下SkyNRG与中石油1号生物航煤采用的多为石油化工技术路线，比较适用于结构较稳定，成份较纯的餐饮废油，如肯德基，麦当劳炸鸡剩下的油。而波音与商飞此次针对具有“中国特色”的”地沟油“采用油脂化工技术路线，其目的是为了适应中国八大菜系，蒸煮炒爆涮等各式各样烹饪手法所遗留下来废油。如全国闻名的重庆火锅，最地道的做法就是用一锅被重复利用的老油涮食，试想火锅废油的成份会何其复杂！

解决这些“成份复杂”难题的最佳办法就是“去除杂质”。中国商飞-波音航空节能减排技术中心对此已研发出相适应的解决技术路线：“我们将首先对其进行去杂质处理，得到成份较纯的中间产品，之后再利用优化过的催化剂工艺对其进行转换。”

目前，中国商飞-波音航空节能减排技术中心已成功利用“地沟油”转换出了一定量的航空油，转换比例在40%左右，即100万千克“地沟油”可转化成40万千克航空油。但不得不承认，该转换技术在成本上仍需进一步优化，因为相对普通航油，“地沟油”转换航油的成本是其2倍左右。

在大多数人眼中，那些脏乱差的“地沟油”应该是一文不值，但事实并非如此。事实上，目前“地沟油”的收购并不容易，价格也远非我们想象的那么廉价。从食堂、餐馆回收的泔水价格很低，但现在并没有形成行业性的集中回收，而是被一些不法商贩零散回收炼制成泔水毛油获利，转手又卖回餐馆，扰乱食品安全环境。

对于民众一直期盼的“地沟油”转航油，其成熟商业化运作仍需要企业技术研发，社会自觉回收，政府政策扶持等多方面的持续努力。但好消息是通过诸如波音中国，中国商飞与中石油这类有社会责任感的企业的不懈努力，该事业离商业投产又更进了一步。

航空新技术论文:航空摄影测量中新技术应用与发展

摘要：随着测绘技术、信息技术和计算机技术的迅速发展，航空摄影测量技术也有了前所未有的发展和进步，其空间数据获取已从单一的野外测量发展到内外业综合以内业为主的采集方式。本文首先简要论述了航空摄影测绘技术的意义与研究现状，然后详细分析了数字航摄仪DMC、IMU／DGPS新技术、LIDAR激光测高扫描系统等摄影测量新技术的应用与发展。

关键词：航空摄影测量；新技术；DMC；LIDAR

引言

摄影测量指的是通过影像研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。它的主要任务是用于测绘各种比例尺的地形图、建立数字地面模型，为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。自20世纪80年代，航空摄影测量技术陆续应用于我国各个大城市测绘城市大比例尺地形图。伴随生产的不断发展，各航测机构都开始增添航空摄影测量业务，在我国个城市测绘单位中，大比例尺航测成图技术得到了广泛应用。

一、数字航空摄影测量的最新进展与应用领域

从本世纪初数字航空相机问世开始，ADS40、DMC、UCD、SWDC等航空摄影仪相继出现，近些年，GPS技术、惯导技术、数码扫描、激光扫描、雷达等高精端技术跟航空摄影联系紧密，产生了很多新的航空摄影技术，比如GPS辅助航空摄影技术、IMLJ（POS）/DGPS辅助航空摄影技术、运用高解像率的CCD阵列将胶片替换，获取地面的地物地貌光谱数字信息的数字航摄仪、SAR合成孔径雷达成像系统、LIDAR激光测高扫描系统等，都在很大程度上促进了数字航空摄影测量的良性发展。

二、数字航摄仪DMC

数字航摄仪(DigitalMappingCamera)简称DMC，是用于高精度、高分辨率航空摄影测量的数字相机系统（如图1）。基于替代胶片相机的设计思想，DMC具有历史意义的技术突破。DMC数字航空相机由8个内部传感器组成：4个全色传感器与4个多波段传感器。4个多波段传感器一个捕获红色数据，一个捕获蓝色数据，一个捕获绿色数据，一个捕获近红外数据。4个全色传感器每个捕获一个影像的某个特定区域，区域之间有少量重叠以便形成大的7680×13824镶嵌的影像。所有传感器的动态辐射分辨率均为12比特。

一次飞行中由4个全色传感器获取的数据产品：全色、真彩色与彩红外。还有由4个多波段传感器获取的分辨率为2048×3072数据产品：真彩色、彩红外、四波段和近红外。通过获取相机影像数据，可利用PPS软件得到各类影像输出。DMC兼顾小比例尺与高分辨率大比例尺航摄业务的具体需求，其地面分辨率为5cm。这一系统可光线不同的条件下，用多种曝光时间来曝光，保证影像的质量。

（一）1：20000比例尺摄影的试验

为了对DMC数字航摄仪1：20000比例尺摄影的成图精度情况进行研究，在某处选取一个Ⅱ地形测段进行航摄，共30个像对。控制点的布设采取双五点法，基线数16条，运用GPS对控制点进行观测。用VirtuoZo进行内业加密，全数字摄影测量系统进行量测，采用PATBNT光束法软件来平差，加密精度统计如表1。

表1 1：20000比例尺摄影的加密精度统计

从统计的加密精度看，完全符合规范要求。运用JX4数字摄影测量工作站恢复立体模型来测图，之后跟该区域GPSRTK实地量测的72个显著地物点进行精度统计，平面误差是0.167m，高程误差是0.15m。

（二）试验主要成果

1、DMC航空摄影分辨率高，影像清晰，加密自动选点成功率较好，连接差小，碎玉提升加密精度十分有利，且测图地物判读精度高。

2、运用DMC相机进行航空摄影，可放宽其摄影比例尺到传统摄影比例尺的115~ 2倍。

3、可在传统布设方法基础上将控制点的布设降一个地形等级。

4、通过现有设备，完全可完成DMC摄影的成图作业。

二、IMU/DGPS辅助航空摄影测量技术

IMU/DGPS辅助航空摄影测量指的是运用装在飞机上的GPS接收机与设在地面上的一个或多个基站上的GPS接收机同步而连续地观测GPS卫星信号，通过GPS载波相位测量差分对技术获取航摄仪的位置参数进行定位，应用和航摄仪联系紧密的高精度惯性测量单元（IMU，InertialMeasurementUnit）对航摄仪的姿态参数直接测定，通过联合IMU，DGPS数据后的处理技术获取测图所需的每张像片高精度外方位元素的航空摄影测量理论、技术与方法。

IMU/DGPS辅助航空摄影测量的主要方法有直接定向法与IMU/DGPS辅助空中三角测量方法。

（一）直接定向法

运用高精度差分GPS与惯性测量单元（IMU），获得航空摄影曝光时刻影像的空间方位，通过校正系统误差，获取每张像片的高精度外方位元素。该方法就是直接定向法。

（二）IMU/DGPS辅助空中三角测量方法

把基于IMU/DGPS技术直接获取的每张像片的外方位元素，作为带权观测值参和摄影测量区域网平差，获取精度更高的像片外方位元素成果。该方法称为IMU/DGPS辅助空中三角测量方法。

四、LIDAR激光测高扫描系统

LiDAR（LightLaserDeteetionandRanging），是激光探测及测距系统的简称。用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是结合了激光技术和雷达技术的产物。主要是发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分构成的。发射机是各种形式的激光器；天线是光学望远镜；接收机通过各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外与可见光多元探测器件等。激光雷达用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法分直接探测和外差探测。

激光自身的测距能力就非常精确，其测距精度可达几厘米，而LIDAR系统的精确度不仅仅取决于激光自身因素，还由激光、GPS及惯性测量单元（IMU）三者同步等内在因素所决定。伴随商用GPS和IMU的不断发展，通过LIDAR从移动平台上（如在飞机上）获取高精度的数据已被广泛应用。

LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，从而被接收器接收。接收器准确地对光脉冲从发射到被反射回的传播时间进行测量。由于光脉冲以光速传播，因此接收器总会在下一个脉冲发出之前收到前一个被反射回的脉冲。因为光速为已知，传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度，激光扫描角度，从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向，就可能够对每一个地面光斑的座标X，Y，Z准确进行计算。激光束发射的频率能够从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例来说，一个频率为每秒一万次脉冲的系统，接收器将会在一分钟内记录六十万个点。通常情况下，LIDAR系统的地面光斑间距为2-4m不等。

激光雷达是一种在从红外到紫外光谱段工作的雷达系统，其原理与构造和激光测距仪非常相似。科学家将利用激光脉冲进行探测的称为脉冲激光雷达，把利用连续波激光束进行探测的称作连续波激光雷达。激光雷达的作用是可以对目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状进行精确测量，对目标进行探测、识别、分辨和跟踪。在多年的努力之后，科学家们已经研发出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等。

结语

我国航空摄影测量技术起步较晚，它用计算机代替“人眼”，在理论和实践中使数字摄影测量得到了快速发展，在三维可视化、GIS数据更新、数学近景摄影测量等方面它将会被应用的更加广泛。其发展使得胶片摄影被数字摄影所取代成为必然趋势，而新型数字航空摄影机的应用必将为航空摄影测量技术带来一次变革，并把我国航空摄影测量技术推向数字航空摄影时代。

航空新技术论文:探索民航空管新技术的应用情况

【文章摘要】

随着国家综合国力的提升，我国航空领域取得重大成就，民航空管新技术在现代高新技术的带领下，逐渐走向成熟；同时民航空管局也在尝试着改变发展模式，提高运行的安全性，以确保经济效益与社会效益的统一。在此民航空管新技术的应用发挥着不可代替的作用。

