中国航空学会

　　航空科学技术学科发展研究报告2008（全文）

　　
　　一、引言

　　随着大飞机重大科技专项的启动，国家对航空科技的支持力度不断加大，我国航空科技迅速发展。2006年12月，我国自行设计制造的直11武装直升机完成了全部鉴定试飞，并通过了技术鉴定；2007年6月，中国自主研制的H425型直升机通过验收并投入使用；2008年10月，我国自主研制的新舟600涡桨支线飞机首飞成功；同年11月，ARJ21新支线飞机在上海首飞成功。这些项目的研制成功，表明我国航空科技在近两年内取得了新的进步。

　　二、航空科学技术的发展现状与进展

　　（一）民用飞机

　　民用飞机主要包括干线飞机、支线飞机和通用飞机。其中尤以干线飞机和支线飞机的技术难度高，产业带动能力强。近年来，党和政府对民用飞机的发展十分关注，我国干线飞机和支线飞机的发展都取得了新的突破。

　　1. 在干线机方面：我国完成了大型客机的立项论证工作。2007年2月，大型飞机项目正式立项；2008年5月，中国商飞公司成立，标志着中国大型客机研制项目正式启动，即将进入工程发展阶段。

　　2. 在支线机方面：2008年10月，新舟600涡桨支线飞机首飞成功；2008年11月，ARJ21新支线飞机首飞成功，目前，ARJ21已经获得208架订单；其中，美国最大飞机租赁公司通用电气商业服务公司订购了25架，从而使ARJ21成为中国第一个外销欧美发达国家的飞机产品。

　　3. 在民用飞机基础技术研究方面：我国已经完成了多个与支线飞机和大型客机相关的技术研究项目，并取得了一系列进展。

　　（二）直升机

　　直升机技术涉及直升机总体布局设计、空气动力学、结构与强度、动力与传动、飞行控制，以及材料与制造等多个领域，属综合性高技术。近两年来，我国在直升机研究领域内取得了一些新的进步。

　　1. 在直升机设计方面：总体设计参数选择和优化设计以及飞行控制技术研究取得新进展；数字化设计在全机级全过程被广泛采用；对倾转旋翼飞行器的特性进行了理论分析、仿真和风洞实验，研制了小型无人倾转旋翼飞行器，并成功进行了飞行试验。此外，在无人直升机、自转旋翼飞行器研究方面也取得了一些进展。

　　2. 在型号研制方面：2006年12月，我国自行设计制造的直11型武装型直升机完成了全部鉴定试飞，顺利通过了技术鉴定；2007年6月，中国自主研制的H425型直升机通过验收并投入使用；2008年1月，中意合作生产的CA109型直升机先后完成了组装生产、地面调试、验收试飞，并交付使用。在2008年8月的北京奥运会期间，CA109直升机一展身手，用于空中治安巡逻监控、交通疏导监控、空中指挥、对地支援、反恐、处里突发事件和航拍等任务，发挥了很好的作用。

　　2008年11月，中法联合研制的先进中型多用途直升机——直15型直升机首架机身由中方交付给法方，交付仪式后，该架机身将发往欧洲直升机公司进行总装和相关试验，预计2009年底前实现首飞。

　　（四）气动

　　空气动力学是研究空气运动及空气与物体相互作用规律的一门学科，是飞行器设计的重要基础，对飞行器设计和发展起着直接的支撑和推动作用。研究范围包括：基础理论分析研究、实验研究、计算流体力学研究、实验模拟设备研制和空气动力学的工程应用研究等。

　　近年来，我国在气动研究的诸多领域取得了一批重要研究成果，为我国航空技术的发展提供了新的支撑。

　　在基础理论分析研究方面，机动飞行中的非线性稳定性与控制研究、边界层和剪切层转捩及湍流研究、可压缩剪切湍流研究、旋成体大迎角非对称涡的扰动主动控制技术研究取得重要进展。

　　在气动实验设备的研制方面，研制成功了大型多功能低速增压风洞、增压连续式高速翼型风洞和立式风洞，为开展多种前沿技术研究创造了条件。

　　在计算流体动力学（CFD-Computational Fluid Dynamics）研究方面，高阶加权紧致非线性格式(WCNS-Weighted Compact Nonlinear Schemes)研究、CFD计算可信度分析研究、复杂外形全机气动软件的研制和发展取得了新的进展。

