航空新技術論文

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航空新技術論文:“福特級”航空母艦新技術

一提起航空母艦，映入人眼簾的往往是其海上巨無霸的形象。作為現代海上作戰體積最大的移動堡壘，航空母艦不僅是一個國家大國地位的象征，更擁有極為強大的戰斗力，是一國海上軍事威懾的重要戰略力量。美國是當前擁有航空母艦數量最多的國家。載有大量戰機的核動力航空母艦，無疑是美國強大軍事實力的招牌。在各國的武器庫中，還找不出一款比航空母艦戰斗群更具有驚人戰力的進攻性武器。航空母艦能夠在遠離路基支援的戰場條件下，馳騁于占地球表面積70.8%的海洋之中，并可在數個月的時間內對特定目標展開持續攻擊。戰力如此卓越的航空母艦戰斗群顯然早已成為美國各戰區指揮官的“寵兒”。這也導致美國航空母艦在海外的戰備值班周期不斷延長。除了航空母艦戰斗群的攻擊實力外，航空母艦上所配備的各類高科技武器與裝備，也是支撐其得以馳騁深藍的重要利器。

從“尼米茲級”到“福特級”

美國當地時間2017年4月9日，全球第一艘“福特級”航空母艦福特號進行了海上測試。當天，“福特號”航空母艦被拖船從位于弗吉尼亞州的紐波特紐斯造船廠內拖出進行出海測試。作為“福特級”的首艦，“福特號”航空母艦的設計、施工和制造前后耗時十余年，總造價高達130億美元。“福特號”航空母艦原計劃于2015年正式在美國海軍服役。不過，核反應推、發電機等部件的故障問題，導致“福特號”的出海測試時間一拖再拖。美國海軍稱，“福特號”航空母艦在出海測試期間，將進行飛行甲板測試驗證等事項。待“福特號”航空母艦正式服役后，美國的核動力航空母艦將擁有11艘。作為新一代的航空母艦，美軍計劃最遲于2058年建造十艘同級航空母艦，以取代當前承擔主力任務的“尼米茲級”航空母艦。

在“福特級”正式服役前，“尼米茲級”航空母艦乃是美國海軍現役的主力航空母艦，且在數十年間中均為美軍乃至全球范圍內最大的軍艦?！澳崦灼澕墶焙娇漳概炇着灐澳崦灼澨枴弊?975年正式服役后，美先后共建造了10艘同型航空母艦?！澳崦灼澕墶焙娇漳概灳捎煤藙恿ν七M，屬于大甲板彈射型航空母艦。其設計長度為330米，寬度為40米，吃水11米，滿載排水量在10萬噸左右，可以搭載一支約70架戰機的艦載機聯隊。根據作戰任務以及性質的不同，航空母艦上搭載的作戰飛機類型也有所區別，通常包括了戰斗機、預警機、固定翼反潛機以及電子戰飛機等。每艘“尼米茲級”航空母艦都裝載有四臺蒸汽彈射器、四條攔阻索以及四座升降機，平均每20秒鐘時間即可彈射出一架艦載作戰飛機。

可以說，“尼米茲級”航空母艦戰斗群能夠控制的海域面積大、攻擊性能強，是當前世界范圍內作戰能力最為頂尖的海上機動作戰編隊。不過，航空母艦戰斗群并非僅僅只有一艘航空母艦所組成。航空母艦自身除配備少量用于自衛的武器外，其主要的武器裝備即為所搭載的各類艦載作戰飛機。這些作為重要武器裝備的作戰飛機可以對敵方的艦船、潛艇、飛機以及陸地目標等進行攻擊，直接將敵方消滅于航空母艦數千米以外的區域，并對海上艦隊進行保衛。除航空母艦所搭載的戰機外，以其為核心的戰斗群通常會由巡洋艦、驅逐艦、潛艇和補給艦等混編而成。

盡管“尼米茲級”仍是現役航空母艦中無人能匹敵的佼佼者，但其設計與制造畢竟發端于20世紀60年代，艦上的各項技術已顯得較為老舊。譬如，“尼米茲級”所使用的彈射系統、推進系統等基本均采用機械結構，不僅極為復雜可靠性較低，且需要大量人員進行操作和維護。在此背景下，新一代“福特級”航空母艦應運而生。

“福特級”航空母艦的新技術

“福特級”航空母艦從外表來看，與“尼米茲級”航空母艦并沒有較大的差異，兩者在飛行甲板上也極為接近。從數據上而言，“福特級”首艦“福特號”航空母艦長度為330米，寬度為41米，設計的滿載排水量為10萬噸，這些數據與“尼米茲級”亦相差無幾。“福特級”在噸位和尺寸等方面較之“尼米茲級”并未有多少提升，但在艦船的電力容量、艦載機的數量、艦船故障率等諸多關鍵性指標上，“福特級”航空母艦與“尼米茲級”相比有了質的飛躍。譬如，“福特級”航空母艦搭載的艦載機聯隊數量可達到75架，大大提升了作戰飛機的出動率。通過采用全新的電磁彈射系統、電磁阻攔系統等所使用的各類前沿技術，“福特級”航空母艦真正成為了一艘適應未來戰爭環境下作戰的超級航空母艦。

電磁彈射技術的應用

航空母艦誕生之初，艦載機均是依靠自身發動機帶動螺旋槳產生拉力，進而使轟炸機或戰斗機從航空母艦飛行甲板上起飛。彼時，這種起飛方式對于以輕金屬和木質為主的螺旋槳飛機而言并非難事。不過，隨著噴氣式飛機的普及，其在短短一百多米的航空母艦甲板上的起飛，需要借助于外界的推力幫助，這也使得彈射系統隨之產生。

“尼米茲級”核動力航空母艦所使用的是蒸汽彈射系統。其由核動力裝置生成的熱能來產生蒸汽，進而推動艦載機非短距離起飛。蒸汽彈射裝置從結構而言較為復雜，包括了蒸汽系統、液壓系統、起飛系統、歸位系統、潤滑系統以及控制系統等。

艦載飛機在從航空母艦甲板上起飛前，需要由位持器鋼圈把尾部扣在一處堅固點上。當蒸汽彈射系統運作時，蒸汽由航空母艦上的鍋爐輸出，經增壓后輸入彈射裝置唯一露在飛行甲板之上的滑梭中。被位持器扣住的飛機在起飛時需要開足馬力，當蒸汽彈射系統一啟動，飛機引擎的動力加之蒸汽的壓力，令鋼圈斷開，飛機立即向前沖去，在短短數十米的距離內即可將時速提升至250公里每小時。當艦載機被彈射起飛并脫離滑梭后，滑梭回到原位，并繼續推動下一架艦載機起飛。

從數量上來說，“福特級”航空母艦與“尼米茲級”航空母艦一樣，都裝載有四部彈射器。但兩者在設計理念和技術層面上有著顯著的區別。由于艦載機在“尼米茲級” 航空母艦第四號彈射器時，其機翼已接近甲板邊緣，這也導致該級航空母艦的四號彈射器無法彈射滿載起飛的作戰飛機。為了提升艦載作戰飛機的出動能力，“福特級”航空母艦對飛行甲板的構造進行了改進，從而令其第四號彈射器能夠彈射滿載起飛的作戰飛機。

“尼米茲級”航空母上所用的蒸汽彈射系統，其體積和重量均較大，不僅需要消耗大量的海水，還需要大量的人力和資金進行維護和更換，這顯然不利于長時間的海上持續作戰。此外，由于在彈射過程中需要消耗大量的蒸汽，“尼米茲級”航空母艦在連續彈射出幾架滿載起飛的作戰及飛機后，其航速就會受到較大的影響，從而限制了下一個攻擊波中能夠出動的戰機的數量。蒸汽彈射系統的最大局限性，還在于其輸出功率有限?！澳崦灼澕墶焙娇漳概灢捎玫恼羝麖椛浞绞剑瑳Q定其只能彈射載重30噸以下的艦載飛機，難以滿足艦載機未來發展的方向。加之蒸汽彈射系統存在功率無法調節的限制，只能有效彈射重量較輕的無人機。若要進行強行彈射，很可能會造成飛機受力過大，從而影響其服役時限。

在此情形下，美軍在其最新型的“福特級”航空母艦采用了前沿的電磁彈射技術，以規避和完善當前“尼米茲級” 航空母艦蒸汽彈射系統所存在的實際問題。所謂電磁彈射技術，即是采用電磁的能量來推動被彈射的物體向外進行運動。電磁彈射技術的主要應用是大載荷物體的短程加速，其起步與發展相對較晚，目前在航空母艦的艦載飛機起飛彈射上已得到高度重視和應用。相較于蒸汽彈射系統，電磁彈射系統不需要使用蒸汽來驅動活塞，而是使用電來驅動。同時，電磁彈射技術的容積小、效率高、質量輕，對航空母艦上的輔助系統相對要求較低，且運行和維護的費用較為低廉。在功率損耗方面，電磁彈射系統要遠小于蒸汽彈射系統。其可控性能也優于蒸汽彈射系統。當蒸汽彈射系統的蒸汽閥門打開后，飛機起飛的彈射過程中基本無法控制。但電磁彈射的全過程均可以有效掌握，并可根據不同機型、飛機速度與負載變化等進行調整。這也使得電磁彈射技術成為了未來航空母艦發展的核心技術之一。

電磁阻攔技術的應用

除了將重型飛機送上天空外，如何能夠令艦載機順利降落在航空母艦甲板上也是一項困難重重的任務。艦載飛機在運動的航空母艦上降落，其風險之大、難度之高，被全世界公認為“刀尖上的跳舞”！通常情況下，陸地機場的跑道會長達數千米，而航空母艦上的甲板長度不會大于300米，可供利用的降落距離僅有100米。然而，艦載機降落的速度卻高達300公里每小時。在如此高的速度、如此短的距離，再加之隨時處于顛簸中的航空母艦，如果沒有航空母艦阻攔系統，現代噴氣式飛機在航空母艦上的安全著落顯然是一項難以實現的“天方夜譚”。航空母艦上安裝的阻攔系統，能夠有效幫助艦載機在極短的距離內強制制動。

“尼米茲級”航空母艦所使用的是液壓式阻攔系統。其由液壓緩沖系統、制動器具以及冷卻系統共同組成。當艦載機降落時，其機尾鉤掛上阻攔索后，阻攔索一邊利用滑輪阻尼器來減緩飛機的速度，另一方面則持續將動能轉化為壓縮空氣罐，從而令飛機趨于平穩并有效制動。不過，液壓式阻攔系統的阻攔能力較為有效，但缺乏靈活機動性。面對不同的機型降落，航空母艦上的海軍航空兵需要依靠人工對配重物進行更換，這也直接影響到了艦載機的出動頻率。如果不對液壓式阻攔系統予以適當的配重，在阻攔過程中產生的過大峰值拉力甚至可能造成飛機損壞。

為此，在全新的“福特級”航空母艦上，設計者采用了前沿的電磁阻攔技術。在這一技術中，阻攔機和電腦控制系統是最為核心的兩部分。阻攔機的構成較為簡單，包括了水力渦輪、感應電機、旋轉軸以及機械制動裝置等，在阻攔系統中起到吸能的作用。電子控制系統則包括了操作人員工作平臺、維護人員工作平臺以及動態子系統。該系統可以精準地對飛機阻攔著艦的即時受力情況進行分析和控制，并反饋給電動機后施予阻攔索合適的拉力，從而令艦載機在阻攔著艦的過程中能夠獲得更為平穩的力，進而也可控制艦載機在飛行甲板上制動的距離。作為電磁阻攔系統中的重要一環，阻攔索采用了新型輕質合成纜索，這不僅可以減少結構載荷，降低系統慣性，并可由此縮小滑輪減震裝置的尺寸。