【关键词】

空管新技术；必要性；发展；问题

1 空管新技术应用的必要性

1.1 运输量逐渐提高为航空事业带来了巨大压力

改革开放以来，我国在航空运输领域有了很大突破，与往年相比，不管是安全性能还是技术层面都有了很大提高，同时我国也成为世界中航空总运输量排名第二的国家。根据最近几年的经济发展情况、以及我国现有的科学技术水平来推测，到二零一五年，我国的机队规模将超过两千六百架，全国的机场总数将增加到大约二百五十个，而每年的飞行次数将达到1143万，与二零一零年相比，将提高一倍。然而由于我国经济发展水平不平衡以及地理环境等因素的影响，我国的大部分机场位于华北、华东、中南以及西南这些地势相对优越的地区，随着技术条件的提高，西部等地质环境恶劣的这些地方，也将会感受到便捷航空带来的好处。正是这些运输需求的增加，对我国航空事业带来很大压力，这对于航空事业来说不仅仅是一次新的挑战，更是一次难得的机遇，因此空管技术的应用在很大程度上，促进了航空事业的快速发展。

1.2 航空运行环境复杂，有待进一步改善

我国的大部分机场，在建设过程中以及航线制定中，会受到当地经济发展水平的影响；一般情况下，机场建设地区是经济较为发达，或者具有非常显著政治地位的城市或地区，或者作为中转站而建设的，在机场运行过程中，会产生一定的放射圈，其中具有非常复杂的电磁波、地形特点等，这会在很大程度上影响到航空运输的安全性，再加上人民群众对航空运输安全性要求的提高，就增加了航空建设的难度。尤其是在西部地区一些机场的运行中，由于其经济发展水平有限、人流量有限，再加上地区环境十分恶劣，就需要在航空运行中，花费大量的财力物力去进行维护和检修工作，不仅仅没有实现经济效益，同时由于传统空管技术的落后，使航空运输的安全性、可靠性大大降低，因此空管新技术的应用就势在必得，也是确保航空运输实现精确性的重要手段。

1.3 是实现航空领域可持续发展的必然要求

伴随着我国经济的快速发展，现在航空领域面对的最大难题之一，就是资源供应不足，将可持续发展作为航空行业的发展宗旨，能够在很大程度上为未来的发展打下基础，具有非常重要的实际意义。针对这个问题，民航空管系统就不得不采取多种方式来提高航天领域的飞行效率，但是其前提条件是要确保飞行安全以及容裕度。我们要在科学统筹规划的基础下，对空域资源进行优化配置，缩短飞行距离、提高飞行准确率，尽可能的达到节能减排的效果，降低飞行成本，以实现经济最大化。

民航空管新技术的应用，需要在效率、服务、安全、容量等方面进行重点提高，这就对新技术的推广提出了更大挑战，同时也表现了提高飞行系统综合能力的迫切性，使新技术应用得到更快速的发展。

2 空管新技术的发展和问题研究

2.1 我国民航空管新技术的发展

我国民航局是在一九九四年成立的，在成立之初就特别重视新技术的研发和使用，并还开设了相应的技术研究部门，在相关法律法规的严格督促下，以及相关政策的支持下，将一系列先进技术投入研究实验中，如卫星导航、自动监视等；2000年，经过一段时间的研究，在我国西部地区建立了世界上第一条投入使用的FANS航路，即L888航路，这一成果为我国航空事业的发展奠定了扎实的基础，到如今，短短的十几年的时间内，在民航局的大力支持下，加强对新技术的研发力度，并成立了一系列科研基地，取得很大的科研成果。但是我们不能忽略在新技术研发应用中，所凸显的问题，要重视我们在实践中，积累的相关经验，并对航空领域的发展做进一步的贡献。现如今

2.2 空管新技术应用中应重点关注的问题

空管系统从构成上来讲，是一个相当复杂的系统，不管是哪一种的新技术，在实际应用中，总会或多或少的对目前的运行产生一定的影响，为了最大程度上确保飞行安全，在新技术投入使用时，要进行一定的测试工作，包括整体评估、工程验证、数据分析以及安全性考察等等，在新技术的应用中，我们需要对以下几点问题进行重点掌握。

首先是就是空管技术的软件功能，在科学技术的快速发展的影响下，空管设备的价值已经由原来的硬件主体转变成软件主体，并且逐渐实现了自动化操作系统；对于软件功能来讲，其主要的特点就是在系统性、兼容性以及验证性上，提出了更高的要求，需要在严格的管理中，提高运行效率，这些特征在间接说明了对新技术及逆行那个测试的必要性。

其次就是在系统验证方面，一项新技术从研发到最后的推广，需要经过一个非常复杂的验证工作，任何一种技术都是需要一定的外界环境或者操作技能来配合完成的，而是在一遍遍的实验中，不断整理相关数据，而明确其是否能够达到可靠、可用的效果，是否能够与我国的飞行条件和外界环境相适应，是否能够实现预期的运行效果。所以在整个测试过程中，我们要对评估、验证等工作进行严格的控制，并在新技术的测试中引进现代化、科学化的管理模式，为新技术的推广奠定基础。

然后就是在新技术应用中的过渡性，从多年工作经验中，我们可以看出，很多新技术的投入使用，都需要进行非常长的一段时期的过渡，在此过程中，要充分考虑到技术应用的可行性，对外界环境进行准确的测量，对技术的成熟度进行精确测定，在多种综合因素的考虑下，制定出长期的发展规划、以及各阶段的发展目标，以确保新技术的顺利使用。

最后就是在空管新技术的掌握上，我们要进行重点把握；纵观整个世界中的民航技术发展情况来看，每个国家之间在技术上都有一定的合作互助，但是国家与国家之间为了进一步保存实力，并不会将一些关键技术进行共享，一些西方发达国家仍旧在技术上保持着绝对优势，对于我国来说，我们要在技术上加大投资力度，将技术研发作为我们航空事业发展的重要内容之一，逐步实现国产化，并要逐渐提高航空管理的有效性。

3 结语

经过一段时间的发展，我国民航空管新技术的研发和应用，取得良好成效，在其中我们对民航空管新技术发展的必要性以及发展概况和要重点关注的问题，进行了简要的概述，希望能够为同行业的研究者提供一定的理论参考。

航空新技术论文:改变航空工业的制造新技术

引言

英国《经济学人》杂志2012年制作专题论述了当今全球范围内工业领域正在经历的第三次革命，认为这次革命是一种建立在互联网和新材料、新能源相结合的工业革命，它以“制造业数字化”为核心，并将使全球技术要素和市场要素配置方式发生革命性变化。新材料、新工艺、新机器人、新的网络协同制造服务，生产会更加经济、高效、灵活、精简。3D打印技术作为“第三次工业革命的重要标志”，被认为是推动新一轮工业革命的重要契机，已经引起全世界的广泛关注。3D打印技术作为具有前沿性、先导性的新兴技术，正在使传统生产方式和生产工艺发生深刻变革。3D打印技术将以其革命性的“制造灵活性”和“大幅节省原材料”在制造业掀起一场革命，它最适合应用于多品种、小批量、结构复杂、原材料价值量高的结构制造领域，因此有望在航空制造领域获得广泛应用。

3D打印技术（3D Printing）是快速成型技术（Rapid Prototyping Manufacturing）的一种，也叫做增材制造（ Additive Manufacturing）。基本原理是把一个通过设计或者扫描等方式做好的3D模型按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一层一层打印出来并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型。3D打印技术使用的方法有很多种，表1给出了美国科技政策研究所对3D打印技术按过程、主要厂商、所用材料和典型市场进行的分类。

国内外3D打印技术及产业发展情况

世界主要国家竞相从战略高度重视发展3D打印

3D打印技术的历史由来已久。1986年，美国3D System公司推出了第一款工业化的“3D打印”设备，1990年开始销售，短短几年中，形成了巨大的市场。近年来，美国以企业和大学及科研机构等半政府半民间的组织为主导力量，明显加大加快了对3D打印技术研发的组织力度。2009年，以美国相关大学为主的“增材制造路线（RAM）研讨会”就未来5～10年的技术发展进行了广泛的讨论，并发表了较有影响的路线图研讨报告。根据这一报告的建议，由爱迪生焊接研究所（EWI）牵头于2010年成立“增材制造共同体AMC（Additive Manufacturing Consortium）”，试图将相关的制造商与供应商同大学与研究机构联结成为一个互动良性促进发展的生态组织，共同解决3D打印技术中还存在着的大量问题。AMC目前已有30余家企业、研究所、大学、军方和政府等机构成员，以金属材料的增材制造技术为主，每季度活动一次。目前，AMC整合EWI及其成员的设备、技术和专业知识，初步构成了一个分布式、网络化的增材制造“国家实验平台中心NTBC（National Test Bed Center）”。AMC和NTBC的使命就是提高3D打印增材制造技术的成熟度，促进相应的产业投资，在全美范围内将这一新兴的制造方式早日转化为主流的制造方式。自2011年起，AMC每年都向其会员增材制造的现状报告。此外，近3年来美国政府、军方及企业还多次组织3D打印技术的有奖挑战大赛，希望以此加速相关技术的发展、应用和普及。