　　在气动弹性研究方面，飞机静气动弹性分析与优化、结构非线性气动弹性系统颤振分析方法、复合材料气动弹性响应分析，以及跨超音速风洞气动弹性试验技术取得新的突破。

　　在工程应用研究方面，设计空气动力学完成了多点、多类型飞机的翼型设计，其气动性能有明显提高。此外，在“超临界机翼的设计技术及完善”、“跨音速机翼设计及验证技术”、“高效增升装置设计”、“机翼结冰数值模拟”、“超低空农林飞机的性能分析”等民机预研项目中，开发了不同的计算方法和软件系统，圆满完成了预定的任务目标，取得了重要的成果。

　　（五）仿真

　　航空仿真技术包括视景成像、操纵负荷控制、运动控制、声音仿真、实时控制等支撑性共用技术和飞行器建模、人机界面仿真、系统控制等专用技术。

　　近年来，我国航空仿真技术获得快速发展，主要进展包括：

　　在模拟器开发方面，研制成功了ARJ21飞机工程模拟器，对飞机总体气动设计和飞行控制设计的性能验证及飞行员首飞前的飞机熟知性训练起到了关键作用；研制成功了新舟60飞机全动模拟器，并在新舟60飞机的促销宣传，打开国外市场及售后培训上起到决定性作用；此外，还研制成功了K-8教练机飞行模拟器，并小批量出口6个国家；

　　在仿真关键技术的研究和应用方面，已将高分辨率大区域实时动态数据库成功用于军用模拟器中；运动系统和操纵负荷系统已普遍由电动代替液压；硅液晶 （LCOS，Liquid Crystal on Silicon)投影器已在模拟器上使用，替代了原阴极射线管（CRT）加随机扫描的投影器。此外，我国已成功实现多台模拟器联网模拟训练。

　　在发动机仿真方面，建立了面向航空发动机全行业的、开放的“航空发动机数值仿真研究中心”，进行了发动机整机和部分部件的多学科数值仿真；完成了航空发动机数值仿真平台（CANSSF）的开发，并以CANSSF为平台，引进的整机S2仿真软件为主要工程模块，完成了我国第一代“航空发动机数值仿真系统”（China Aero-engine Numerical Simulation System，CANSS 1.1版）的开发；此外，还完成了适用于航空发动机整机/部件试验数据的航空发动机共享试验数据库的开发。

　　（六）液压

　　飞机采用液压助力操纵系统以来，机载液压系统已经成为飞机实现正常飞行的必要条件。液压系统对飞机的安全起降和飞行性能有很大影响。随着飞机特别是军用飞机不断向高速、高机动性、高生存能力和高能量效率方面发展，以及多电飞机技术的发展，未来的机载液压系统要求有更高功率/重量比和多能源协同优化。高压化、大功率、变压力、智能化、集成化、多余度（相似与非相似）、数字化与综合化等是飞机液压系统的发展方向。

　　近年来，我国在航空液压技术方面取得了许多进展，主要包括：

　　在高压液压系统研究方面，我国对27.6MPa(4000psi)液压系统的管路动态特性、高压液压元件的结构设计与分析、计算机辅助设计与仿真、智能泵源与变压力泵源等，进行了广泛深入的研究，并取得了重要成果；已经研制了两级压力体制的液压泵，并完成了试验台架的试验。

　　在新型作动器的研制方面，我国在直接驱动式作动器的研究上取得了突破，完成了地面原理样机的研制，并开始在部分机型上装机试用。对包括机电作动器和电静液作动器在内的功率电传作动器进行了一系列原理性研究及原理样机研制，取得了一定的成果，并且研制出了地面使用的小功率原理样机。

　　（七）航空救生

　　航空救生技术对保存我军的有生战斗力，鼓舞斗志，增强决胜信心起着十分重要的作用。近年来，我国救生系统发展取得了一系列新成果。

　　在弹射救生方面，我国已经研制成功了5个系列10多种型号火箭弹射座椅。近几年发展的主要型号与国外目前一线主战飞机装机座椅同步，属国际上第三代救生系统。就救生性能一项而言，已经接近国外现役装机座椅的性能水平。在多态程序控制、高速防护、高性能救生伞等关键技术方面取得了一定的突破，但较世界先进水平仍有较大差距。