電磁阻攔技術的工作方式主要可以分為兩個環節。第一個環節也就是初始接觸階段時，艦載機的機尾鉤一旦與阻攔索相接觸后，其就會牽動阻攔索，進而帶動換輪索牽出，并令旋轉軸轉動。這一工作的關鍵，是為了令艦載機和阻攔索之間得以平穩接觸。在實現了第一環節的既定目標后，第二環節則是如何對于艦載機的動能吸收。艦載機在降落時，其自身帶有極大的動能。電磁阻攔系統中的水力渦輪、感應電機和摩擦制動器就是為了吸收艦載機的動能。通常情況下，水力渦輪和感應電機正常工作，即可吸收艦載機的動能，并實現飛機的安全著艦?？墒且坏┌l生水力渦輪或感應電機不能正常工作，阻攔機的摩擦制動器就作為備用的吸能裝置，以保障電磁阻攔系統的安全、可靠。較之液壓式阻攔系統，電磁阻攔系統更為簡潔、可靠，且無需大量的人力、物力進行維護，令其維護成本得以大幅度降低。

無論是電磁彈射技術，還是電磁阻攔技術，都是用于提升航空母艦戰斗力的關鍵技術和措施?？紤]到航空母艦在未來會搭載有各類無人飛機，前述新技術的應用，也可為未來航空母艦的發展奠定重要基礎。

航空新技術論文:遙感及航空攝影測量中的新技術探討

摘要：隨著當前生產的發展需求，大比例尺航測成圖技術的應用在國內各城市測繪單位快速得到推廣應用；同時一些與航空攝影測量和遙感相關的測繪高新技術也在不斷的投入。本文首先對攝影測量與遙感的發展的重要作用進行闡述，進而分析遙感及航空攝影測量中的新技術以及應用。

關鍵詞：遙感技術；航空攝影測量；新技術；應用

一、攝影測量與遙感的發展的重要作用

從攝影測量與遙感的發展來看，在近三十年來，攝影測量與遙感技術已經進入了測繪、農業、林業、水利、氣象、資源環境、城市建設、海洋、防災減災等各個行業，在國民經濟發展中發揮著越來越重要的作用。從上世紀七十年代后半程起，攝影測量已經開始從模擬攝影中跨越出來，已經進入了數字攝影階段，攝影測量正在經過傳統測繪技術向數字化測繪技術體系的轉變。

（一）攝影測量與遙感有利于推動測繪技術的進步

從二十世紀七十年代后期開始，我國的攝影測量經過了一個系統的轉變。攝影測量逐漸從模擬攝影測量轉化到解析攝影測量，并最終進入到了數字攝影測量的發展階段，也標志著我國的傳統測繪技術體系的解體，新的數字化的測繪技術體系的興起。

首先，從數字影像的類型來說，我國目前已經建立了數字正射影像（DOM，Digital Orthophoto Map）、數字高程模型（DEM，Digital Elevation Model）、數字線劃圖（DLG，Digital Line Graphic）、數字柵格圖（DRG，Digital Raster Graphic），同時還有其他相應的地名數據庫與土地利用數據庫，多樣化的數據庫與模型為攝影測量在現實生產生活中的應用提供了可能性，推動了測繪技術的發展。

其次，國家利用攝影測量與遙感技術繪制了大量各種比例尺地形圖。除此之外，還建立了大量的全國級別的基礎地理信息數據庫。例如1：1000000、1：250000、1：50000比例尺級別的地理信息數據庫；除了國家級外，省一級的1：10000比例尺級別的基礎地理信息數據庫、市縣級1：500至1： 2000比例尺級別的地理信息數據庫等等。

另外，我國應用陸地衛星TM數據、中巴衛星數據等，于上世紀80年代中期、90年代中期和末期完成了全國土地利用調查，并建立了業務運行系統，具有每年耕地數據動態更新和每五年土地利用數據全面更新的能力?，F正在利用高分辨率遙感數據，開展第二次全國土地詳查工作。我國還利用彩色紅外遙感數據開展地質找礦應用研究，并成功地在新疆博羅霍樂北山地區發現礦藏。

（二）攝影測量與遙感有利于提升

空間數據的獲取能力經過近50年的發展，我國在空間數據獲取能力方面有了巨大的提升。研發了具有自主知識產權的遙感數據處理平臺，以此為核心建立了國產衛星遙感影像地面處理系統，并開展了定量遙感反演研究，為形成我國獨立自主的對地觀測數據獲取、信息處理與分發服務體系奠定了基礎。

首先，從數據獲取能力方面來看，在國家973與863計劃的支持下，成功研制了一系列傳感器，發射了50多顆對地觀測衛星，包括氣象衛星、海洋衛星、資源衛星、通信衛星、導航定位衛星、返回式陸地衛星、科學實驗衛星等，組成了風云、海洋、資源和環境減災四大民用系列對地觀測衛星體系，從地球同步軌道和太陽同步軌道上實現了對地球的多平臺、多傳感器觀測，可以獲取地球表面不同分辨率的光學和雷達圖像，并將對地觀測數據應用于氣候、大氣成分、水循環、植被變遷、海洋現象、自然災害等地球空間環境變化的監測。

其次，在數據儲備方面，已經積累覆蓋全國陸地、海域以及周邊國家和地區1500萬平方公里的地球表面數據。

二、幾種測量新技術的應用探討

（一）GPS在航空攝影中的應用

（1）GPS用于航攝飛機導航

在航空攝影測量獲取航片的過程中，航空攝影飛行必須按航攝計劃中的要求，在一定的高度沿設計的航線飛行，以保證所得影像具有一定的攝影比例尺、航向重疊度及旁向重疊度。隨著GPS的廣泛應用，已普遍使用GPS對航空攝影飛機進行導航。

（2）GPS輔助空中三角測量中的導航與定位

GPS輔助空中三角測量的目的是利用GPS精確測定的攝影曝光瞬間航攝儀物鏡中心的位置，將所測數據應用于攝影測量內業加密，以便盡可能減少對地面控制點的數量要求。用于確定攝影曝光瞬間航攝儀物鏡中心的位置時需采用高精度相位差分的GPS動態定位方法，其實時差分定位可用于攝影導航，而確定航攝儀物鏡中心的位置則利用布設在地面的2～3臺GPS基準站的觀測數據進行后處理獲得。目前已采用QPS/IMU。

（二）LIDAR激光測高掃描系統的應用

LIDAR激光測高掃描系統利用GPS輔助空中三角測量技術，可以減少地面控制點，縮短作業周期，降低成本，可以真正應用于困難地區、無圖區及邊境區的基礎測量。利用該種測量技術，在有地面控制點的四角帶，完全可以滿足1∶10000比例尺的地圖精度要求；在地面特征豐富、影像較好時，可以達到1∶50000比例尺的精度要求。這種測量技術對于實施西部大開發戰略、完善國家基本地形圖有重要意義。

（三）機載側視雷達技術的應用

機載側視雷達是利用裝于飛機機身兩側或下方的天線，隨著飛機向前飛行而掃描飛機下方兩側的帶狀地面，進行高分辨率地形測繪的雷達。飛行器上的側視雷達包括發射機、接收機、傳感器、數據存儲和處理裝置等部分。側視雷達具有下列特點：

（1）具有全天候工作性能；

（2）分辨率高，所攝照片清晰；

（3）覆蓋面積大，提供信息快，把飛行中連續拍攝的照片拼接起來可構成大面積的地形圖；

（4）不易受干擾

航空新技術論文:淺析航空攝影測量新技術的應用與發展

摘要：隨著科學技術的進步與發展，航空攝影測量新技術被廣泛應用于城市地形圖測繪中，并取得了重大的成果。本文針對我國航空攝影測量的發展歷程，分析我國航空攝影測量新技術的應用及注意事項，從而推動我國航空測繪的發展。

關鍵詞：航空攝影測量；新技術；應用；發展

航空攝影測量即是在飛機上利用航攝儀器對地面進行連續拍攝，繪制地形圖的過程，其原理是利用航攝儀器的攝影光束相交而確定地面點的位置。隨著科學的進步，以及社會建設中對土地利用的現狀，航空攝影測量技術在不斷得到創新和完善，并推動了航測行業的發展。

一、我國航空測繪的發展現狀

我國對航空攝影測量技術的應用可以追溯到20世紀80年代。當時，我國各大城市開始應用航空攝影測量技術進行對城市大比例尺地形圖的測繪，以便科學合理的使用土地。在城市化進程以及生產的需要中，大比例尺城市測繪技術被廣泛應用于各城市測繪企業單位。在科學技術不斷發展的今天，數字化技術迅猛發展起來，在航空攝影測量技術上，涌現出數字航攝儀DMC、IMU/DGPS新技術、LIDAR 激光測高掃描系統、雷達等先進技術設備，為城市大比例尺地形圖的測繪創造了更多的技術條件，不斷推動著航測行業的發展。然而，受諸多客觀因素的影響，我國航空攝影測量技術力量還相對薄弱，其測繪精確度仍有待落實，航測工作有待進一步完善。

二、航空攝影測量主要新技術的應用

1、對數字航攝儀DMC的應用

數字化技術是現代信息社會不可或缺的技術手段呢，無論對人們生活和社會各項工作的開展都起到不可比擬的作用。而數字航攝儀DMC也是在數字化的基礎上創造的航測產品，它是一種用于高精度、高分辨率的航空攝影測量的數字相機系統。這一航空相機摒棄了傳統膠片相機的設計思想，由四個全色傳感器及四個多波段傳感器組成。其四個全色傳感器用于捕捉每一個設想的特定區域，從而確定一個大的鑲嵌影像；四個多波段傳感器則主要用于捕捉紅、藍、綠色及進紅外數據。因此，航攝儀DMC能滿足小比例尺和高分辨率大比例尺航攝的需求。與此同時，在低空進行測繪時，DMC能夠在無人控制的情況下實現機動、快速的攝影測量，其測量精度高。

2、對IMU/DGPS新技術的應用

IMU技術是慣性測量單元的簡寫，主要是由陀螺、加速度、電路構成，它能夠獨立提供高精度的導航參數，同時具有抗電子干擾、隱蔽性好等特點。但這一技術的不足之處在于不適合長時間單獨飛行，否則容易造成導航位置參數的誤差。而大家熟知的GPS全球定位系統功能強大，被廣泛應用于航空攝影測量、工程測量等諸多領域。因此，將IMU與GPS集成起來構成組合導航系統，能有效提高系統的導航精度與其測繪性能，就是目前的IMU/DGPS航空攝影測量系統。這一新技術的應用能夠減少地面控制的工作，提高了測繪效率，并降低了在高山荒漠等區域測繪的危險性，推動了航測事業的發展。

3、對LIDAR 激光測高掃描系統的應用

對LIDAR 激光測高掃描系統的應用，主要是針對困難地區、無圖區及邊界區而實施的新技術。該技術主要利用GPS輔助空中三角測量技術，從而減少地面控制點，完成對外空難度大的測繪區高精度及大比例尺的測繪工作，這一技術的應用有利于縮短作業周期，減低生產成本而提高生產效率。這一技術對于實施我國西部大開發戰略、完善國家地形圖有深遠的意義。

4、SAR合成孔徑雷達成像系統

SAR合成孔徑雷達成像系統具有高分辨率的成像技術，不受客觀惡劣天氣條件的影響便能獲取空間數據，大大改善了對困難地區地形圖繪制的困境。這一成像系統的使用原理是將合成孔徑雷達安置于飛機上，利用孔徑雷達發射微波對地面目標掃描，從而經過對空間坐標的計算，記錄回波特性得出地面目標的空間特性，再經過數據處理成像。這一系統的運行主要由天線系統、數據記錄系統、監控系統、發射與接收系統協調運行而完成。