尽管美国在3D打印的整体技术上领先全球，但在基础研究设施、研发组织和政府支持上，欧盟明显领先。首先，欧盟在政府研发方面的投入要大于美国（不计不公开的国防军事投入），著名的大型合作项目包括英国的增材制造创新中心、欧盟第六框架项目大航空航天组件快速生产Rapolac（Rapid Production of Large Aerospace Components），全程专注航空航天的SMD（Shaped Metal Deposition）技术等。其次，欧洲工业界也主动组织形成3D打印产业群，开发增材制造的市场。一度形成原始创新技术源于美国，但其后的研发和应用及商业化却是由欧盟等国家完成的局面。此外其他一些国家也都竞相从国家战略高度重视发展增材制造业，澳大利亚近期制定了金属堆积制造路线，南非正在扶持基于激光的大型堆积制造机器的开发，日本也在着力推动堆积制造技术的推广应用。

3D打印行业处于迅速兼并与整合过程中，专利成为竞争的重要武器

2011年3D打印产业的市场规模为17亿美元。目前，快速成型技术的市场应用份额如图1所示，其中航空航天约占8%。目前，全球有两家3D打印机制造巨头，分别为3D System 和Stratasys，均在美国上市，2011年营业收入分别为2.3亿美元和1.6亿美元。3D Systems公司自2009以来已连续收购了25家公司，并于2011年11月收购了3D打印技术的最早发明者和最初专利拥有者Z Corporation公司之后，一举奠定了在3D打印领域的龙头地位。Stratasys公司继2011年5月收购Solidscape公司之后，又于2012年4月与以色列著名3D打印系统提供商Objet宣布合并。当前，国际3D打印行业正处于迅速兼并与整合过程中，行业巨头正在加速崛起。

3D打印行业巨头积极展开收购行动，在扩大公司规模的同时也吸收了大量的相关专利，并以此专利优势，在专利上限制对手的发展。目前全球拥有3D打印专利前5名的公司见图2、表2。

从2005年开始，3D Systems利用自己的专利优势成功狙击了纳博特斯克的7项专利申请。2012年底，3D Systems又控告Formlabs公司推出的初级3D打印机涉嫌侵犯其专利技术。

我国3D打印的技术水平基本与国际同步，但在产业化方面严重落后

20世纪90年代初，我国开始推进增材制造设备，即3D打印机的研发，在快速成型技术方面取得了长足进展。我国的华中科技大学、清华大学、西安交通大学、北京隆源公司、中航重机激光和南京航空航天大学等单位，于上世纪90 年代初率先开发快速成型设备，以及进行相关技术的研究、开发、推广和应用。其中，清华大学成功开发了无木模铸造工艺 （Patternless Casting Manufacturing），即采用逐点喷洒粘结剂和催化剂的方法来实现铸造沙粒间的粘结。华中科技大学研发出世界最大激光快速制造装备，使得我国在快速制造领域达到世界领先水平。西安交通大学研制出了激光快速成型设备LPS、SPS 系列成型机，并成功推向国内外市场。在国家科技部领导和组织下先后成立了近10家旨在推广应用快速成型技术的“快速原型制造技术生产力促进中心”，863/CIMS 主题专家组还将快速成形技术纳入目标产品发展项目。可以说我国在典型的快速成形设备、软件、材料等方面的研究和产业化方面获得了重大进展，我国快速成形技术的研究工作基本与国际同步。但在快速成形技术新设备研发和应用方面我国则落后于国外。国外快速成形技术在航空领域有超过8%的应用量，而我国在这方面的应用量则非常低。据估计，3D打印设备在我国企业级装机量在400台左右，2010年以来年增速均为70%左右，市场规模超过1亿元。

3D打印技术在航空领域的应用情况

欧美已将3D打印技术视为提升航空航天领域水平的关键支撑技术之一。3D打印技术在航空领域的应用主要集中在3类：1）外形验证，整机和零部件外形评估和测试、验证；2） 直接产品制造，例如无人机的机翼、云台、油箱、保护罩等，美国一些大飞机中也有多个零部件采用3D打印直接制造；3） 精密熔模铸造的原型制造，采用精密浇铸工艺来制作部件前的原型等。

国外应用情况

波音公司已经利用3D打印技术制造了大约300种不同的飞机零部件，包括将冷空气导入电子设备的形状复杂导管。目前波音公司和霍尼韦尔正在研究利用3D打印技术打印出机翼等更大型的产品。

空客在A380客舱里使用3D打印的行李架，“台风”战斗机中也使用了3D打印的空调系统。空客公司最近提出“透明飞机概念”计划，制定了一张“路线图”，从打印飞机的小部件开始，一步一步发展，最终在2050年左右用3D打印机打印出整架飞机。“概念飞机”本身有许多令人眼花缭乱的复杂系统，比如仿生的弯曲机身，能让乘客看到周围蓝天白云的透明机壳等，传统制造手段难以使用，3D打印或许是一条捷径。

GE航空2012年11月20日收购了一家名为Morris Technologies的3D打印企业，计划利用后者3D打印技术打印LEAP发动机组件。GE把这次收购看作是对新制造技术的投资，认为具备处理新兴材料与复杂设计的工艺制造开发能力，对GE的未来至关重要。

美国空军对3D打印也报以厚望，近日与3D Systems签约，投资29.5亿美元用于其开发打印F-35战机部件和其他武器系统的3D打印系统。

国内应用情况

中航重机激光技术团队早在2000年前后，就已经开始投入“3D激光焊接快速成型技术”研发。目前，中航重机激光产品已经应用于我国多款新型飞机上，并起到关键作用。除了军用飞机，中航重机激光还在开拓世界最先进四代航空发动机最核心技术之一——整体叶盘应用市场，以及大型水面水下舰艇市场。

北航同我国主要飞机设计研究所等单位“产学研”紧密合作，瞄准大型飞机、航空发动机等国家重大战略需求，历经17年研究在国际上首次全面突破了钛合金、超高强度钢等难加工大型复杂整体关键构件激光成形工艺、成套装备和应用关键技术，并已在飞机大型构件生产中研发出五代、10余型装备系统，已经受近十年的工程实际应用考验，使我国成为迄今世界上唯一掌握大型整体钛合金关键构件激光成形技术并成功实现装机工程应用的国家。2013年1月18日，王华明联合研发团队凭“3D激光快速成型技术”获国家技术发明一等奖。3D打印对生产方式的变革

相比较传统制造业，3D打印在制造模式、流程、供应链等方面发生巨大变化。1）定制成为新标准。制造模式上，过去是生产线规模化生产，今后则可能更多的是数字化、个性化、分散化的定制生产，不再需要库存大量零部件，也不需要大量生产。2）缩短上市时间。3D打印无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期。3）更优越的产品性能。3D打印的产品是自然无缝连接，结构之间的稳固性和连接强度要高于焊接等传统方法。4）开放式的产品设计。3D打印产品设计者与消费者之间可以通过互动改进产品，这个互动是双向的，消费者也可以自己设计产品。5）改变离岸经济模式。3D打印对产品供应链有重大影响，选择生产地时，劳动力成本不再那么重要，而是考虑如何接近消费者，传统过程的供应链就变得短了，使得传统的离岸经济模式得以改变。

3D打印产业的未来发展前景

对于3D打印未来的发展前景，业界普遍看好。作为全国工业的主管部门，工信部准备组织研究制订3D打印技术路线图、中长期发展战略，推动完善3D打印技术规范和标准制定，研究制定支持3D打印产业发展的专项财税政策。据报道科技部的3D打印相关战略规划也正在研究制定中，近期即将公布。高德纳（ Gartner ）公司2012年的新兴技术炒作周期报告判断：3D打印技术目前正在进入概念炒作的高峰阶段，在5～10年的时间内将迎来发展高峰（见图3）。

据Wohlers Associates报告分析，全球3D打印产业产值在1988～2010年间保持着26.2%的年均增速。2011年3D打印产业的市场规模为17亿美元，到2016年产业总产值将达到31亿美元，2020年将达到52亿美元，其中零部件制造将占80%。而对于快速成型应用领域，则市场更为广阔。2012年，全世界快速成型制造的产值估计为230亿美元，2015年产值将会达到350亿美元。

不过3D打印技术要进一步扩展其产业应用空间，目前仍面临着一些瓶颈和挑战：一是成本方面，现有3D打印机造价仍普遍较为昂贵，给其进一步普及应用带来了困难。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物，选择的局限性较大，成型品的物理特性较差，而且安全方面也存在一定隐患。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度还不尽如人意，打印效率还远不适应大规模生产的需求，而且受打印机工作原理的限制，打印精度与速度之间存在严重冲突。四是产业环境方面，3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散，制造业面对的盗版风险大增，现有知识产权保护机制难以适应产业未来发展的需求。

3D打印技术未来发展的主要趋势

随着智能制造的进一步发展成熟，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域，3D打印技术也将被推向更高的层面。未来，3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。

提升3D打印的速度、效率和精度，开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法，提高成品的表面质量、力学和物理性能，以实现直接面向产品的制造；开发更为多样的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等，特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点；3D打印机的体积小型化、桌面化，成本更低廉，操作更简便，更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求；软件集成化，实现CAD/CAPP/RP的一体化，使设计软件和生产控制软件能够无缝对接，实现设计者直接联网控制的远程在线制造。