　　在个体防护装备方面，已经研制定型了两代个体防护装备产品，为部队提供了大量防护装备,保证了作战训练要求。最近设计定型和在研的我国第三代个体装备与国外在用装备为同一水平，但国外已投入使用近30年；与国外在研并正陆续投入服役的第四代飞机防护装备相比，我国在防护高度、速度、过载、过载持续时间以及综合化方面存在明显的差距。

　　在航空供氧系统方面，我国已生产100多个品种的航空供氧系统，满足了航空型号研制和批生产的需要。

　　（八）航空电气

　　航空电气系统由供电系统和用电设备组成。供电系统包含从电源到用电设备输入端的全部环节。航空电气系统是飞机重要的飞行保障系统。近几年，我国航空电气系统技术水平有了很大提高，主要进展包括：

　　我国航空大功率发电技术有了新的突破，60kVA恒频交流电源系统（115V/400Hz）、15kVA变速恒频电源系统设计定型，并批量生产装机使用；120 kVA风冷交流电源系统也已装机使用。

　　发电系统调节控制保护装置实现了组合化、集成化，数字技术和微处理器控制技术在电源系统中得到发展和应用。

　　基于数据总线和计算机技术的电气综合控制与管理系统技术逐渐成熟，已逐步投入应用。目前国内高压直流270V（5A/10A）和交流单相115V/400Hz(5A/10A)固态功率控制器（SSPC）取得了突破性进展，先后完成模拟式SSPC和数字式SSPC的研制，技术水平接近国际先进水平；突破了基于微处理器的电气系统综合控制关键技术，为大型飞机专项和新型战斗机的型号研制提供了技术储备。

　　（九）制造

　　航空制造技术是航空产品发展的基础技术，主要包括：机械加工、特种加工、铸造、锻造、热处理、表面处理、装配、工艺检测、复合材料加工、钣金成形及焊接等领域。近年来，我国航空制造技术取得了一系列的进展，并成功地支持了相关行业。其中具有标志性的进步有：

　　在“神七”载人航天飞行任务中，我国突破了复杂型面成形技术、薄壁结构铝合金零件的焊接应力和变形控制技术、铝合金结构件的加工变形控制技术、复杂空间紧凑结构的铆接装配技术、复合材料成形技术、铝胆复合材料气瓶缠绕等关键技术，研制成功了舱外航天服硬壳体结构。

　　2008年11月28日，我国首架自主研发的ARJ21喷气式支线飞机成功首飞，这标志着我国掌握了复合材料制造、钛合金加工、自动钻铆、喷丸成形等多项先进制造技术。

　　（十）材料

　　航空材料技术包括先进复合材料、高温结构材料、轻质高强高韧材料、特种功能材料、电子信息功能材料、材料检测与评价、材料设计与建模等内容。航空材料是航空工业的重要物质基础和技术先导，是决定航空武器装备和民用飞机现代化水准的关键因素之一。

　　近年来，我国航空材料技术取得多项突破性进展，主要包括：

　　我国开发的ESTM系列碳纤维织物技术与产品，成功地解决了液态复合材料的增韧和预定型等技术关键与难点；我国开发的高性能、低成本ESTM碳纤维织物系列产品，为我国军民用飞机大规模使用复合材料打下了良好的基础；我国研制的CMC刹车材料，突破了CMC刹车材料晶粒控制等关键技术，完成了小样试制、工艺优化、大样制备和大样试验验证；陶瓷基复合材料工程化基地揭牌并投入使用。

　　为满足某航空涡轴发动机叶片的需求，我国研制成功了第二代定向合金DZ406，并获得工程应用。该合金具有良好的铸造性能，高温强度达到国外同等材料的水平。为满足发动机导向叶片的应用需求，我国将IC6金属间化合物制成单晶，并利用反重力铸造技术一次铸出大铸件。此外，我国好开发出了超高强钛合金，并在轻质、高强、高韧材料领域研究中取得了新的技术进步。

　　三、我国航空科学技术国内外比较分析

　　尽管我国航空技术已经取得了很大进展，但是与国外先进水平相比仍然存在比较大的差距。这主要表现在：我国的战斗机技术相当于第三代的水平，与国外相差一代；运输机只掌握了中小型运输机技术，还没有掌握大型和超大型运输机技术等；此外，我国在气动、仿真、液压、航空救生、航空电气、制造、材料等方面与国外也有较大的差距。