三、對航空攝影測量技術應用的和主要注意事項

1、落實測繪區選點工作

航測人員在開展航空攝影測量工作過程中，運用IMU/DGPS作業的前提必須對測繪區做好現場踏勘的選點工作，這一選點工作要按照前期設計圖紙要求并結合GPS定位測量范圍的選點要求進行實地選點定位。選點的點位要位于交通方便、便于安置設備便于埋石操作的區域；點位還要在視野開闊的地方，避開建筑物及水域便于信號及電磁波的傳輸。同時，點位之間還要做好加密與聯測工作，以便測量工作的連續開展。

2、確定航攝儀、比例尺及航高

在航空攝影測量工作開展之前，首先要做好航攝儀、比例尺及航高的選擇與確定工作。在選擇航攝儀時要優先考慮其性能質量，進而保證航攝資料的準確性。在確定比例尺時，首先要按照國家對大比例尺地形圖航空攝影標準并根據當地地形實際與相應的精度要求，以及配套儀器的利用，綜合確定航攝比例尺與航高數據。

3、策劃檢校場的布設方案

檢校場的布設方案主要針對IMU /DGPS 系統設備生產商而言的，這些生產商在從事 IMU /DGPS 系統設備生產過程中對于檢校場的布設方案的策劃，一般要考慮達到如下工作的因素：檢校場要根據比例尺大小設置相鄰的平行航線；檢校場要能保證航向重疊和旁向重疊都是60%；采用直接定向法，使航測高度與攝區高度一致；對于檢校場的位置可以選擇在離攝區較遠的區域或攝取中任意兩條航線位置等。

四、結語

在科學技術迅猛發展的今天，我國航空攝影測量實現了歲數字測繪技術的應用與完善，取得了相應的進展。但是，我們也應看到在航空攝影測量新技術應用方面較西方先進國家還有很長的距離。我國的航測領域應該在認識航攝新技術優點的同時，找尋并探索其對于該技術應用中應注意的問題，有針對性的做好航攝工作，提高航攝效率，保證影像質量，進而推動整個數字攝影測量事業的發展，滿足社會經濟發展和環境的可持續發展需求。

航空新技術論文:航空攝影測量中新技術應用與發展

摘 要:隨著科技進步,航空攝影測量技術廣泛應用于城市測繪、復雜地形及國界等測繪區域。目前,航空攝影測量技術發展迅速,測繪技術向數字化轉變,出現了數字航攝儀DMC、IMU／DGPS新技術、LIDAR激光測高掃描系統等攝影測量新技術。本文首先簡要論述了航空攝影測繪技術的意義與研究現狀,然后詳細分析了數字航攝儀DMC、IMU／DGPS新技術、LIDAR激光測高掃描系統等攝影測量新技術的應用與發展。

關鍵詞:航空航攝儀；新技術；應用與發展

引言

自20世紀80年代,航空攝影測量技術陸續應用于我國各個大城市測繪城市大比例尺地形圖。隨著生產發展的需要,各城市測繪單位,在航測機構增添航空攝影測量業務,大比例尺航測成圖技術在國內各城市測繪單位得以快速的應用推廣。目前,隨著數字航攝儀DMC、IMU／DGPS新技術、LI-DAR激光測高掃描系統等攝影測量新技術的應用,航空攝影測量技術逐漸成為大比例尺地形圖的主要測繪方法。但是,航空攝影測量技術應用于地籍測繪領域時間短,加之航測本身的技術缺陷以及測繪精度問題,有時仍然難以達到預期目標。

一、航空攝影測量技術的分類

（一）按處理方法分

在航空攝影測量技術的分類中按處理方法可分為模擬攝影測量、解析攝影測量、數字攝影測量。模擬攝影測量通過模擬測量的方式，使測量達到最真實的效果，同時減少了使用過程中的出錯率，用模擬的方式實現了對實際的掌控能力，使技術取得最好的實用效果。解析攝影測量是指通過對形狀、大小、和數據進行解析達到對綜合數據的了解，使出現的問題和錯誤得到改善，并增加對具體內容的了解，讓數據達到還原效果，增加圖像的準確率，并通過分析和應用提供最真實的影像和數據，更好的為地形攝影和非地形攝影的發展服務。數字攝影測量使測量的結果更接近于對數字的掌控，通過對數字攝影的掌握加強測量的數字化能力，通過對數字及影像的綜合處理達到理論和實際的有效結合，使攝影測量達到數字化和科學化，使數據更加準確，更加接近測量的實際。

（二）按研究對象分

在航空攝影測量技術的分類中按研究對象可分為地形攝影測量技術和非地形攝影測量技術。地形測量是指對地形圖的測繪過程，通過對地表和地形在水平面的投影中顯現的數據，把數據按比例尺進行縮放來實現攝影和測量的目地。地形的測量一般采用航空攝影測量技術，在飛機上就可以拍攝和掌握各種測量數據，實現數據和圖像的高標準。非地形測量不以地形測量為目的，而是通過對各種指標的精確測量使理論知識更加豐富，它為生物領域、軍事領域、建筑領域、礦山工程領域、文物領域的發展提供更多的理論基礎，使各領域的技術得到發展，并通過攝影和測量使這些領域得到實際的發展，使非地形測量應用到這些領域中，取得更長遠和豐富的發展。

（三）按攝影的位置分

在航空攝影測量技術的分類中，按攝影位置進行分類，包括航天攝影測量技術、航空攝影測量技術和地面攝影測量技術。其中航空攝影測量技術通過航天攝影來完成整體測量，要根據具體的測量對象進行不同的研究。航天測量的測量距離相對更遠，技術水平也更難達到標準，對攝影及測量人員的要求也更嚴格，并且環境造成的干擾對攝影的影響也更大。工作人員需要更精細的測量，并對地形進行精準的勘測，來保證攝影測量技術符合測量和勘測的規定。航空攝影測量技術是指在空中進行攝影并根據比例尺對具體的距離進行計算的過程，航空攝影測量一般是在飛機上。而地面攝影測量技術一般需要對攝影進行處理，使形狀、大小等綜合數據達到預期的效果，通過采用地面測攝影測量技術使很多難以測量、難以勘測、難以計算的地形得到勘測，很多大壩和地形復雜鐵路的測量就采用地面攝影測量技術，它攻克了地形勘測帶來的危險，為地域勘測服務。

二、航空攝影測量技術的任務

（一）非地形測量

在非地形測量中不以地形測量為目的，而是通過對各種指標的測量促使理論知識更加豐富，達到為各種領域服務的目的。非地形測量的發展促進了生物領域的發展，使生物醫學領域可以通過對地形的利用，取得更多的生物醫學資源，帶動更長領域發展。同時也有利于公安機關偵破案件，通過對非地形的勘測，了解罪犯的藏身之處，和犯罪窩藏點，使案件得到偵破。在文物和建筑領域也得到了發展，很多文物就存放在復雜的領域內，通過測量可以找到它們的位置，開墾出更多的古文物。非地形測量也有利于軍事偵查，通過非地形測量檢查各軍事地點，保證軍事地域內沒有軍火和其它領域的軍事人員。

（二）地形測量

地形測量指加強對地形圖的了解，通過對地表和地形在水平面投影來掌握數據，按比例尺進行準確的縮放，以此達到測量的目的。在測量中第一點要掌握具體的數據和具體的圖像，按照比例尺來還原真實的指標，要建立專題的圖片，對各種地圖要進行了解，掌握各種硬件條件，要了解具體的攝影影像，對各種圖形要分類型掌握。第二點，要建立相關的數據庫，通過對數據的掌握，通過對數據的分類、篩選和匯總來了解各種數據的不同，了解測量的變化，使數據可以互相參考、互相借鑒，達到為測量服務的效果，達到測量的數字化。數據庫的內容要系統化，方便管理人員查閱和掌控。

三、航空攝影測量的要點和作業方式應用

（一）質量檢查準確，成果提交合理

在航攝攝影測量的最后階段要對質量進行高標準的檢查，對整體的過程進行準確核實和分析，達到整體質量的準確性，在最后的檢查中一定要嚴把質量關。針對作業方式要加強各步驟的聯系，區別各步驟的不同，對內容進行整體計算，并對結果進行重復的分析，使結果符合真實的效果。要對數字精度、數據完整性和準確性進行檢查，檢查的單位是質量檢查機構，對檢查和驗收工作要合乎規定，以合同為根據。在檢查合格后進行相應的驗收工作，當檢查資料不合格時驗收單位可以拒絕驗收。當核實無異議后要把成果提交給相關部門，提交過程中要把內容標記的詳細些，確保相關部門能夠根據數據開展以后的工作，作業方式也要列出相關數據和相關表格，使內容清晰易懂。

（二）空中采集準確，數據處理合理

在航空攝影測量中要對控制采集的數據和圖像進行準確的處理，采集過程要正確，作業方式要符合標準，通過找準正確的距離和采用正確的拍攝方式，使效果更真實、更具準確性。拍攝人員也要掌握合理的拍攝方法，針對不同的高度，拍攝的方法也要有所不同。同時對數據的處理也要合理，要經過科學的研究和科研人員的重復計算，實現對不同數據的合理分析和比較，使航空攝影測量任務完美的完成。要在飛機上安裝攝影儀，對地面垂直拍攝，獲取相片或影像，使數據采集向自動化和數字化方向發展。數據處理過程中用繪制比例尺進行空中測量，用模擬法和解析法測繪，使精度和質量達到高標準。要用正確的采集方式取得最優異的內容，并通過科學的數據處理，達到整體測量的準確性。

（三）航攝準確，航攝設計合理

在航空攝影測量中要對航攝進行精準的計算，促使其它指標合理發展，并且要加強對航攝的設計。作業方式要通過找準目標和進行合理角度的拍攝實現精準化計算。拍攝過程一定要符合實際，通過合理的比例來還原數據和圖像 , 要加入大比例尺的數字圖，提高航攝的精度要素，提高航高、比例尺、焦距和影像質量，通過上述要素加深設計的合理性。還原的方式一定要合理，數據和圖像設計也要有根據，要根據具體影像來開展數據和圖像設計，測量不要局限在繪畫圖上，需要信息性的影像圖件。要用科學的方式和科學的設計達到預期標準，實現測量的目的，實現測量的高標準，使作業方式合理的完成。

結束語

隨著計算機技術和互聯通信技術的發展,航測技術由模擬測繪向數字測繪轉變,由計算機代替“人眼”,邁向信息化測繪時代。航空攝影測量已成為當前大比例尺地圖繪制技術中的熱門話題,各種航空攝影新技術一定會逐步完善。根據航攝地區的特點選擇合適的技術獲取影像,極大地提高航攝效率,縮短獲取影像周期,提高影像質量。

航空新技術論文:航空攝影測量新技術的應用與發展

摘要：伴隨著計算機以及互聯網通信相關的技術的開發與研究，航空攝影測繪技術已經從模式測量朝著數字化測量轉化，從而做到了運用高科技技術來代替人進行測繪，令攝影測繪全面地走進數字信息化的測繪階段。本文對航空攝影測量新技術的應用與發展進行了分析探討。

關鍵詞：數字航攝儀；DMC IMU/D GPS；激光測高掃描系統

引言

航空攝影測量就是在航空器中安裝攝影儀器，進而在空中對需要測量的地形進行攝影。隨著我國經濟的發展，地形變化的速度非?？?，同時由于我國地形結構復雜，依靠傳統的測量技術很難對特殊地形進行實地測量，因此借助航空攝影技術可以實現對復雜地形的測量，并且航空攝影測量可以縮短測量工作周期，提高測量數據的準確。