航空制造业整合3D打印技术的建议

我国是制造业大国，3D打印技术对中国诸多企业将是颠覆性的变革。我国航空制造业必须未雨绸缪，积极为迎接此技术革命做好准备。

（1）推进“产学研用”结合，拓展应用领域，延伸产业链，提高产业化程度。

（2）改变产品，如研发现有产品的数字版及3D打印所需相应的硬软件。

（3）改变制造过程和方法，将现有制造系统智能化自动化，引入3D制造系统，形成复合体系。增材制造和减材制造相辅相成，复合制造体系在今后将成为主流。

（4）改变商业模式。这一次新工业革命要求完全不同的价值获取与盈利模式，及相关的流程设计，资源配置和组织机构的形式。

（5）提前专利布局，在发展初期就要将目光放长远，不能满足于现有已经被国外企业掌握的核心技术，而是要更多的走自己的专利之路，努力发展创新技术，抢占技术先机，积极进行合理的专利布局，包括国际市场专利布局，同时摆脱对国外3D打印耗材的依赖，避免陷入不必要的专利泥潭，争取在未来的市场竞争中占据有利地位。

（5）GE收购3D打印企业，某种程度上给航空企业提供了借鉴：通过一些资本化运作手段，兼并收购一些具有核心技术的3D打印企业，以核心制造能力为重点，打造航空企业自身的价值元宝曲线，或许是在这次工业革命中实现快速赶超的有效途径。

（作者单位系中国航空工业发展研究中心）

航空新技术论文:航空燃气涡轮发动机燃烧室新技术

航空燃气涡轮发动机燃烧室的功能是将燃料的化学能通过燃烧转化为热能。在航空燃气涡轮发动机上燃烧室分为主燃烧室和加力燃烧室，主燃烧室是发动机核心机的三大高压部件之一，加力燃烧室主要用在战斗机发动机上以短时间增加发动机推力，使飞机加速，在除战斗机以外的其他飞机发动机上一般不设加力燃烧室。主燃烧室将燃料燃烧后形成的高温高压燃气驱动涡轮做功带动压缩部件，除去带动压缩部件所消耗的功之外，剩余的高温高压燃气的能量通过喷管排气产生推进力推动飞机前进，或通过动力涡轮带动螺旋桨、桨扇、旋翼产生拉力及升力。发动机吸入的空气中的氧气在主燃烧室燃烧过程中并未全部消耗，因此在涡轮后可以设置加力燃烧室，再次喷入燃料燃烧加热燃气，进一步提高燃气能量以增加发动机的推力，主燃烧室和加力燃烧室在发动机上的位置见图1。

随着航空发动机技术的发展，发动机的工作压力和涡轮前温度越来越高，燃烧室的工作条件和技术指标要求越来越苛刻，突出的技术矛盾是在燃烧室负荷越来高的情况下，满足高的燃烧性能和轻的重量要求，在传统燃烧技术基础上必须采用新的原理和技术方案以提高发动机总体性能指标。

主燃烧室新技术

航空燃气轮机主燃烧室的传统结构形式可分为单管燃烧室、环管燃烧室、环形燃烧室，这基本与航空燃气轮机的发展历程相对应。早期的燃烧室多为单管燃烧室，后来发展为环管燃烧室，上世纪60年代，环形燃烧室出现并成为燃气涡轮发动机的必然选择，随着燃烧技术的发展，短环形燃烧室是目前普遍采用的方案（图2）。在采用离心式压气机的燃气轮机中为了缩短轴距并利用离心压气机径向尺寸较大的特点，发展了环形回流燃烧室或环形折流燃烧室。

现代高性能发动机对主燃烧室提出了越来越高的要求，对于军用发动机主燃烧室而言，要求其具有更高的温升工作能力和更宽的工作范围；而民用发动机对燃烧室污染排放指标提出了极为苛刻的要求，以满足发动机适航取证。因此主燃烧室主要朝两个方向发展：高性能军用发动机使用的高温升燃烧室及民用发动机需要的低排放燃烧室；为应对上述挑战，提出了以下燃烧室新技术方案。

旋流器阵列多点喷射燃烧室（图3）。此类燃烧室是将常规燃烧室头部的旋流器和喷嘴的尺寸缩小，在传统燃烧室单个头部大小的空间内布置多个喷射点，每个喷射点的燃料和空气快速均匀的混合，每个喷射点有自己的回流区和燃烧区，燃烧时有多个火焰，由于每个喷射点的回流区长度短，燃烧驻留时间短，在降低污染物的生成方面有很大的潜力。同时该类型燃烧室由于有多个喷射点的存在，可以将喷射区域进行分区燃烧，兼顾燃烧室在低工况下的稳定工作及高工况下的高效燃烧，适合于工作范围宽广的高温升燃烧室；还可以对喷射点进行控制，具有温度场主动调节能力，能够满足高性能军用发动机高品质燃烧室出口温度场的需求。

驻涡燃烧室（图4）。驻涡燃烧室是一种采用独立凹腔进行稳焰的燃烧室，其原理是由超声速燃烧的背风台阶稳定火焰原理演变而来，最早在美国的IHPTET计划中提出。驻涡燃烧室由产生值班火焰的凹腔结构和钝体稳焰主燃区组成，其主要特点是可以实现分区分级燃烧，发动机在点火、慢车等小工况状态时，燃烧室只驻涡区工作，保证了燃烧室低工况稳定性；而在起飞等大功率状态下燃烧室驻涡区和主燃区同时工作，保证高工况下的高效燃烧性能；驻涡燃烧室其点火器位于驻涡区内，不易被吹熄，点火性能相对其他燃烧室更加优越。由于实现分级燃烧，能够有效控制氮氧化物等污染排放物的生成。美国GE公司在驻涡燃烧室研究方面处于领先地位，通过多年的研究已经发展了四代驻涡燃烧室，并开展了相关的试验，GE公司在2007年完成了全环形驻涡燃烧室设计和试验验证，拟应用在高推重比发动机上。

涡轮级间燃烧室及超紧凑燃烧室。涡轮内燃烧最初的目的是采用涡轮内燃烧取代主燃烧室建立定温循环， 定温循环的效率比常规燃烧室的定压循环高30%～40%，但定温循环超出了常规发动机的设计参数与运行参数，只能用于理论研究。在本世纪初，由Sirignano等人提出了在高低压涡轮之间的补燃燃烧形式，在此方案的基础上发展了涡轮级间燃烧室（Inter-stage Turbine Burner，ITB）及超紧凑燃烧室（Ultra-Compact Combustor，UCC）。

涡轮级间燃烧室（图5）是在高低压涡轮之间再布置一个小型燃烧室，由于有涡轮级间燃烧室的存在，可以拓展压气机总增压比的设计范围，适当降低涡轮前温度提高涡轮寿命，实现高飞行马赫数下发动机推力更大耗油率更低的目标。涡轮级间燃烧室由于受到结构布局的影响，需要在较小的空间内完成稳焰、燃烧等过程，所以一般采用驻涡凹腔稳焰燃烧的方案。

超紧凑燃烧室（图6）是涡轮间燃烧室的进一步提高和发展，其基本原理是将燃烧室与高、低压涡轮导叶整合，实现在涡轮导叶内燃烧，实现近似等温燃烧循环，提高发动机的热效率，此方案对发动机性能参数及结构的改变较多。超紧凑燃烧室是目前几种先进燃烧技术如：凹腔稳焰、多点喷射组织燃烧，周向燃烧、旋流燃烧、补气射流、驻涡燃烧等技术的综合应用的集成。

美国空军研究实验室针对超紧凑燃烧室开展了四个阶段的研究。阶段一：以替代主燃烧室为目标的研究；阶段二、阶段三：以替代涡轮级间燃烧室为目标的研究工作；阶段四：以实现涡轮内燃烧替代加力燃烧室为目标的研究工作，最终实施定温循环燃烧。超紧凑燃烧技术目前已经在涡轮间燃烧上进行了试验验证（图7），其贫油熄火油气比只有目前系统的25%～50%，同时在应用时可以和涡轮叶片整合一体，实现涡轮内燃烧构想，并且已经开始实施，更设想用以取代主燃烧室，实施定温循环，实现高效率动力输出，并且作为下一代燃烧室技术，减小发动机重量和尺寸。

低排放燃烧技术。其中包括：贫油预混预蒸发燃烧技术；富油燃烧技术。 贫油预混预蒸发燃烧技术燃烧室的污染排放物包括：一氧化碳（CO）、未燃碳氢（UHC）、氮氧化物（NOx）和冒烟等4种燃烧产物，目前除氮氧化物以外，其他排放物指标已相当低，低排放技术的重点是进一步降低氮氧化物的排放，直接的措施是缩短燃料的燃烧时间，降低燃烧区的燃烧温度。贫油预混预蒸发燃烧室是通过在燃烧区加入大量空气，并使燃油和空气预先混合并完成部分蒸发再进行燃烧，相对于传统的旋流扩散燃烧，燃烧均匀，燃烧温度低，因此燃烧产物中的污染排放特别是氮氧化物（NOx）显著降低，贫油预混预蒸发燃烧技术有很多种方案，目前取得成功的是GE公司研制的双环预混旋流（TAPS）燃烧技术（图8），燃烧室结合了分级分区燃烧和贫油预混燃烧的思想。由值班级（预燃级）和主燃级组成。值班级为扩散火焰模式，保证发动机启动点火可靠和较为宽广的燃烧边界；主燃级为贫油预混燃烧模式，主要工作于大工况，以减少NOx的生成。

目前，TAPS燃烧室已发展了三代，分别为TAPS1、TAPS2和TAPS3。TAPS1技术目标是要比传统富油头部设计的燃烧室或CAEP2标准降低NOx排放50%，成功用于GEnx发动机上；TAPS2的目标是在TAPS1的基础上再降50%，主要是针对总增压比大于40的发动机，比CAEP2标准NOx排放降低70%，首先用于我国大飞机C919的启动发动机LEAP-X上；TAPS3目标是比CAEP/6降低NOx排放75%，比CAEP/2降低85%。