　　四、我国航空科学技术展望与对策

　　根据我国经济技术的发展现状，以及建设创新型国家和促进国民经济发展的需要，我国航空科技目前所面临的战略需求主要是：①发展大型客机技术，确保大型客机项目成功；②发展支线飞机技术，满足支线航空发展的需要；③发展通用航空技术，提高航空服务能力；④发展航空救援技术，提高紧急救援能力。

　　为了使我国未来的飞机能够在激烈的市场竞争中胜出，航空科技的主要发展方向是：不断提高飞机的安全性、经济性和环保性。为了缩短我国与世界先进水平的差距，政府应进一步加大对航空科技的支持力度。具体措施包括：设立国家航空航天局，制定航空工业振兴法，加强科研投入力度，加强国际合作，加强成果共享，加强产学研结合等。

Aeronautical Science and Technology

　　With the launching out of the large aircraft engineering which is a national major scientific project, the support from Chinese government to the development of aeronautical science and technology is becoming more and more powerful. This results in a rapid progress of Chinese aviation industry.

　　In the field of trunk airliners, China has finished the evaluation of the large aircraft project. The government approved the development of large aircraft in February 2007. In May 2008, the Commercial Aircraft Corporation of China, Ltd (COMAC) was set up in Shanghai, which remarks the fully starting out a large aircraft project and the soon entering into the stage of large aircraft EMD.

　　In the field of regional aircraft, China designed MA600 turbo-prop regional aircraft finished its maiden flight in October 2008. Chinese Advanced Regional Jet for the 21st Century (ARJ21) finished its first flight in November 2008. Up to now, The ARJ21 has earned a purchase order of 208 units, including 25 units ordered by GECAS, which is the largest aircraft leasing company in the US. Because of the order from GECAS, ARJ21 has become the first Chinese aircraft exported to the market of Euro- American developed countries.

　　In the field of helicopters, the military version of Chinese designed helicopter Z11 completed all the evaluation test flights and passed the evaluation smoothly in December 2006. Chinese independently developed helicopter H425 finished its test flights and entered into service in June 2007. In January 2008, the CA109 helicopter which is cooperated with Italia finished assembly, ground test, flight test, and delivered to customer. During the Beijing Olympic Games in August 2008, CA109 carried out many tasks, and played an important role in aerial security patrol and monitor, traffic guidance and monitor, airborne command, ground support, anti-terrorists, handling emergency accidents, and aerial photography.

　　In the field of aerostat, we can make a huge balloon of 600,000m3 cubage now. The loading capability of such balloon is 1,500kg and the flight height is 40km. In the aspect of the captive balloon development, we made a balloon whose cubage is 12,000 m3 in 2007.  Its payload is 1,500kg and the captive high is 3,000m. As to the airship, we are developing the HJ-3000, HJ-4000, and HJ-5000 manned airship. They can be used in many areas, such as aerial photography, tourism, transportation, aero patrol and so on. About the Stratosphere airship, we have finished the development of “Skyship-01” and “Skyship-02”. Now we are going to develop the “Skyship-03”, whose fly height is 18,000-20,000m and the fly endurance is 15-20 days.

　　Besides the above achievements, breakthroughs are continuously coming out in the study of aerodynamics, aviation simulation, hydraulic system, life-saving of aircrew, aircraft electric power system, material and manufacturing technology. The capability of aeronautical science and technology for supporting the development of Chinese economy and defense is greatly enhanced.

　　However, comparing with the foreign advanced technology, our aviation science and technology is still quiet lag behind the time. As a whole, the technology level of our fighters is equivalent to the third generation, which is one generation behind the newly built foreign fighters. China has only mastered the technology for the medium and small transport aircraft. We haven’t grasped the technology for the large and super large transport aircraft. In the mean time, Chinese aerodynamics, aviation simulation, hydraulic system, life-saving of aircrew, aircraft electric power system, material, and manufacturing technologies are also behind the foreign countries.

　　In order to reduce the gap between China and the advanced countries in the world, Chinese government should make more effort to support aeronautical science and technology. The government should set up a national administration of aeronautics and astronautics, work out an aviation industry prosper law, invest more funds on aeronautical research, enhance the international cooperation, encourage the sharing of research fruits, and boost the cooperation among universities, research institutes, and aviation factories.

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