一、航空攝影測量技術的任務

目前我國航空攝影測量技術的任務主要包括對地形面貌的測量和非地形測量兩種：

1、地形測量

地形測量是航空攝影測量的主要任務，它是通過對測量地形的攝影，加強對地形的了解，并且按照比例尺寸對攝影的對象進行準確的濃放，以此實現測量的目的。在地形測量中需要做好以下三點工作：一是要保證攝影圖形的具體數據和圖形，并且按照預定的尺寸比例對航空攝影的圖片進行數據還原，并且根據還原的數據圖像，建立相應的圖片庫；二是要建立數據庫，航空攝影要根據對地形的數據分析建立相應的數據庫，掌握數據的不同分類以及數據之間參數的變化情況，以此實現在航空攝影時實現測量的數字化；三是積極掌握測量地形的相關數據，并且根據掌握的數據情況完成對地形的整體測量，最后實現攝影圖像的真實還原?？傊诤娇諗z影測量的時候要進行合理的分工，保證攝影的圖像數據真實、準確，使測量數據更加符合標準。

2、非地形測量

航空攝影測量技術不僅僅應用在地形測量領域，其還應用在許多其它領域。非地形測量不是以測量地形為目的，而是通過對地形的攝影觀察地形的變化，以此更加地形變化發現其中的問題，比如航空攝影技術應用在軍事領域中，就可以通過航空攝影技術對某一區域內進行軍事偵察，以此觀察該地形是否存在軍事設備以及該地區的變化情況；航空攝影技術應用在工程領域，通過航空攝影技術可以對地形進行勘測，分析該區域是否存在礦物質等，以此實現對該區域的合理開發利用。航空攝影技術的非地形測量功能被越來越多的領域所應用，其發揮的價值也越來越大。

二、航空攝影操作的關鍵和方式應用

1、攝影精確，設計科學

在航空攝影測繪的過程當中需要先對攝影實施準確的計算，從而令別的相關要求都有一個很好的發展，同時需要注意的是要優化航拍的設計。攝影辦法是要先確定好攝影的地點以及實施一個適合的角度攝影從而能夠進行準確的設計計算。進行攝影測繪必須要切合現實情況，利用適合的比例來對收集到的數據以及圖像進行還原，此外還需要添加一個大比例尺的數字圖，增加攝影的準確因子，增強攝影高度、比例尺、以及攝影的焦距以及圖像的清晰度，經過以上的因素從而對攝影設計進行優化。另一方面，對圖像進行還原的方案必須要是科學合適的，圖片以及數據的收集設計需要有根有據，需要依據實際的圖像從而進行數據以及圖片的收集相關設計，測繪不能僅僅關注在繪制圖像上，應當具有數據性的圖像視頻。

2、收集精確，處理科學

在航空攝影測繪過程當中需要對攝影器械攝影收集到的數據以及圖片實施精確的計算分析，收集的方式要合理，滿足相關的指標要求，利用精確的定位以及攝影的方式是科學合理的，從而使攝影的結果更加的切合實際情況、更加的精確。另一方面實施攝影的相關作業人員也需要對于攝影的方法有個準確的認識，根據攝影的高度不同，所采用的攝影辦法都要根據實際做出調整。同樣需要關注的是相關數據的處理方式，處理方式需要通過反復的分析探究以及相關人員的反復推算，從而可以完成對于各種數據的科學統計分析，因此令航空攝影測繪工作能夠很好的被執行。航空攝影首先要在使用的飛機外體組裝好測繪過程當中所需要使用到的相關裝置，因此能夠對地面實施豎直攝影，從而得到有關的圖像視頻，指導數據的采集朝著自主化以及數字化方面進行開發。

3、質量檢測精確，結果提交科學有效

在實施航拍測繪的最終階段需要針對收集到的相關數據實施高要求的檢測，對于攝影的整個過程實施精確審核以及研究，從而達到整體的質量準確性標準，此外在最終階段的檢測作業中必須要把控好質量的這個標準。針對攝影的方式要增加每個操作單元智聯的相互聯系，能夠分辨出各個操作單元之間的異同點，對于攝影的具體項目實施整體的計算，同時對于計算得到的結果要進行多次推導驗證，驗證結果是否符合實際情況，增加其真實性。此外對于數字的準確度、數據的完整性以及精確性都要實施驗證，而進行驗證的部門都是相關的質量檢測部門，對于檢測和驗證的過程都需要依照相關的要求，將合同中的規定作為依據。在檢測合格之后再實施相關的驗證，如果出現檢測資料不達標則驗證部門能夠拒絕驗證。

三、航空攝影測量新技術的應用

1、數字航攝儀DMC

DMC航空攝影相機是利用四個多頻率的接收器分別接收紅、藍、綠三色光以及近紅外數據；而四個全色傳感器分別捕捉的影像，依靠少量的重疊區域生成一個大的7680?13824鑲嵌影像。此系統能夠在各種光線環境中，通過調整相機的曝光時間，保證圖片的質量，該系統對于地面的分辨率能夠達到5cm。低空數字航空攝影測量以2000萬像素以上的小像幅數碼相機為傳感器，采用無人飛機進行低空航攝，具有機動、快速、經濟等優勢。此種技術可以在較短的時間內獲得部門地區較為準確的高分辨率的數字圖像，另外對于天氣以及機場的依靠性較小，目前已經被廣泛的應用在應急保證、防災減災、圖形測繪等方面。

2、IMU/DGPS輔助航空攝影測量技術

GPS，即是全球定位系統，運用在航空攝影測繪后，利用空三素的辦法得到角元素，從而完成了部分直接得到投影光束。IMU/DGPS，即是慣性測量單元/差分GPS，運用在航拍之后，能夠直接取得三個線元素以及三個角元素，極少需要甚至不需要地面控制點就能夠實施航空攝影測繪，從而大大的簡化了攝影測繪工作。IMU/DGPS協助航空攝影的工作原理是利用了IMU、DGPS兩種新技術的綜合分析驗算，從而得到了具有十分高的準確度的航空攝影測繪相關的概念、技術以及方案。

這種攝影方法的工作方式是首先利用組裝在飛機外體上的GPS接收裝置或是地面站點的GPS接收裝置，進行持續的并且同步的檢測太空中的GPS衛星信號，接下來是利用GPS載波相位測繪差分定位技術的協助從而得到了航空攝影儀的有關定位數值。IMU/DGPS技術能夠直接的得到每一張攝影到的圖片外方位元素，把其當作加權檢測值參加到攝影測繪區域網的平差，因此得到了準確度更加高的圖片外方位元素結果，這種測繪的方法叫做IMU/DGPS協助航空三角測繪方法。高準度的差分GPS與慣性測繪部分得到航拍的曝光時間的圖像定位期空間位置，之后再針對去實施變差的更正，因此得到個各張圖片的高準度外方位元素的方法稱作直接定向法。

3、LIDAR激光測高掃描系統

LIDAR激光測高掃描系統通過GPS輔助空中三角測繪技術，能夠減小地表的控制點，減短測繪時間，降低成本，可以真正應用于困難地區、無圖區及邊境區的基礎測量。

結束語

航空攝影測量技術的發展，為我國的經濟發展提供了重要的貢獻，帶動了測量技術的發展。航空攝影測量技術的廣泛應用，突破了地形復雜、攝影周期長等一些弊端，促進了我國測量事業的發展。

航空新技術論文:“地溝油”華麗轉身新技術助其成為航空用油原料

“民以食為天”，中國人痛恨“地溝油”危害食品安全，卻每天制造出成千上萬噸的餐飲廢油。如今能源技術的進步，給中國人帶來了福音――“地溝油”轉換成航空生物燃料。每多一千克“地溝油”轉化成航空油，也就意味著餐桌上少了一份用“地溝油”回收做出來的“口水菜”！

2014年8月14日，波音中國公司在北京召開航空生物燃料油研討會，并在會上宣布，波音與中國商飛合作的“廢氣油脂”（包括地溝油、食用油邊角料、餐飲廢油等）研究項目正式進入到了籌建“中試車間”階段，最早于八月底開通一條日產500千克航空生物燃料的生產示范線。

2012年8月16日，波音公司正式與商飛合作成立了節能減排技術中心，中心的第一個項目就是研究如何將“地溝油”轉化成航空燃油。該項目在此前的一年當中均處于試驗階段，試驗目的是為了打通“地溝油”轉變成航空油的技術路線。然而餐飲廢油變航油，波音-商飛并非首例，國外有荷蘭航空的成功案例，國內也有中石油1號生物航煤的技術先例，波音與商飛之所以耗費一年多時間打通技術路線，是因為中國的“地溝油”與其他生物油脂存在不同的特性。

荷蘭航空旗下SkyNRG與中石油1號生物航煤采用的多為石油化工技術路線，比較適用于結構較穩定，成份較純的餐飲廢油，如肯德基，麥當勞炸雞剩下的油。而波音與商飛此次針對具有“中國特色”的”地溝油“采用油脂化工技術路線，其目的是為了適應中國八大菜系，蒸煮炒爆涮等各式各樣烹飪手法所遺留下來廢油。如全國聞名的重慶火鍋，最地道的做法就是用一鍋被重復利用的老油涮食，試想火鍋廢油的成份會何其復雜！

解決這些“成份復雜”難題的最佳辦法就是“去除雜質”。中國商飛-波音航空節能減排技術中心對此已研發出相適應的解決技術路線：“我們將首先對其進行去雜質處理，得到成份較純的中間產品，之后再利用優化過的催化劑工藝對其進行轉換。”

目前，中國商飛-波音航空節能減排技術中心已成功利用“地溝油”轉換出了一定量的航空油，轉換比例在40%左右，即100萬千克“地溝油”可轉化成40萬千克航空油。但不得不承認，該轉換技術在成本上仍需進一步優化，因為相對普通航油，“地溝油”轉換航油的成本是其2倍左右。

在大多數人眼中，那些臟亂差的“地溝油”應該是一文不值，但事實并非如此。事實上，目前“地溝油”的收購并不容易，價格也遠非我們想象的那么廉價。從食堂、餐館回收的泔水價格很低，但現在并沒有形成行業性的集中回收，而是被一些不法商販零散回收煉制成泔水毛油獲利，轉手又賣回餐館，擾亂食品安全環境。

對于民眾一直期盼的“地溝油”轉航油，其成熟商業化運作仍需要企業技術研發，社會自覺回收，政府政策扶持等多方面的持續努力。但好消息是通過諸如波音中國，中國商飛與中石油這類有社會責任感的企業的不懈努力，該事業離商業投產又更進了一步。

航空新技術論文:航空攝影測量中新技術應用與發展

摘要：隨著測繪技術、信息技術和計算機技術的迅速發展，航空攝影測量技術也有了前所未有的發展和進步，其空間數據獲取已從單一的野外測量發展到內外業綜合以內業為主的采集方式。本文首先簡要論述了航空攝影測繪技術的意義與研究現狀，然后詳細分析了數字航攝儀DMC、IMU／DGPS新技術、LIDAR激光測高掃描系統等攝影測量新技術的應用與發展。

關鍵詞：航空攝影測量；新技術；DMC；LIDAR

引言

攝影測量指的是通過影像研究信息的獲取、處理、提取和成果表達的一門信息科學。它的主要任務是用于測繪各種比例尺的地形圖、建立數字地面模型，為各種地理信息系統和土地信息系統提供基礎數據。自20世紀80年代，航空攝影測量技術陸續應用于我國各個大城市測繪城市大比例尺地形圖。伴隨生產的不斷發展，各航測機構都開始增添航空攝影測量業務，在我國個城市測繪單位中，大比例尺航測成圖技術得到了廣泛應用。