富油燃烧技术。富油燃烧的基本特点是主燃区空气量低于燃料完全燃烧所需空气量，当燃烧区为富油燃烧时，因燃烧不完全，燃气温度较低，NOx生成量也较低，但是经过富油燃烧后，有大部分燃油未燃烧完全，随着燃气向下游流动，必定要在化学恰当比附近燃烧，此时，燃气温度很高，是NOx大量产生的区域，为了跳过该区域，通过在富油燃烧区末端加入大量空气瞬时降低燃气温度，此后未完全燃烧的可燃成分在贫油状态继续燃烧，从而整个燃烧过程的温度降低。典型的富油燃烧技术是PW公司研制的富油燃烧-快速淬熄-贫油燃烧（RQL，图9）技术。PW公司将RQL燃烧技术用在V2500发动机扇形试验段上试验，其结果比当时的排放标准低50%。之后，PW公司进行一系列的低排放燃烧室的研发，他的低排放燃烧室称为TALON燃烧室，分别发展了TALONⅠ、TALONⅡ和TALONⅩ等一系列低排放燃烧室，已在PW4084、PW6000、PW8000等发动机上成功应用。

加力燃烧室新技术

战斗机在起飞、爬升、规避导弹或机型作战机动飞行等状态需要更大的推力以实现短时间加速飞行，发动机使用加力是短时间内增加推力的最好办法。加力燃烧室是实现发动机加力的部件，它能保持发动机最大转速和涡轮前燃气温度不变的情况下，将燃油喷入气流中让剩余氧气再次燃烧，产生额外推力。现在军用涡扇发动机加力燃烧室（图10），大都采用V型稳定器来稳定火焰，这种加力燃烧室通过气流在钝体后形成的尾迹旋涡和回流区产生一个油气混合均匀的低速区，从而具备了火焰稳定的必备条件。

现代高推重比航空发动机加力燃烧室工作条件越来越恶劣，性能要求更高，主要特征表现在内涵进口温度更高、氧含量降低的情况下，进一步提高加力温度和燃烧效率，降低流体阻力，缩短长度，加力重量超轻。传统发动机加力燃烧室很难实现上述要求，未来加力燃烧室的发展必然将某些部件进行一体化设计，变得更加紧凑，以减少长度和降低重量，提高发动机推重比。涡轮后框架一体化加力燃烧室、旋流加力燃烧室、外涵加力燃烧室是目前研究的重要方案。

涡轮后框架一体化加力燃烧室。

涡轮后框架一体化加力燃烧室的主要特征是取消传统加力燃烧室的混合扩压器，将喷油杆和钝体稳定器整合到涡轮后支撑框架的支板上，形成超级紧凑的一体化结构，加力燃油从支板内的喷嘴孔喷入并进入支板后形成的回流区内稳定燃烧，涡轮后框架一体化加力燃烧室与传统加力燃烧室对比如图11所示。这种加力燃烧室的设计关键在于：合理的安排燃油喷射，既保证加力燃油浓度分布与氧浓度分布主动匹配，又避免燃油的自燃与结焦，还能保证燃油在支板后的回流区内形成稳定燃烧点火源，同时保证加力燃烧室较低的流阻损失；一体化加力燃烧室方案能适用于更高的加力热负荷，具有更简单的结构以及更高的喷杆和稳定器工作可靠性，在高推重比发动机研制中得到了深入广泛的研究。采用涡轮后框架一体化加力燃烧室的典型代表为美国PW公司研制的F119发动机，其推重比在10左右。

旋流加力燃烧室。旋流加力燃烧室是采用类似主燃烧室的旋流燃烧原理组织燃烧，以涡轮后承力框架作为旋流加力的叶片，燃油喷杆内置在叶片内，形成旋流器的流场结构，取消了喷油杆和钝体稳定器。该方案可大幅度强化油气混合，提高燃烧强度和燃烧稳定性，缩短燃烧段长度，降低尾喷流火焰辐射强度，从而缩短加力燃烧室的长度、减轻重量，提高发动机隐身性能，但旋流加力燃烧室出口气流存在较大的余旋，会引起发动机推力损失。

外涵加力燃烧室。

常规加力燃烧室是采用内外涵燃气和空气混合后再点火燃烧，外涵加力燃烧室是直接在外涵道贫油组织燃烧。与传统方案相比，外涵加力燃烧室结构尺寸更紧凑，有利于发动机减重设计；外涵空气含氧量高，有利于组织燃烧，但由于进气温度和压力较低，燃油蒸发困难，不利于油气混合，影响点火性能和燃烧效率。外涵加力燃烧室工作与常规加力燃烧室组织燃烧方式基本相同，采用喷油杆喷油与空气混合，钝体稳定器稳定火焰，原理图如图12所示。

外涵加力技术主要应用在两个方面：垂直/短距起降（STOVL）发动机技术和变循环发动机（VCE）技术。

航空新技术论文:航空燃气涡轮发动机涡轮新技术

航空燃气涡轮发动机涡轮部件的功能是将从燃烧室流出的高温燃气的热能和压力能转换成机械功，驱动风扇、压气机和附件工作。在涡桨或涡轴发动机中，涡轮还用于驱动螺旋桨或直升机的旋翼。按燃气流动方向，涡轮可分为轴流式和径流式。现代航空燃气涡轮发动机涡轮几乎都采用轴流式。在轴流式涡轮中，根据转子驱动的对象又可分为高压、中压和低压涡轮。

涡轮部件是发动机中单位重量最大、最复杂、成本最高的部件，所以，涡轮的设计目标是保证其应用所需的耐久性前提下，在高性能和经济可承受性之间维持一种平衡。为此，设计者们通过采用先进的气动、结构、冷却、强度设计，以及新材料和新工艺等多种技术措施来实现这一目标。

涡轮CFD技术

（1）非定常仿真技术

非定常仿真技术是对一个时间周期内离散瞬间的涡轮动静域流场进行求解，动静域之间采用直接数据传递的方式，能够真实详细描述瞬态的涡轮内流场变化。随着计算机技术的不断发展，现有的计算设备已能开展非定常仿真技术的大量研究工作。部分国外发动机公司不同程度的采用了此项先进设计技术，如美国的IHPTET（综合高性能燃气涡轮发动机）计划中将非定常仿真技术用于解决转子和静子之间相互作用的机械激振，并将此技术用于F119发动机设计。近年来国外开展了凹槽顶部间隙、轴向气封间隙、热斑、尾迹、气膜冷却等气动和传热非定常方面的研究和应用，极大地提高涡轮叶片设计水平。

（2）气膜冷却仿真技术

目前，工程设计中广泛采用气膜冷却方式对涡轮叶片进行冷却。如何准确模拟冷气与主流的掺混流动是准确评估冷却涡轮性能的关键所在。通常采用两种方式进行气膜冷却数值模拟。第一种是冷气喷射源项法，它在叶片表面和端壁给定质量、动量和能量源分布来考虑气膜冷却流动；该方法的优点是所需的工作量和计算时间较少、易于实现。第二种是真实气膜孔仿真方法，生成气膜孔甚至内腔网格，并对每个气膜孔甚至内腔流动均进行数值模拟；此方法划分网格复杂、时间长、计算量大，但优点是可以获得非常详细的流动信息，实现气热耦合计算，对温度场的求解更加准确。国外实现了基于结构化网格和非结构化网格的真实气膜孔仿真，例如：霍尼韦尔公司的Paul Vitt等（如图1）、美国加利福尼亚州空气动力中心的Ron Ho Ni等（如图2）、俄罗斯OJSC的Victoria Krivonosova等。

三维设计技术

（1）超高载荷叶片全三维设计

随着对发动机性能、重量、可靠性、经济性等的要求越来越高，涡轮叶片数量越来越少，涡轮叶片载荷也越来越高，涡轮处于跨声流动甚至超声流动状态，需开展超高载荷叶片的全三维设计技术研发。其中，包括了叶片复合倾斜技术、叶片端弯技术、叶片端壁融合技术、宽弦叶片技术、支板与叶片融合设计技术、跨声叶型设计技术、超声叶型设计技术等。

（2）非轴对称端壁技术

非轴对称端壁技术将端壁造型从二维发展到三维，通过调整端壁的三维曲面形状，能够有效减小涡轮二次流损失，从而提高涡轮效率。罗罗公司是第一个开始研究和应用非轴对称端壁技术的发动机公司，并申请相关专利，采用非轴对称端壁设计技术可提高涡轮效率1.0%左右。空客A380遄达900航空发动机的低压涡轮部件（如图3）和先进中等推力E3E发动机核心机的高压涡轮导叶及工作叶片端壁（如图4）均采用了该技术。MTU公司构建了一套非轴对称端壁设计体系。PW公司是首个进行非轴对称端壁设计对冷却效率影响研究的公司。

高效冷却叶片设计

（1）铸冷叶片技术

铸冷叶片源于艾利逊公司的“Castcool”概念，它是一种可以一次铸造出内部复杂形状的加工方法。利用Castcool可以将十分复杂的冷却结构一次铸成在单晶部件（如涡轮叶片）之内，同时，在IHPTET计划中Allison公司研发了一种Lamilloy冷却方案，此方案为多孔层板材料叶片。在IHPTET计划第二阶段，Castcool技术与Lamilloy冷却方案结合，研制出了铸冷高低压叶片（如图5，叶片前缘和尾缘采用气膜冷却，而叶片其余部分则采用双层壁Lamilloy冷却），并在CAESAR验证机中进行了强度和冷却试验验证。

（2）超冷叶片技术

超冷叶片源于普惠公司的“super cooling”概念。超冷叶片有几百个铸造的或激光打的小孔，外形与常规冷却叶片一样，但其内部是用CFD方法设计的。在IHPTET计划第二阶段，在CAESAR核心机中对超冷叶片技术进行了试验验证（如图6），并将此技术成功转化至F119核心机中验证。同时，惠普公司在F135发动机的高压涡轮上采用超冷技术，冷却效率提高20%。此技术已在F136、PW8000发动机高压涡轮叶片得到了应用。

先进结构设计

（1）高低压涡轮对转技术

高低压对转涡轮结构是高负荷单级高压涡轮后接对转无导叶低压涡轮。IHPTET计划中的GE公司COPE涡轮方案验证了这一技术。F136发动机就采用了此结构。F119发动机虽然也使用了高低压涡轮反转技术，但其高压涡轮和低压涡轮之间仍带有导叶。无导叶对转涡轮技术不仅可用在军用涡扇发动机上，也可用于民用涡扇发动机。

（2）双幅板涡轮盘

采用当前的镍基合金制造的常规（单辐板）高压涡轮盘其AN2值已达到极限，面临的局面是，提高AN2值必须有突破性技术的支持。因此，双辐板盘（图7）成为提高AN2的研究重点。双辐板盘在结构传力路线和AN2方面比常规高压涡轮盘有明显的优势。普惠公司在先进涡轮发动机燃气发生器XTC67/1上试验了焊接的双辐板高压涡轮盘技术，验证了涡轮盘重量减轻17%，同时转速提高9%。

（3）可变面积涡轮导向器

GE发展了四代变循环发动机：在第二代变循环发动机（GE21）的研制中实现了可调面积低压涡轮导向器技术突破；在第三代变循环发动机（F120）的研制中实现了可调面积高压涡轮导向器技术突破，并实现了发动机空中试飞验证；第四代变循环发动机是COPE方案，在GE与艾利逊公司（AADC）（罗罗公司参与）联合研究的COPE方案中关键技术之一就是高效可调面积高压涡轮导向器，采用了一种独特的凸轮驱动结构解决过去变面积导向器的冷却漏气引起的性能损失问题，能使部分推力状态下SFC降低10%～25%。日本在高超声速运输机推进系统研究计划下研究的组合循环发动机，其低速推进系统选用变循环涡扇发动机，低压涡轮采用了可变面积导向器，用于控制发动机的涵道比和调整高/低压涡轮的功率分配。

先进耐高温材料与工艺

（1）陶瓷基复合材料

陶瓷基复合材料在不带冷却的条件下耐温能力高达1650K以上，密度却是传统叶片材料的三分之一，热膨胀系数是传统镍基合金的四分之一。在大型军用涡扇发动机中，目前已经得到成功验证的陶瓷基复合材料涡轮部件主要有：涡轮间过渡段机匣部件，使冷却空气减少了100%，重量减轻50%；低压涡轮导叶，减重的同时减少了冷却气流；高压涡轮空心导叶，与典型的镍基合金导叶相比，重量减轻50%，冷却空气量减少20%。美国在IHPTET计划下开发了无冷却陶瓷基低压涡轮和端壁（如图8），并已用于F136发动机未来发展型。

（2）高温金属间化合物

金属间化合物具有重量轻、耐高温、提高部件效率等优点，在涡轮部件中的应用主要是低压涡轮后面几级的叶片。具体的研究对象主要有：钛铝、铌铝、二硅化钼、二硅化铌。涡轮叶片历来用铸造，为了减轻重量而采用金属间化合物材料，使涡轮部件结构和设计复杂化，从而改变了涡轮叶片的加工技术。

（3）热障涂层

热障涂层应用对象是工作温度超过1250℃的涡轮工作叶片表面。电子束物理气相沉积热障涂层具有良好的热疲劳特性，可用于高压涡轮叶片。微层压（Micro-Laminate）热障涂层可用于涡轮导向叶片和工作叶片。这些先进热障涂层的导热率和重量都大大降低，能有效提高涡轮叶片的工作温度，保证叶片寿命。目前，国外正在研制耐温水平1500℃以上的热障涂层。

叶尖间隙主动控制技术

涡轮叶尖间隙主动控制技术是一项通过控制涡轮叶尖间隙的变化来降低发动机耗油率、污染物的排放，提高可靠性和延长使用寿命的重要技术措施。高压涡轮叶尖间隙减小0.254毫米可减小1%的耗油率，排气温度减低10℃。主动间隙控制的目标就是让涡轮叶尖间隙在发动机工作过程中，尤其是在巡航状态下保持一个最小值，同时又能保证在整个发动机飞行包线内叶尖和涡轮外环不会发生碰磨。在高压涡轮采用主动间隙控制比压气机和低压涡轮有更加突出的好处，减小高压涡轮叶尖间隙所得的效益是低压涡轮的4倍，高压压气机的2倍，而在运输机上获得的效益又是战斗机的2倍。在大涵道比航空燃气涡轮发动机上广泛采用主动间隙控制技术。目前，热控制方法的主动间隙控制得到了广泛的应用。如CFM56、PW4000、V2500、GE90等都采用的是主动热控制方法。但由于主动热控制方法存在响应速度慢且无反馈信息，而无法精确控制间隙的原因，国外正在大力开展机械控制、压力控制等研究和验证，预计在不久的将来这些新的主动间隙控制方法会在大涵道比航空发动机和航改燃机上得到广泛应用。

先进刷式封严技术

刷式封严技术最初是上世纪70年代初英国罗罗公司提出的一种新型密封技术。这种新型密封结构可大大降低航空发动机空气系统的气流量损失，增加推力，降低耗油率，显著提高发动机性能。刷式封严是一种接触式密封，与传统的篦齿封严相比，重量轻、易于更换。GE公司的试验表明刷式密封的泄漏量只有篦齿密封的5%～10%。德国MTU公司的研究也发现，用刷式封严代替压气机和涡轮处的篦齿封严，则发动机的泄漏量可减少80%，相应的发动机耗油量能减小至少1%。1989年V2500-A1发动机成为以刷式密封取得执照的第一台生产型航空发动机。英国牛津大学于1990年提出了“压力平衡型低滞后效应的刷式封严”的专利设计，这种结构已经在GE90发动机的试验中通过了验证。在高密封压力、高环境温度和高表面速度的环境下，刷式封严存在刷丝掉毛现象，同时也存在密封的滞后效应，MTU研制了一种新型的刷式封严结构以解决此问题。

航空新技术论文:航空燃气涡轮发动机涡轮新技术

航空燃气涡轮发动机涡轮部件的功能是将从燃烧室流出的高温燃气的热能和压力能转换成机械功，驱动风扇、压气机和附件工作。在涡桨或涡轴发动机中，涡轮还用于驱动螺旋桨或直升机的旋翼。按燃气流动方向，涡轮可分为轴流式和径流式。现代航空燃气涡轮发动机涡轮几乎都采用轴流式。在轴流式涡轮中，根据转子驱动的对象又可分为高压、中压和低压涡轮。

涡轮部件是发动机中单位重量最大、最复杂、成本最高的部件，所以，涡轮的设计目标是保证其应用所需的耐久性前提下，在高性能和经济可承受性之间维持一种平衡。为此，设计者们通过采用先进的气动、结构、冷却、强度设计，以及新材料和新工艺等多种技术措施来实现这一目标。

涡轮CFD技术

（1）非定常仿真技术

非定常仿真技术是对一个时间周期内离散瞬间的涡轮动静域流场进行求解，动静域之间采用直接数据传递的方式，能够真实详细描述瞬态的涡轮内流场变化。随着计算机技术的不断发展，现有的计算设备已能开展非定常仿真技术的大量研究工作。部分国外发动机公司不同程度的采用了此项先进设计技术，如美国的IHPTET（综合高性能燃气涡轮发动机）计划中将非定常仿真技术用于解决转子和静子之间相互作用的机械激振，并将此技术用于F119发动机设计。近年来国外开展了凹槽顶部间隙、轴向气封间隙、热斑、尾迹、气膜冷却等气动和传热非定常方面的研究和应用，极大地提高涡轮叶片设计水平。

（2）气膜冷却仿真技术

目前，工程设计中广泛采用气膜冷却方式对涡轮叶片进行冷却。如何准确模拟冷气与主流的掺混流动是准确评估冷却涡轮性能的关键所在。通常采用两种方式进行气膜冷却数值模拟。第一种是冷气喷射源项法，它在叶片表面和端壁给定质量、动量和能量源分布来考虑气膜冷却流动；该方法的优点是所需的工作量和计算时间较少、易于实现。第二种是真实气膜孔仿真方法，生成气膜孔甚至内腔网格，并对每个气膜孔甚至内腔流动均进行数值模拟；此方法划分网格复杂、时间长、计算量大，但优点是可以获得非常详细的流动信息，实现气热耦合计算，对温度场的求解更加准确。国外实现了基于结构化网格和非结构化网格的真实气膜孔仿真，例如：霍尼韦尔公司的Paul Vitt等（如图1）、美国加利福尼亚州空气动力中心的Ron Ho Ni等（如图2）、俄罗斯OJSC的Victoria Krivonosova等。