一、數字航空攝影測量的最新進展與應用領域

從本世紀初數字航空相機問世開始，ADS40、DMC、UCD、SWDC等航空攝影儀相繼出現，近些年，GPS技術、慣導技術、數碼掃描、激光掃描、雷達等高精端技術跟航空攝影聯系緊密，產生了很多新的航空攝影技術，比如GPS輔助航空攝影技術、IMLJ（POS）/DGPS輔助航空攝影技術、運用高解像率的CCD陣列將膠片替換，獲取地面的地物地貌光譜數字信息的數字航攝儀、SAR合成孔徑雷達成像系統、LIDAR激光測高掃描系統等，都在很大程度上促進了數字航空攝影測量的良性發展。

二、數字航攝儀DMC

數字航攝儀(DigitalMappingCamera)簡稱DMC，是用于高精度、高分辨率航空攝影測量的數字相機系統（如圖1）?；谔娲z片相機的設計思想，DMC具有歷史意義的技術突破。DMC數字航空相機由8個內部傳感器組成：4個全色傳感器與4個多波段傳感器。4個多波段傳感器一個捕獲紅色數據，一個捕獲藍色數據，一個捕獲綠色數據，一個捕獲近紅外數據。4個全色傳感器每個捕獲一個影像的某個特定區域，區域之間有少量重疊以便形成大的7680×13824鑲嵌的影像。所有傳感器的動態輻射分辨率均為12比特。

一次飛行中由4個全色傳感器獲取的數據產品：全色、真彩色與彩紅外。還有由4個多波段傳感器獲取的分辨率為2048×3072數據產品：真彩色、彩紅外、四波段和近紅外。通過獲取相機影像數據，可利用PPS軟件得到各類影像輸出。DMC兼顧小比例尺與高分辨率大比例尺航攝業務的具體需求，其地面分辨率為5cm。這一系統可光線不同的條件下，用多種曝光時間來曝光，保證影像的質量。

（一）1：20000比例尺攝影的試驗

為了對DMC數字航攝儀1：20000比例尺攝影的成圖精度情況進行研究，在某處選取一個Ⅱ地形測段進行航攝，共30個像對。控制點的布設采取雙五點法，基線數16條，運用GPS對控制點進行觀測。用VirtuoZo進行內業加密，全數字攝影測量系統進行量測，采用PATBNT光束法軟件來平差，加密精度統計如表1。

表1 1：20000比例尺攝影的加密精度統計

從統計的加密精度看，完全符合規范要求。運用JX4數字攝影測量工作站恢復立體模型來測圖，之后跟該區域GPSRTK實地量測的72個顯著地物點進行精度統計，平面誤差是0.167m，高程誤差是0.15m。

（二）試驗主要成果

1、DMC航空攝影分辨率高，影像清晰，加密自動選點成功率較好，連接差小，碎玉提升加密精度十分有利，且測圖地物判讀精度高。

2、運用DMC相機進行航空攝影，可放寬其攝影比例尺到傳統攝影比例尺的115~ 2倍。

3、可在傳統布設方法基礎上將控制點的布設降一個地形等級。

4、通過現有設備，完全可完成DMC攝影的成圖作業。

二、IMU/DGPS輔助航空攝影測量技術

IMU/DGPS輔助航空攝影測量指的是運用裝在飛機上的GPS接收機與設在地面上的一個或多個基站上的GPS接收機同步而連續地觀測GPS衛星信號，通過GPS載波相位測量差分對技術獲取航攝儀的位置參數進行定位，應用和航攝儀聯系緊密的高精度慣性測量單元（IMU，InertialMeasurementUnit）對航攝儀的姿態參數直接測定，通過聯合IMU，DGPS數據后的處理技術獲取測圖所需的每張像片高精度外方位元素的航空攝影測量理論、技術與方法。

IMU/DGPS輔助航空攝影測量的主要方法有直接定向法與IMU/DGPS輔助空中三角測量方法。

（一）直接定向法

運用高精度差分GPS與慣性測量單元（IMU），獲得航空攝影曝光時刻影像的空間方位，通過校正系統誤差，獲取每張像片的高精度外方位元素。該方法就是直接定向法。

（二）IMU/DGPS輔助空中三角測量方法

把基于IMU/DGPS技術直接獲取的每張像片的外方位元素，作為帶權觀測值參和攝影測量區域網平差，獲取精度更高的像片外方位元素成果。該方法稱為IMU/DGPS輔助空中三角測量方法。

四、LIDAR激光測高掃描系統

LiDAR（LightLaserDeteetionandRanging），是激光探測及測距系統的簡稱。用激光器作為輻射源的雷達。激光雷達是結合了激光技術和雷達技術的產物。主要是發射機、天線、接收機、跟蹤架及信息處理等部分構成的。發射機是各種形式的激光器；天線是光學望遠鏡；接收機通過各種形式的光電探測器，如光電倍增管、半導體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外與可見光多元探測器件等。激光雷達用脈沖或連續波2種工作方式，探測方法分直接探測和外差探測。

激光自身的測距能力就非常精確，其測距精度可達幾厘米，而LIDAR系統的精確度不僅僅取決于激光自身因素，還由激光、GPS及慣性測量單元（IMU）三者同步等內在因素所決定。伴隨商用GPS和IMU的不斷發展，通過LIDAR從移動平臺上（如在飛機上）獲取高精度的數據已被廣泛應用。

LIDAR系統包括一個單束窄帶激光器和一個接收系統。激光器產生并發射一束光脈沖，打在物體上并反射回來，從而被接收器接收。接收器準確地對光脈沖從發射到被反射回的傳播時間進行測量。由于光脈沖以光速傳播，因此接收器總會在下一個脈沖發出之前收到前一個被反射回的脈沖。因為光速為已知，傳播時間即可被轉換為對距離的測量。結合激光器的高度，激光掃描角度，從GPS得到的激光器的位置和從INS得到的激光發射方向，就可能夠對每一個地面光斑的座標X，Y，Z準確進行計算。激光束發射的頻率能夠從每秒幾個脈沖到每秒幾萬個脈沖。舉例來說，一個頻率為每秒一萬次脈沖的系統，接收器將會在一分鐘內記錄六十萬個點。通常情況下，LIDAR系統的地面光斑間距為2-4m不等。

激光雷達是一種在從紅外到紫外光譜段工作的雷達系統，其原理與構造和激光測距儀非常相似。科學家將利用激光脈沖進行探測的稱為脈沖激光雷達，把利用連續波激光束進行探測的稱作連續波激光雷達。激光雷達的作用是可以對目標位置（距離和角度）、運動狀態（速度、振動和姿態）和形狀進行精確測量，對目標進行探測、識別、分辨和跟蹤。在多年的努力之后，科學家們已經研發出火控激光雷達、偵測激光雷達、導彈制導激光雷達、靶場測量激光雷達、導航激光雷達等。

結語

我國航空攝影測量技術起步較晚，它用計算機代替“人眼”，在理論和實踐中使數字攝影測量得到了快速發展，在三維可視化、GIS數據更新、數學近景攝影測量等方面它將會被應用的更加廣泛。其發展使得膠片攝影被數字攝影所取代成為必然趨勢，而新型數字航空攝影機的應用必將為航空攝影測量技術帶來一次變革，并把我國航空攝影測量技術推向數字航空攝影時代。

航空新技術論文:探索民航空管新技術的應用情況

【文章摘要】

隨著國家綜合國力的提升，我國航空領域取得重大成就，民航空管新技術在現代高新技術的帶領下，逐漸走向成熟；同時民航空管局也在嘗試著改變發展模式，提高運行的安全性，以確保經濟效益與社會效益的統一。在此民航空管新技術的應用發揮著不可代替的作用。

【關鍵詞】

空管新技術；必要性；發展；問題

1 空管新技術應用的必要性

1.1 運輸量逐漸提高為航空事業帶來了巨大壓力

改革開放以來，我國在航空運輸領域有了很大突破，與往年相比，不管是安全性能還是技術層面都有了很大提高，同時我國也成為世界中航空總運輸量排名第二的國家。根據最近幾年的經濟發展情況、以及我國現有的科學技術水平來推測，到二零一五年，我國的機隊規模將超過兩千六百架，全國的機場總數將增加到大約二百五十個，而每年的飛行次數將達到1143萬，與二零一零年相比，將提高一倍。然而由于我國經濟發展水平不平衡以及地理環境等因素的影響，我國的大部分機場位于華北、華東、中南以及西南這些地勢相對優越的地區，隨著技術條件的提高，西部等地質環境惡劣的這些地方，也將會感受到便捷航空帶來的好處。正是這些運輸需求的增加，對我國航空事業帶來很大壓力，這對于航空事業來說不僅僅是一次新的挑戰，更是一次難得的機遇，因此空管技術的應用在很大程度上，促進了航空事業的快速發展。

1.2 航空運行環境復雜，有待進一步改善

我國的大部分機場，在建設過程中以及航線制定中，會受到當地經濟發展水平的影響；一般情況下，機場建設地區是經濟較為發達，或者具有非常顯著政治地位的城市或地區，或者作為中轉站而建設的，在機場運行過程中，會產生一定的放射圈，其中具有非常復雜的電磁波、地形特點等，這會在很大程度上影響到航空運輸的安全性，再加上人民群眾對航空運輸安全性要求的提高，就增加了航空建設的難度。尤其是在西部地區一些機場的運行中，由于其經濟發展水平有限、人流量有限，再加上地區環境十分惡劣，就需要在航空運行中，花費大量的財力物力去進行維護和檢修工作，不僅僅沒有實現經濟效益，同時由于傳統空管技術的落后，使航空運輸的安全性、可靠性大大降低，因此空管新技術的應用就勢在必得，也是確保航空運輸實現精確性的重要手段。

1.3 是實現航空領域可持續發展的必然要求

伴隨著我國經濟的快速發展，現在航空領域面對的最大難題之一，就是資源供應不足，將可持續發展作為航空行業的發展宗旨，能夠在很大程度上為未來的發展打下基礎，具有非常重要的實際意義。針對這個問題，民航空管系統就不得不采取多種方式來提高航天領域的飛行效率，但是其前提條件是要確保飛行安全以及容裕度。我們要在科學統籌規劃的基礎下，對空域資源進行優化配置，縮短飛行距離、提高飛行準確率，盡可能的達到節能減排的效果，降低飛行成本，以實現經濟最大化。

民航空管新技術的應用，需要在效率、服務、安全、容量等方面進行重點提高，這就對新技術的推廣提出了更大挑戰，同時也表現了提高飛行系統綜合能力的迫切性，使新技術應用得到更快速的發展。

2 空管新技術的發展和問題研究

2.1 我國民航空管新技術的發展

我國民航局是在一九九四年成立的，在成立之初就特別重視新技術的研發和使用，并還開設了相應的技術研究部門，在相關法律法規的嚴格督促下，以及相關政策的支持下，將一系列先進技術投入研究實驗中，如衛星導航、自動監視等；2000年，經過一段時間的研究，在我國西部地區建立了世界上第一條投入使用的FANS航路，即L888航路，這一成果為我國航空事業的發展奠定了扎實的基礎，到如今，短短的十幾年的時間內，在民航局的大力支持下，加強對新技術的研發力度，并成立了一系列科研基地，取得很大的科研成果。但是我們不能忽略在新技術研發應用中，所凸顯的問題，要重視我們在實踐中，積累的相關經驗，并對航空領域的發展做進一步的貢獻。現如今