三维设计技术

（1）超高载荷叶片全三维设计

随着对发动机性能、重量、可靠性、经济性等的要求越来越高，涡轮叶片数量越来越少，涡轮叶片载荷也越来越高，涡轮处于跨声流动甚至超声流动状态，需开展超高载荷叶片的全三维设计技术研发。其中，包括了叶片复合倾斜技术、叶片端弯技术、叶片端壁融合技术、宽弦叶片技术、支板与叶片融合设计技术、跨声叶型设计技术、超声叶型设计技术等。

（2）非轴对称端壁技术

非轴对称端壁技术将端壁造型从二维发展到三维，通过调整端壁的三维曲面形状，能够有效减小涡轮二次流损失，从而提高涡轮效率。罗罗公司是第一个开始研究和应用非轴对称端壁技术的发动机公司，并申请相关专利，采用非轴对称端壁设计技术可提高涡轮效率1.0%左右。空客A380遄达900航空发动机的低压涡轮部件（如图3）和先进中等推力E3E发动机核心机的高压涡轮导叶及工作叶片端壁（如图4）均采用了该技术。MTU公司构建了一套非轴对称端壁设计体系。P&W公司是首个进行非轴对称端壁设计对冷却效率影响研究的公司。

高效冷却叶片设计

（1）铸冷叶片技术

铸冷叶片源于艾利逊公司的“Castcool”概念，它是一种可以一次铸造出内部复杂形状的加工方法。利用Castcool可以将十分复杂的冷却结构一次铸成在单晶部件（如涡轮叶片）之内，同时，在IHPTET计划中Allison公司研发了一种Lamilloy冷却方案，此方案为多孔层板材料叶片。在IHPTET计划第二阶段，Castcool技术与Lamilloy冷却方案结合，研制出了铸冷高低压叶片（如图5，叶片前缘和尾缘采用气膜冷却，而叶片其余部分则采用双层壁Lamilloy冷却），并在CAESAR验证机中进行了强度和冷却试验验证。

（2）超冷叶片技术

超冷叶片源于普惠公司的“super cooling”概念。超冷叶片有几百个铸造的或激光打的小孔，外形与常规冷却叶片一样，但其内部是用CFD方法设计的。在IHPTET计划第二阶段，在CAESAR核心机中对超冷叶片技术进行了试验验证（如图6），并将此技术成功转化至F119核心机中验证。同时，惠普公司在F135发动机的高压涡轮上采用超冷技术，冷却效率提高20%。此技术已在F136、PW8000发动机高压涡轮叶片得到了应用。

先进结构设计

（1）高低压涡轮对转技术

高低压对转涡轮结构是高负荷单级高压涡轮后接对转无导叶低压涡轮。IHPTET计划中的GE公司COPE涡轮方案验证了这一技术。F136发动机就采用了此结构。F119发动机虽然也使用了高低压涡轮反转技术，但其高压涡轮和低压涡轮之间仍带有导叶。无导叶对转涡轮技术不仅可用在军用涡扇发动机上，也可用于民用涡扇发动机。

（2）双幅板涡轮盘

采用当前的镍基合金制造的常规（单辐板）高压涡轮盘其AN2值已达到极限，面临的局面是，提高AN2值必须有突破性技术的支持。因此，双辐板盘（图7）成为提高AN2的研究重点。双辐板盘在结构传力路线和AN2方面比常规高压涡轮盘有明显的优势。普惠公司在先进涡轮发动机燃气发生器XTC67/1上试验了焊接的双辐板高压涡轮盘技术，验证了涡轮盘重量减轻17%，同时转速提高9%。

（3）可变面积涡轮导向器

GE发展了四代变循环发动机：在第二代变循环发动机（GE21）的研制中实现了可调面积低压涡轮导向器技术突破；在第三代变循环发动机（F120）的研制中实现了可调面积高压涡轮导向器技术突破，并实现了发动机空中试飞验证；第四代变循环发动机是COPE方案，在GE与艾利逊公司（AADC）（RR参与）联合研究的COPE方案中关键技术之一就是高效可调面积高压涡轮导向器，采用了一种独特的凸轮驱动结构解决过去变面积导向器的冷却漏气引起的性能损失问题，能使部分推力状态下SFC降低10%～25%。日本在高超声速运输机推进系统研究计划下研究的组合循环发动机，其低速推进系统选用变循环涡扇发动机，低压涡轮采用了可变面积导向器，用于控制发动机的涵道比和调整高/低压涡轮的功率分配。

先进耐高温材料与工艺

（1）陶瓷基复合材料

陶瓷基复合材料在不带冷却的条件下耐温能力高达1650K以上，密度却是传统叶片材料的三分之一，热膨胀系数是传统镍基合金的四分之一。在大型军用涡扇发动机中，目前已经得到成功验证的陶瓷基复合材料涡轮部件主要有：涡轮间过渡段机匣部件，使冷却空气减少了100%，重量减轻50%；低压涡轮导叶，减重的同时减少了冷却气流；高压涡轮空心导叶，与典型的镍基合金导叶相比，重量减轻50%，冷却空气量减少20%。美国在IHPTET计划下开发了无冷却陶瓷基低压涡轮和端壁（如图8），并已用于F136发动机未来发展型。

（2）高温金属间化合物

金属间化合物具有重量轻、耐高温、提高部件效率等优点，在涡轮部件中的应用主要是低压涡轮后面几级的叶片。具体的研究对象主要有：钛铝、铌铝、二硅化钼、二硅化铌。涡轮叶片历来用铸造，为了减轻重量而采用金属间化合物材料，使涡轮部件结构和设计复杂化，从而改变了涡轮叶片的加工技术。

（3）热障涂层

热障涂层应用对象是工作温度超过1250℃的涡轮工作叶片表面。电子束物理气相沉积热障涂层具有良好的热疲劳特性，可用于高压涡轮叶片。微层压（Micro-Laminate）热障涂层可用于涡轮导向叶片和工作叶片。这些先进热障涂层的导热率和重量都大大降低，能有效提高涡轮叶片的工作温度，保证叶片寿命。目前，国外正在研制耐温水平150度以上的热障涂层。

叶尖间隙主动控制技术

涡轮叶尖间隙主动控制技术是一项通过控制涡轮叶尖间隙的变化来降低发动机耗油率、污染物的排放，提高可靠性和延长使用寿命的重要技术措施。高压涡轮叶尖间隙减小0.254毫米可减小1%的耗油率，排气温度减低10°C。主动间隙控制的目标就是让涡轮叶尖间隙在发动机工作过程中，尤其是在巡航状态下保持一个最小值，同时又能保证在整个发动机飞行包线内叶尖和涡轮外环不会发生碰磨。在高压涡轮采用主动间隙控制比压气机和低压涡轮有更加突出的好处，减小高压涡轮叶尖间隙所得的效益是低压涡轮的4倍，高压压气机的2倍，而在运输机上获得的效益又是战斗机的2倍。在大涵道比航空燃气涡轮发动机上广泛采用主动间隙控制技术。目前，热控制方法的主动间隙控制得到了广泛的应用。如CFM56、PW4000、V2500、GE90等都采用的是主动热控制方法。但由于主动热控制方法存在响应速度慢且无反馈信息，而无法精确控制间隙的原因，国外正在大力开展机械控制、压力控制等研究和验证，预计在不久的将来这些新的主动间隙控制方法会在大涵道比航空发动机和航改燃机上得到广泛应用。

先进刷式封严技术

刷式封严技术最初是上世纪70年代初英国罗罗公司提出的一种新型密封技术。这种新型密封结构可大大降低航空发动机空气系统的气流量损失，增加推力，降低耗油率，显著提高发动机性能。刷式封严是一种接触式密封，与传统的篦齿封严相比，重量轻、易于更换。GE公司的试验表明刷式密封的泄漏量只有篦齿密封的5%～10%。德国MTU公司的研究也发现，用刷式封严代替压气机和涡轮处的篦齿封严，则发动机的泄漏量可减少80%，相应的发动机耗油量能减小至少1%。1989年V2500-A1发动机成为以刷式密封取得执照的第一台生产型航空发动机。英国牛津大学于1990年提出了“压力平衡型低滞后效应的刷式封严”的专利设计，这种结构已经在GE90发动机的试验中通过了验证。在高密封压力、高环境温度和高表面速度的环境下，刷式封严存在刷丝掉毛现象，同时也存在密封的滞后效应，MTU研制了一种新型的刷式封严结构以解决此问题。

航空新技术论文:浅谈新技术下的航空维修人员培训

【摘要】随着新技术的发展，制造水平的提高，复合材料的大量使用，以及自动化检测技术和计算机技术的使用等对于航空维修人员有了更高的要求，而设备的更新、新装备的操作难度、技术含量等问题，对航空维修人员提出了新的要求。

【关键词】航空维修；人员培训

随着INTERNET和数字化技术的发展，自动化检测技术，计算机技术，复合材料等新技术的大量应用，大大加快了飞机设计、制造和服务的速度。航空公司的飞机一旦发生故障和失效问题，不仅会增加企业维修成本，而且会严重影响企业的生产效率，使企业蒙受巨大损失。但由于飞机故障的不可预知性，航空公司无法预先制定完美的维修和航班计划。为了提高服务效率和质量，提高航空产品的竞争力，在这种情形下维修方式已由传统模式下民航飞机维修，发展为数字化的维修，这种数字化维修方式对航空维修人员提出了新的要求。