2.2 空管新技術應用中應重點關注的問題

空管系統從構成上來講，是一個相當復雜的系統，不管是哪一種的新技術，在實際應用中，總會或多或少的對目前的運行產生一定的影響，為了最大程度上確保飛行安全，在新技術投入使用時，要進行一定的測試工作，包括整體評估、工程驗證、數據分析以及安全性考察等等，在新技術的應用中，我們需要對以下幾點問題進行重點掌握。

首先是就是空管技術的軟件功能，在科學技術的快速發展的影響下，空管設備的價值已經由原來的硬件主體轉變成軟件主體，并且逐漸實現了自動化操作系統；對于軟件功能來講，其主要的特點就是在系統性、兼容性以及驗證性上，提出了更高的要求，需要在嚴格的管理中，提高運行效率，這些特征在間接說明了對新技術及逆行那個測試的必要性。

其次就是在系統驗證方面，一項新技術從研發到最后的推廣，需要經過一個非常復雜的驗證工作，任何一種技術都是需要一定的外界環境或者操作技能來配合完成的，而是在一遍遍的實驗中，不斷整理相關數據，而明確其是否能夠達到可靠、可用的效果，是否能夠與我國的飛行條件和外界環境相適應，是否能夠實現預期的運行效果。所以在整個測試過程中，我們要對評估、驗證等工作進行嚴格的控制，并在新技術的測試中引進現代化、科學化的管理模式，為新技術的推廣奠定基礎。

然后就是在新技術應用中的過渡性，從多年工作經驗中，我們可以看出，很多新技術的投入使用，都需要進行非常長的一段時期的過渡，在此過程中，要充分考慮到技術應用的可行性，對外界環境進行準確的測量，對技術的成熟度進行精確測定，在多種綜合因素的考慮下，制定出長期的發展規劃、以及各階段的發展目標，以確保新技術的順利使用。

最后就是在空管新技術的掌握上，我們要進行重點把握；縱觀整個世界中的民航技術發展情況來看，每個國家之間在技術上都有一定的合作互助，但是國家與國家之間為了進一步保存實力，并不會將一些關鍵技術進行共享，一些西方發達國家仍舊在技術上保持著絕對優勢，對于我國來說，我們要在技術上加大投資力度，將技術研發作為我們航空事業發展的重要內容之一，逐步實現國產化，并要逐漸提高航空管理的有效性。

3 結語

經過一段時間的發展，我國民航空管新技術的研發和應用，取得良好成效，在其中我們對民航空管新技術發展的必要性以及發展概況和要重點關注的問題，進行了簡要的概述，希望能夠為同行業的研究者提供一定的理論參考。

航空新技術論文:改變航空工業的制造新技術

引言

英國《經濟學人》雜志2012年制作專題論述了當今全球范圍內工業領域正在經歷的第三次革命，認為這次革命是一種建立在互聯網和新材料、新能源相結合的工業革命，它以“制造業數字化”為核心，并將使全球技術要素和市場要素配置方式發生革命性變化。新材料、新工藝、新機器人、新的網絡協同制造服務，生產會更加經濟、高效、靈活、精簡。3D打印技術作為“第三次工業革命的重要標志”，被認為是推動新一輪工業革命的重要契機，已經引起全世界的廣泛關注。3D打印技術作為具有前沿性、先導性的新興技術，正在使傳統生產方式和生產工藝發生深刻變革。3D打印技術將以其革命性的“制造靈活性”和“大幅節省原材料”在制造業掀起一場革命，它最適合應用于多品種、小批量、結構復雜、原材料價值量高的結構制造領域，因此有望在航空制造領域獲得廣泛應用。

3D打印技術（3D Printing）是快速成型技術（Rapid Prototyping Manufacturing）的一種，也叫做增材制造（ Additive Manufacturing）。基本原理是把一個通過設計或者掃描等方式做好的3D模型按照某一坐標軸切成無限多個剖面，然后一層一層打印出來并按原來的位置堆積到一起，形成一個實體的立體模型。3D打印技術使用的方法有很多種，表1給出了美國科技政策研究所對3D打印技術按過程、主要廠商、所用材料和典型市場進行的分類。

國內外3D打印技術及產業發展情況

世界主要國家競相從戰略高度重視發展3D打印

3D打印技術的歷史由來已久。1986年，美國3D System公司推出了第一款工業化的“3D打印”設備，1990年開始銷售，短短幾年中，形成了巨大的市場。近年來，美國以企業和大學及科研機構等半政府半民間的組織為主導力量，明顯加大加快了對3D打印技術研發的組織力度。2009年，以美國相關大學為主的“增材制造路線（RAM）研討會”就未來5～10年的技術發展進行了廣泛的討論，并發表了較有影響的路線圖研討報告。根據這一報告的建議，由愛迪生焊接研究所（EWI）牽頭于2010年成立“增材制造共同體AMC（Additive Manufacturing Consortium）”，試圖將相關的制造商與供應商同大學與研究機構聯結成為一個互動良性促進發展的生態組織，共同解決3D打印技術中還存在著的大量問題。AMC目前已有30余家企業、研究所、大學、軍方和政府等機構成員，以金屬材料的增材制造技術為主，每季度活動一次。目前，AMC整合EWI及其成員的設備、技術和專業知識，初步構成了一個分布式、網絡化的增材制造“國家實驗平臺中心NTBC（National Test Bed Center）”。AMC和NTBC的使命就是提高3D打印增材制造技術的成熟度，促進相應的產業投資，在全美范圍內將這一新興的制造方式早日轉化為主流的制造方式。自2011年起，AMC每年都向其會員增材制造的現狀報告。此外，近3年來美國政府、軍方及企業還多次組織3D打印技術的有獎挑戰大賽，希望以此加速相關技術的發展、應用和普及。

盡管美國在3D打印的整體技術上領先全球，但在基礎研究設施、研發組織和政府支持上，歐盟明顯領先。首先，歐盟在政府研發方面的投入要大于美國（不計不公開的國防軍事投入），著名的大型合作項目包括英國的增材制造創新中心、歐盟第六框架項目大航空航天組件快速生產Rapolac（Rapid Production of Large Aerospace Components），全程專注航空航天的SMD（Shaped Metal Deposition）技術等。其次，歐洲工業界也主動組織形成3D打印產業群，開發增材制造的市場。一度形成原始創新技術源于美國，但其后的研發和應用及商業化卻是由歐盟等國家完成的局面。此外其他一些國家也都競相從國家戰略高度重視發展增材制造業，澳大利亞近期制定了金屬堆積制造路線，南非正在扶持基于激光的大型堆積制造機器的開發，日本也在著力推動堆積制造技術的推廣應用。

3D打印行業處于迅速兼并與整合過程中，專利成為競爭的重要武器

2011年3D打印產業的市場規模為17億美元。目前，快速成型技術的市場應用份額如圖1所示，其中航空航天約占8%。目前，全球有兩家3D打印機制造巨頭，分別為3D System 和Stratasys，均在美國上市，2011年營業收入分別為2.3億美元和1.6億美元。3D Systems公司自2009以來已連續收購了25家公司，并于2011年11月收購了3D打印技術的最早發明者和最初專利擁有者Z Corporation公司之后，一舉奠定了在3D打印領域的龍頭地位。Stratasys公司繼2011年5月收購Solidscape公司之后，又于2012年4月與以色列著名3D打印系統提供商Objet宣布合并。當前，國際3D打印行業正處于迅速兼并與整合過程中，行業巨頭正在加速崛起。

3D打印行業巨頭積極展開收購行動，在擴大公司規模的同時也吸收了大量的相關專利，并以此專利優勢，在專利上限制對手的發展。目前全球擁有3D打印專利前5名的公司見圖2、表2。

從2005年開始，3D Systems利用自己的專利優勢成功狙擊了納博特斯克的7項專利申請。2012年底，3D Systems又控告Formlabs公司推出的初級3D打印機涉嫌侵犯其專利技術。

我國3D打印的技術水平基本與國際同步，但在產業化方面嚴重落后

20世紀90年代初，我國開始推進增材制造設備，即3D打印機的研發，在快速成型技術方面取得了長足進展。我國的華中科技大學、清華大學、西安交通大學、北京隆源公司、中航重機激光和南京航空航天大學等單位，于上世紀90 年代初率先開發快速成型設備，以及進行相關技術的研究、開發、推廣和應用。其中，清華大學成功開發了無木模鑄造工藝 （Patternless Casting Manufacturing），即采用逐點噴灑粘結劑和催化劑的方法來實現鑄造沙粒間的粘結。華中科技大學研發出世界最大激光快速制造裝備，使得我國在快速制造領域達到世界領先水平。西安交通大學研制出了激光快速成型設備LPS、SPS 系列成型機，并成功推向國內外市場。在國家科技部領導和組織下先后成立了近10家旨在推廣應用快速成型技術的“快速原型制造技術生產力促進中心”，863/CIMS 主題專家組還將快速成形技術納入目標產品發展項目。可以說我國在典型的快速成形設備、軟件、材料等方面的研究和產業化方面獲得了重大進展，我國快速成形技術的研究工作基本與國際同步。但在快速成形技術新設備研發和應用方面我國則落后于國外。國外快速成形技術在航空領域有超過8%的應用量，而我國在這方面的應用量則非常低。據估計，3D打印設備在我國企業級裝機量在400臺左右，2010年以來年增速均為70%左右，市場規模超過1億元。

3D打印技術在航空領域的應用情況

歐美已將3D打印技術視為提升航空航天領域水平的關鍵支撐技術之一。3D打印技術在航空領域的應用主要集中在3類：1）外形驗證，整機和零部件外形評估和測試、驗證；2） 直接產品制造，例如無人機的機翼、云臺、油箱、保護罩等，美國一些大飛機中也有多個零部件采用3D打印直接制造；3） 精密熔模鑄造的原型制造，采用精密澆鑄工藝來制作部件前的原型等。

國外應用情況

波音公司已經利用3D打印技術制造了大約300種不同的飛機零部件，包括將冷空氣導入電子設備的形狀復雜導管。目前波音公司和霍尼韋爾正在研究利用3D打印技術打印出機翼等更大型的產品。

空客在A380客艙里使用3D打印的行李架，“臺風”戰斗機中也使用了3D打印的空調系統。空客公司最近提出“透明飛機概念”計劃，制定了一張“路線圖”，從打印飛機的小部件開始，一步一步發展，最終在2050年左右用3D打印機打印出整架飛機?！案拍铒w機”本身有許多令人眼花繚亂的復雜系統，比如仿生的彎曲機身，能讓乘客看到周圍藍天白云的透明機殼等，傳統制造手段難以使用，3D打印或許是一條捷徑。

GE航空2012年11月20日收購了一家名為Morris Technologies的3D打印企業，計劃利用后者3D打印技術打印LEAP發動機組件。GE把這次收購看作是對新制造技術的投資，認為具備處理新興材料與復雜設計的工藝制造開發能力，對GE的未來至關重要。

美國空軍對3D打印也報以厚望，近日與3D Systems簽約，投資29.5億美元用于其開發打印F-35戰機部件和其他武器系統的3D打印系統。

國內應用情況

中航重機激光技術團隊早在2000年前后，就已經開始投入“3D激光焊接快速成型技術”研發。目前，中航重機激光產品已經應用于我國多款新型飛機上，并起到關鍵作用。除了軍用飛機，中航重機激光還在開拓世界最先進四代航空發動機最核心技術之一——整體葉盤應用市場，以及大型水面水下艦艇市場。