一、飞机维修新技术

1.维护手册的数字化

2.维修信息系统与飞机系统的数字化、智能化对接

目前，新一代的飞机都已经能够实现由空中向地面传送飞机参数、故障和维护信息。这种技术就是目前为人们所熟知的远程传递技术，即应用飞机的通讯寻址和报告系统（ACARS）实时下载飞机系统故障（CFD）和飞机性能参数（DFD）报文，把它们传递到地面信息站点上。然后这些飞机的信息先经过分析、过滤和处理，形成与维修信息系统格式一致，可以相互交联对话的数据，再由维修信息系统进行分析、评价、处理用以形成维修决策，生成维修方案。同时自动生成维修调度报告送达各个相关部门，在飞机落地前就可做好维护准备。这样可以大幅度减少飞机维修停场时间，降低飞机航班延误率，减少维修费用开支，提高维修效率和飞机运营周转率。

3.智能化维护系统（IMS）

二、国内外航空维修队伍分析

1.我国航空维修人员存在以下问题

①维修人才综合素质需进一步提高：飞机维修人员队伍尚待成熟，缺乏技术带头人和技术骨干。

②飞机维修人员队伍维修类别结构失调：据统计2009年5年以下维修人员占人数的54%，小龄化现象造成维修经验严重不足，不能进行深度维修等工作，深度维修人才严重不足。

③维修人员队伍管理存在的问题：飞机维修人才储备不足，飞机维修人员的培训不够，机务人员待遇低，人才流失严重。

2.国际航空维修人员存在以下问题

在西方国家，加入飞机维修队伍的年轻人的数量比离开的要少。此外，一些高技能和有经验的人员离开航空到其他行业寻找高薪职位；在世界各地均存在飞机维修工程师、技术员和机械师短缺的问题；航空运输业是工作人员的工作时间不利于社交。飞机工程师可能会突然转行到金融或者IT 行业。

三、新技术新形势维修人员要求

由上可以看出，国内外维修市场新技术都对我国航空维修人员的培训，在数量和质量上都提出了较高的要求。这些发展和变化都在要求航空维修人员的培训将由人员密集型向技术密集型转化，由常规经验维修向高技术科学维修转化。尤其是空客A380大面积使用复合材料，对复合材料的维修人员有了较大的需求。

因此，新的工程与维修课程应包括更多的结构和复合材料的培训。对计算机、网络等有了很高的要求。多数新的技术人员都将是IT实用专家，易于了解新的航电设备。机务维修领域的变革决定了机务人才培养的方向将向着：工程化、系统化、综合化、 信息化、集成化、国际化方向发展。新技术新形势对航空维修人员的培训提出以下要求：

1.多学科开展，由基本的结构课程为主，发展集结构、计算机、网络、电子于一体的多学科教学。

2.增强与MRO间的交流，及时与先进技术接轨，倾听企业对维修人员的要求，与企业合作办学，学习最新的维修方法。

3.加强国际国内院校之间的交流合作，做到与世界同步，学习最新的世界维修方法。

4.开设专门的复合材料修理培训课，以适应市场的需要。

5.引进虚拟维修训练系统，可以及时更新维修信息并缩短人员的培训时间，降低耗材成本。

6.加强学生自学能力的培养，以满足工作后的再学习；加强动手实际工程能力及自信心的培养。

7.培养严谨独立的工作作风和较好的团队沟通协作能力。

航空新技术论文:中苏《国防新技术协定》转让的航空技术探微

[摘要]中苏《国防新技术协定》中规定苏联向中国转让米格－19歼击机和图－16轰炸机，就其技术水平来说，两者都是苏联当时最新装备或最新型号之一。苏联向中国转让新技术最基本的原因是为巩固其国内与国际政治地位并寻求中国的支持。除此之外，苏联的导弹威慑观使其认为图－16作为轰炸机已无实际意义，歼击机也将被导弹所取代，因而同意进行转让；在转让最新装备的同时，苏联在科学研究上对中国严格保密，以便限制中国超越苏联；航空技术转让的主动权完全掌握在苏联手中，重要的技术资料、特殊材料、特殊部件设备都可以成为限制中国发展、控制技术转让进程的手段。

[关键词]航空技术转让　飞机　中苏《国防新技术协定》

1957年10月15日，中苏签订了《中华人民共和国政府和苏维埃社会主义共和国联盟政府关于生产新式武器和军事技术装备以及在中国建立综合性原子工业的协定》，简称《10月15日协定》或中苏《国防新技术协定》。目前，学术界对中苏《国防新技术协定》的关注集中于原子弹或导弹部分的技术转让，鲜有关于转让航空技术的内容。本文将综合各种史料，厘清中苏《国防新技术协定》中航空技术转让的内容、执行过程中实际转让的飞机型号以及在当时的技术水平，进而分析苏联转让的原因。

一、转让飞机的具体型号与内容

《当代中国的航空工业》明确指出：“议定转让制造权的航空产品有米格－19歼击机、图－16轰炸机和四种战术导弹。”

由于米格－19有多种改型，按规定转让给中国仿制的具体型号是什么呢?《沈阳市志-军事工业》称：徐昌裕、112厂设计室主任徐舜寿等人随中国工业代表团谈判购买米格19埃斯(米格－19C)、米格19坡(米格－19л)和米格19坡埃母(米格－19лM)飞机，并选定米格19坡(米格－19л)，于10月15日签订购买全套技术资料和样品的协议。由此可以确定转让仿制的歼击机型号是米格－19л。

《当代中国空军》记载：20世纪50年代，中国空军装备的歼击机有米格－19C、米格－19л。1959年4月，沈阳飞机制造厂仿制米格－19л成功，未正式生产。根据空军需要，转而仿制米格－19C，1963年12月仿制成功，命名为歼－6。不过，中国最后大规模仿制的是米格－19C而非协定中规定的米格－19л。这是因为1958年7月，中国空军在进驻福建前线通过与台湾当局空军的实战检验后，认为米格－19л机动性差，提出需要大量灵活机动的前线歼击机(即米格－19C)。但当时中国并没有就c型飞机向苏联订货。于是从1958年12月起，112厂在米格－19л的基础上进行改型设计，综合米格－19C和米格－19л的特点，利用米格－19л的后半部，并对米格－19c的机头稍作改进以提高机动性，自行设计了一个新型号，命名为东风－102。1959年2月投入试制，9月30日首次试飞。但后来由于东风－102质量不过关，于1960年停产整顿。从1961年起，重新选择原样仿制苏联米格－19c，1963年，飞机仿制成功，即后来有大量改型的歼－6。

事实上，转让图一16的时间比中苏《国防新技术协定》规定的时间有所提前。1958年9月16日，赫鲁晓夫在雅尔塔接见中国驻苏大使刘晓，主动提出苏联可派一批带有导弹的图一16轰炸机到中国，由苏联飞行员驾驶，以便为炮击金门时提供打击力量。10月12日，拒绝了此建议，但同时表示：中国决定提前制造图－16。10月，就提前试制图－16问题致电赫鲁晓夫。随即派张连奎、王西萍、陆纲等赴苏进行具体谈判。张连奎、王西萍、陆纲等23人于11月赴苏，主要落实各项技术资料和物资供应安排，经过谈判，苏方同意加班生产，备齐物资和资料，及时发货。1959年4月，中苏签订补充协议，苏方承诺1960年上半年供应中国20架份飞机本体、40台份P－3M发动机、96项仪表等机载成品及相应毛坯材料。

因此，根据中苏《国防新技术协定》的规定，苏联向中国转让的飞机型号是米格一19歼击机和图一16轰炸机，包括提供样机、零部件、图纸资料以及指导仿制的苏联专家。

二、转让飞机机型的技术性能

苏联方面普遍认为，对中国国防新技术的转让是毫无保留的，赫鲁晓夫甚至声称：“我们给了他们坦克、大炮、火箭、飞机、海军武器和陆军武器。事实上，我们的整个国防工业都是向他们敞开的。”而中方资料则通常指出，苏联转让的飞机大都是落后的型号。那么，苏联转让的航空技术水平究竟如何?

关于米格－19的技术性能

就当时而言，一般认为是很先进的：“以爬升快，加速性和机动性好，能全天候超音速作战、火力强和易于操纵等优势装备于苏联空军部队……米格一19为一件成功的设计”；“米格－19的机动性能极其出色”；“米格－19是前苏联研制的一种轻型超音速歼击机……主要用于空战，争夺制空权，也可实施对地攻击”。

苏联于1951年开始研制米格－19，1953年首次试飞，1955年开始装备部队。这是世界上第一种进入批量生产的超音速战斗机。1956年，米格－19首次公开亮相，由于其在爬升率、加速性、机动性、操纵性等方面的良好性能，先后有多种改型：c型(昼间型)、CФ型(高空型)、п型(加装雷达的全天候型)、YIM型(发射导弹的全天候型)，1961年停产。米格－19C没有雷达，于1956年投产、服役，中国大量仿制并在此基础上进行多种改型。苏联向中国转让的米格－19п于1955年投产并装备部队，加装了雷达；而米格－19пM则由米格－19п改来，从携带火炮改为可发射导弹，由于采用了米格－17пM上的RP－2U雷达和APU-4导弹发射轨等成熟技术，该型很快于1957年底生产。

由于米格－19п与米格－19пM都装备了雷达，但这两种雷达都存在不少问题，有时甚至因雷达故障使战机无法升空，而且加装雷达的米格－19п机动性较差。通过实战检验后，中国最后选择了不能发射导弹、没有雷达的米格－19C，并在此基础上做了大量改型。在实战中，歼－6表现良好，曾击落多架美制RF－101，并以负速度差击落过RF－104，还创造过平流层击落战机(无人高空侦察机BQM－147G)的世界纪录。