北航同我國主要飛機設計研究所等單位“產學研”緊密合作，瞄準大型飛機、航空發動機等國家重大戰略需求，歷經17年研究在國際上首次全面突破了鈦合金、超高強度鋼等難加工大型復雜整體關鍵構件激光成形工藝、成套裝備和應用關鍵技術，并已在飛機大型構件生產中研發出五代、10余型裝備系統，已經受近十年的工程實際應用考驗，使我國成為迄今世界上唯一掌握大型整體鈦合金關鍵構件激光成形技術并成功實現裝機工程應用的國家。2013年1月18日，王華明聯合研發團隊憑“3D激光快速成型技術”獲國家技術發明一等獎。3D打印對生產方式的變革

相比較傳統制造業，3D打印在制造模式、流程、供應鏈等方面發生巨大變化。1）定制成為新標準。制造模式上，過去是生產線規?；a，今后則可能更多的是數字化、個性化、分散化的定制生產，不再需要庫存大量零部件，也不需要大量生產。2）縮短上市時間。3D打印無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產品的研制周期。3）更優越的產品性能。3D打印的產品是自然無縫連接，結構之間的穩固性和連接強度要高于焊接等傳統方法。4）開放式的產品設計。3D打印產品設計者與消費者之間可以通過互動改進產品，這個互動是雙向的，消費者也可以自己設計產品。5）改變離岸經濟模式。3D打印對產品供應鏈有重大影響，選擇生產地時，勞動力成本不再那么重要，而是考慮如何接近消費者，傳統過程的供應鏈就變得短了，使得傳統的離岸經濟模式得以改變。

3D打印產業的未來發展前景

對于3D打印未來的發展前景，業界普遍看好。作為全國工業的主管部門，工信部準備組織研究制訂3D打印技術路線圖、中長期發展戰略，推動完善3D打印技術規范和標準制定，研究制定支持3D打印產業發展的專項財稅政策。據報道科技部的3D打印相關戰略規劃也正在研究制定中，近期即將公布。高德納（ Gartner ）公司2012年的新興技術炒作周期報告判斷：3D打印技術目前正在進入概念炒作的高峰階段，在5～10年的時間內將迎來發展高峰（見圖3）。

據Wohlers Associates報告分析，全球3D打印產業產值在1988～2010年間保持著26.2%的年均增速。2011年3D打印產業的市場規模為17億美元，到2016年產業總產值將達到31億美元，2020年將達到52億美元，其中零部件制造將占80%。而對于快速成型應用領域，則市場更為廣闊。2012年，全世界快速成型制造的產值估計為230億美元，2015年產值將會達到350億美元。

不過3D打印技術要進一步擴展其產業應用空間，目前仍面臨著一些瓶頸和挑戰：一是成本方面，現有3D打印機造價仍普遍較為昂貴，給其進一步普及應用帶來了困難。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化學聚合物，選擇的局限性較大，成型品的物理特性較差，而且安全方面也存在一定隱患。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度還不盡如人意，打印效率還遠不適應大規模生產的需求，而且受打印機工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴重沖突。四是產業環境方面，3D打印技術的普及將使產品更容易被復制和擴散，制造業面對的盜版風險大增，現有知識產權保護機制難以適應產業未來發展的需求。

3D打印技術未來發展的主要趨勢

隨著智能制造的進一步發展成熟，新的信息技術、控制技術、材料技術等不斷被廣泛應用到制造領域，3D打印技術也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術的發展將體現出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢。

提升3D打印的速度、效率和精度，開拓并行打印、連續打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質量、力學和物理性能，以實現直接面向產品的制造；開發更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質材料及復合材料等，特別是金屬材料直接成型技術有可能成為今后研究與應用的又一個熱點；3D打印機的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作更簡便，更加適應分布化生產、設計與制造一體化的需求以及家庭日常應用的需求；軟件集成化，實現CAD/CAPP/RP的一體化，使設計軟件和生產控制軟件能夠無縫對接，實現設計者直接聯網控制的遠程在線制造。

航空制造業整合3D打印技術的建議

我國是制造業大國，3D打印技術對中國諸多企業將是顛覆性的變革。我國航空制造業必須未雨綢繆，積極為迎接此技術革命做好準備。

（1）推進“產學研用”結合，拓展應用領域，延伸產業鏈，提高產業化程度。

（2）改變產品，如研發現有產品的數字版及3D打印所需相應的硬軟件。

（3）改變制造過程和方法，將現有制造系統智能化自動化，引入3D制造系統，形成復合體系。增材制造和減材制造相輔相成，復合制造體系在今后將成為主流。

（4）改變商業模式。這一次新工業革命要求完全不同的價值獲取與盈利模式，及相關的流程設計，資源配置和組織機構的形式。

（5）提前專利布局，在發展初期就要將目光放長遠，不能滿足于現有已經被國外企業掌握的核心技術，而是要更多的走自己的專利之路，努力發展創新技術，搶占技術先機，積極進行合理的專利布局，包括國際市場專利布局，同時擺脫對國外3D打印耗材的依賴，避免陷入不必要的專利泥潭，爭取在未來的市場競爭中占據有利地位。

（5）GE收購3D打印企業，某種程度上給航空企業提供了借鑒：通過一些資本化運作手段，兼并收購一些具有核心技術的3D打印企業，以核心制造能力為重點，打造航空企業自身的價值元寶曲線，或許是在這次工業革命中實現快速趕超的有效途徑。

（作者單位系中國航空工業發展研究中心）

航空新技術論文:航空燃氣渦輪發動機燃燒室新技術

航空燃氣渦輪發動機燃燒室的功能是將燃料的化學能通過燃燒轉化為熱能。在航空燃氣渦輪發動機上燃燒室分為主燃燒室和加力燃燒室，主燃燒室是發動機核心機的三大高壓部件之一，加力燃燒室主要用在戰斗機發動機上以短時間增加發動機推力，使飛機加速，在除戰斗機以外的其他飛機發動機上一般不設加力燃燒室。主燃燒室將燃料燃燒后形成的高溫高壓燃氣驅動渦輪做功帶動壓縮部件，除去帶動壓縮部件所消耗的功之外，剩余的高溫高壓燃氣的能量通過噴管排氣產生推進力推動飛機前進，或通過動力渦輪帶動螺旋槳、槳扇、旋翼產生拉力及升力。發動機吸入的空氣中的氧氣在主燃燒室燃燒過程中并未全部消耗，因此在渦輪后可以設置加力燃燒室，再次噴入燃料燃燒加熱燃氣，進一步提高燃氣能量以增加發動機的推力，主燃燒室和加力燃燒室在發動機上的位置見圖1。

隨著航空發動機技術的發展，發動機的工作壓力和渦輪前溫度越來越高，燃燒室的工作條件和技術指標要求越來越苛刻，突出的技術矛盾是在燃燒室負荷越來高的情況下，滿足高的燃燒性能和輕的重量要求，在傳統燃燒技術基礎上必須采用新的原理和技術方案以提高發動機總體性能指標。

主燃燒室新技術

航空燃氣輪機主燃燒室的傳統結構形式可分為單管燃燒室、環管燃燒室、環形燃燒室，這基本與航空燃氣輪機的發展歷程相對應。早期的燃燒室多為單管燃燒室，后來發展為環管燃燒室，上世紀60年代，環形燃燒室出現并成為燃氣渦輪發動機的必然選擇，隨著燃燒技術的發展，短環形燃燒室是目前普遍采用的方案（圖2）。在采用離心式壓氣機的燃氣輪機中為了縮短軸距并利用離心壓氣機徑向尺寸較大的特點，發展了環形回流燃燒室或環形折流燃燒室。

現代高性能發動機對主燃燒室提出了越來越高的要求，對于軍用發動機主燃燒室而言，要求其具有更高的溫升工作能力和更寬的工作范圍；而民用發動機對燃燒室污染排放指標提出了極為苛刻的要求，以滿足發動機適航取證。因此主燃燒室主要朝兩個方向發展：高性能軍用發動機使用的高溫升燃燒室及民用發動機需要的低排放燃燒室；為應對上述挑戰，提出了以下燃燒室新技術方案。

旋流器陣列多點噴射燃燒室（圖3）。此類燃燒室是將常規燃燒室頭部的旋流器和噴嘴的尺寸縮小，在傳統燃燒室單個頭部大小的空間內布置多個噴射點，每個噴射點的燃料和空氣快速均勻的混合，每個噴射點有自己的回流區和燃燒區，燃燒時有多個火焰，由于每個噴射點的回流區長度短，燃燒駐留時間短，在降低污染物的生成方面有很大的潛力。同時該類型燃燒室由于有多個噴射點的存在，可以將噴射區域進行分區燃燒，兼顧燃燒室在低工況下的穩定工作及高工況下的高效燃燒，適合于工作范圍寬廣的高溫升燃燒室；還可以對噴射點進行控制，具有溫度場主動調節能力，能夠滿足高性能軍用發動機高品質燃燒室出口溫度場的需求。

駐渦燃燒室（圖4）。駐渦燃燒室是一種采用獨立凹腔進行穩焰的燃燒室，其原理是由超聲速燃燒的背風臺階穩定火焰原理演變而來，最早在美國的IHPTET計劃中提出。駐渦燃燒室由產生值班火焰的凹腔結構和鈍體穩焰主燃區組成，其主要特點是可以實現分區分級燃燒，發動機在點火、慢車等小工況狀態時，燃燒室只駐渦區工作，保證了燃燒室低工況穩定性；而在起飛等大功率狀態下燃燒室駐渦區和主燃區同時工作，保證高工況下的高效燃燒性能；駐渦燃燒室其點火器位于駐渦區內，不易被吹熄，點火性能相對其他燃燒室更加優越。由于實現分級燃燒，能夠有效控制氮氧化物等污染排放物的生成。美國GE公司在駐渦燃燒室研究方面處于領先地位，通過多年的研究已經發展了四代駐渦燃燒室，并開展了相關的試驗，GE公司在2007年完成了全環形駐渦燃燒室設計和試驗驗證，擬應用在高推重比發動機上。

渦輪級間燃燒室及超緊湊燃燒室。渦輪內燃燒最初的目的是采用渦輪內燃燒取代主燃燒室建立定溫循環， 定溫循環的效率比常規燃燒室的定壓循環高30%～40%，但定溫循環超出了常規發動機的設計參數與運行參數，只能用于理論研究。在本世紀初，由Sirignano等人提出了在高低壓渦輪之間的補燃燃燒形式，在此方案的基礎上發展了渦輪級間燃燒室（Inter-stage Turbine Burner，ITB）及超緊湊燃燒室（Ultra-Compact Combustor，UCC）。

渦輪級間燃燒室（圖5）是在高低壓渦輪之間再布置一個小型燃燒室，由于有渦輪級間燃燒室的存在，可以拓展壓氣機總增壓比的設計范圍，適當降低渦輪前溫度提高渦輪壽命，實現高飛行馬赫數下發動機推力更大耗油率更低的目標。渦輪級間燃燒室由于受到結構布局的影響，需要在較小的空間內完成穩焰、燃燒等過程，所以一般采用駐渦凹腔穩焰燃燒的方案。

超緊湊燃燒室（圖6）是渦輪間燃燒室的進一步提高和發展，其基本原理是將燃燒室與高、低壓渦輪導葉整合，實現在渦輪導葉內燃燒，實現近似等溫燃燒循環，提高發動機的熱效率，此方案對發動機性能參數及結構的改變較多。超緊湊燃燒室是目前幾種先進燃燒技術如：凹腔穩焰、多點噴射組織燃燒，周向燃燒、旋流燃燒、補氣射流、駐渦燃燒等技術的綜合應用的集成。

美國空軍研究實驗室針對超緊湊燃燒室開展了四個階段的研究。階段一：以替代主燃燒室為目標的研究；階段二、階段三：以替代渦輪級間燃燒室為目標的研究工作；階段四：以實現渦輪內燃燒替代加力燃燒室為目標的研究工作，最終實施定溫循環燃燒。超緊湊燃燒技術目前已經在渦輪間燃燒上進行了試驗驗證（圖7），其貧油熄火油氣比只有目前系統的25%～50%，同時在應用時可以和渦輪葉片整合一體，實現渦輪內燃燒構想，并且已經開始實施，更設想用以取代主燃燒室，實施定溫循環，實現高效率動力輸出，并且作為下一代燃燒室技術，減小發動機重量和尺寸。

低排放燃燒技術。其中包括：貧油預混預蒸發燃燒技術；富油燃燒技術。 貧油預混預蒸發燃燒技術燃燒室的污染排放物包括：一氧化碳（CO）、未燃碳氫（UHC）、氮氧化物（NOx）和冒煙等4種燃燒產物，目前除氮氧化物以外，其他排放物指標已相當低，低排放技術的重點是進一步降低氮氧化物的排放，直接的措施是縮短燃料的燃燒時間，降低燃燒區的燃燒溫度。貧油預混預蒸發燃燒室是通過在燃燒區加入大量空氣，并使燃油和空氣預先混合并完成部分蒸發再進行燃燒，相對于傳統的旋流擴散燃燒，燃燒均勻，燃燒溫度低，因此燃燒產物中的污染排放特別是氮氧化物（NOx）顯著降低，貧油預混預蒸發燃燒技術有很多種方案，目前取得成功的是GE公司研制的雙環預混旋流（TAPS）燃燒技術（圖8），燃燒室結合了分級分區燃燒和貧油預混燃燒的思想。由值班級（預燃級）和主燃級組成。值班級為擴散火焰模式，保證發動機啟動點火可靠和較為寬廣的燃燒邊界；主燃級為貧油預混燃燒模式，主要工作于大工況，以減少NOx的生成。

目前，TAPS燃燒室已發展了三代，分別為TAPS1、TAPS2和TAPS3。TAPS1技術目標是要比傳統富油頭部設計的燃燒室或CAEP2標準降低NOx排放50%，成功用于GEnx發動機上；TAPS2的目標是在TAPS1的基礎上再降50%，主要是針對總增壓比大于40的發動機，比CAEP2標準NOx排放降低70%，首先用于我國大飛機C919的啟動發動機LEAP-X上；TAPS3目標是比CAEP/6降低NOx排放75%，比CAEP/2降低85%。

富油燃燒技術。富油燃燒的基本特點是主燃區空氣量低于燃料完全燃燒所需空氣量，當燃燒區為富油燃燒時，因燃燒不完全，燃氣溫度較低，NOx生成量也較低，但是經過富油燃燒后，有大部分燃油未燃燒完全，隨著燃氣向下游流動，必定要在化學恰當比附近燃燒，此時，燃氣溫度很高，是NOx大量產生的區域，為了跳過該區域，通過在富油燃燒區末端加入大量空氣瞬時降低燃氣溫度，此后未完全燃燒的可燃成分在貧油狀態繼續燃燒，從而整個燃燒過程的溫度降低。典型的富油燃燒技術是PW公司研制的富油燃燒-快速淬熄-貧油燃燒（RQL，圖9）技術。PW公司將RQL燃燒技術用在V2500發動機扇形試驗段上試驗，其結果比當時的排放標準低50%。之后，PW公司進行一系列的低排放燃燒室的研發，他的低排放燃燒室稱為TALON燃燒室，分別發展了TALONⅠ、TALONⅡ和TALONⅩ等一系列低排放燃燒室，已在PW4084、PW6000、PW8000等發動機上成功應用。

加力燃燒室新技術

戰斗機在起飛、爬升、規避導彈或機型作戰機動飛行等狀態需要更大的推力以實現短時間加速飛行，發動機使用加力是短時間內增加推力的最好辦法。加力燃燒室是實現發動機加力的部件，它能保持發動機最大轉速和渦輪前燃氣溫度不變的情況下，將燃油噴入氣流中讓剩余氧氣再次燃燒，產生額外推力?，F在軍用渦扇發動機加力燃燒室（圖10），大都采用V型穩定器來穩定火焰，這種加力燃燒室通過氣流在鈍體后形成的尾跡旋渦和回流區產生一個油氣混合均勻的低速區，從而具備了火焰穩定的必備條件。

現代高推重比航空發動機加力燃燒室工作條件越來越惡劣，性能要求更高，主要特征表現在內涵進口溫度更高、氧含量降低的情況下，進一步提高加力溫度和燃燒效率，降低流體阻力，縮短長度，加力重量超輕。傳統發動機加力燃燒室很難實現上述要求，未來加力燃燒室的發展必然將某些部件進行一體化設計，變得更加緊湊，以減少長度和降低重量，提高發動機推重比。渦輪后框架一體化加力燃燒室、旋流加力燃燒室、外涵加力燃燒室是目前研究的重要方案。

渦輪后框架一體化加力燃燒室。

渦輪后框架一體化加力燃燒室的主要特征是取消傳統加力燃燒室的混合擴壓器，將噴油桿和鈍體穩定器整合到渦輪后支撐框架的支板上，形成超級緊湊的一體化結構，加力燃油從支板內的噴嘴孔噴入并進入支板后形成的回流區內穩定燃燒，渦輪后框架一體化加力燃燒室與傳統加力燃燒室對比如圖11所示。這種加力燃燒室的設計關鍵在于：合理的安排燃油噴射，既保證加力燃油濃度分布與氧濃度分布主動匹配，又避免燃油的自燃與結焦，還能保證燃油在支板后的回流區內形成穩定燃燒點火源，同時保證加力燃燒室較低的流阻損失；一體化加力燃燒室方案能適用于更高的加力熱負荷，具有更簡單的結構以及更高的噴桿和穩定器工作可靠性，在高推重比發動機研制中得到了深入廣泛的研究。采用渦輪后框架一體化加力燃燒室的典型代表為美國PW公司研制的F119發動機，其推重比在10左右。

旋流加力燃燒室。旋流加力燃燒室是采用類似主燃燒室的旋流燃燒原理組織燃燒，以渦輪后承力框架作為旋流加力的葉片，燃油噴桿內置在葉片內，形成旋流器的流場結構，取消了噴油桿和鈍體穩定器。該方案可大幅度強化油氣混合，提高燃燒強度和燃燒穩定性，縮短燃燒段長度，降低尾噴流火焰輻射強度，從而縮短加力燃燒室的長度、減輕重量，提高發動機隱身性能，但旋流加力燃燒室出口氣流存在較大的余旋，會引起發動機推力損失。

外涵加力燃燒室。

常規加力燃燒室是采用內外涵燃氣和空氣混合后再點火燃燒，外涵加力燃燒室是直接在外涵道貧油組織燃燒。與傳統方案相比，外涵加力燃燒室結構尺寸更緊湊，有利于發動機減重設計；外涵空氣含氧量高，有利于組織燃燒，但由于進氣溫度和壓力較低，燃油蒸發困難，不利于油氣混合，影響點火性能和燃燒效率。外涵加力燃燒室工作與常規加力燃燒室組織燃燒方式基本相同，采用噴油桿噴油與空氣混合，鈍體穩定器穩定火焰，原理圖如圖12所示。

外涵加力技術主要應用在兩個方面：垂直/短距起降（STOVL）發動機技術和變循環發動機（VCE）技術。

航空新技術論文:航空燃氣渦輪發動機渦輪新技術

航空燃氣渦輪發動機渦輪部件的功能是將從燃燒室流出的高溫燃氣的熱能和壓力能轉換成機械功，驅動風扇、壓氣機和附件工作。在渦槳或渦軸發動機中，渦輪還用于驅動螺旋槳或直升機的旋翼。按燃氣流動方向，渦輪可分為軸流式和徑流式?，F代航空燃氣渦輪發動機渦輪幾乎都采用軸流式。在軸流式渦輪中，根據轉子驅動的對象又可分為高壓、中壓和低壓渦輪。

渦輪部件是發動機中單位重量最大、最復雜、成本最高的部件，所以，渦輪的設計目標是保證其應用所需的耐久性前提下，在高性能和經濟可承受性之間維持一種平衡。為此，設計者們通過采用先進的氣動、結構、冷卻、強度設計，以及新材料和新工藝等多種技術措施來實現這一目標。

渦輪CFD技術

（1）非定常仿真技術

非定常仿真技術是對一個時間周期內離散瞬間的渦輪動靜域流場進行求解，動靜域之間采用直接數據傳遞的方式，能夠真實詳細描述瞬態的渦輪內流場變化。隨著計算機技術的不斷發展，現有的計算設備已能開展非定常仿真技術的大量研究工作。部分國外發動機公司不同程度的采用了此項先進設計技術，如美國的IHPTET（綜合高性能燃氣渦輪發動機）計劃中將非定常仿真技術用于解決轉子和靜子之間相互作用的機械激振，并將此技術用于F119發動機設計。近年來國外開展了凹槽頂部間隙、軸向氣封間隙、熱斑、尾跡、氣膜冷卻等氣動和傳熱非定常方面的研究和應用，極大地提高渦輪葉片設計水平。

（2）氣膜冷卻仿真技術

目前，工程設計中廣泛采用氣膜冷卻方式對渦輪葉片進行冷卻。如何準確模擬冷氣與主流的摻混流動是準確評估冷卻渦輪性能的關鍵所在。通常采用兩種方式進行氣膜冷卻數值模擬。第一種是冷氣噴射源項法，它在葉片表面和端壁給定質量、動量和能量源分布來考慮氣膜冷卻流動；該方法的優點是所需的工作量和計算時間較少、易于實現。第二種是真實氣膜孔仿真方法，生成氣膜孔甚至內腔網格，并對每個氣膜孔甚至內腔流動均進行數值模擬；此方法劃分網格復雜、時間長、計算量大，但優點是可以獲得非常詳細的流動信息，實現氣熱耦合計算，對溫度場的求解更加準確。國外實現了基于結構化網格和非結構化網格的真實氣膜孔仿真，例如：霍尼韋爾公司的Paul Vitt等（如圖1）、美國加利福尼亞州空氣動力中心的Ron Ho Ni等（如圖2）、俄羅斯OJSC的Victoria Krivonosova等。

三維設計技術

（1）超高載荷葉片全三維設計

隨著對發動機性能、重量、可靠性、經濟性等的要求越來越高，渦輪葉片數量越來越少，渦輪葉片載荷也越來越高，渦輪處于跨聲流動甚至超聲流動狀態，需開展超高載荷葉片的全三維設計技術研發。其中，包括了葉片復合傾斜技術、葉片端彎技術、葉片端壁融合技術、寬弦葉片技術、支板與葉片融合設計技術、跨聲葉型設計技術、超聲葉型設計技術等。

（2）非軸對稱端壁技術

非軸對稱端壁技術將端壁造型從二維發展到三維，通過調整端壁的三維曲面形狀，能夠有效減小渦輪二次流損失，從而提高渦輪效率。羅羅公司是第一個開始研究和應用非軸對稱端壁技術的發動機公司，并申請相關專利，采用非軸對稱端壁設計技術可提高渦輪效率1.0%左右?？湛虯380遄達900航空發動機的低壓渦輪部件（如圖3）和先進中等推力E3E發動機核心機的高壓渦輪導葉及工作葉片端壁（如圖4）均采用了該技術。MTU公司構建了一套非軸對稱端壁設計體系。PW公司是首個進行非軸對稱端壁設計對冷卻效率影響研究的公司。

高效冷卻葉片設計

（1）鑄冷葉片技術

鑄冷葉片源于艾利遜公司的“Castcool”概念，它是一種可以一次鑄造出內部復雜形狀的加工方法。利用Castcool可以將十分復雜的冷卻結構一次鑄成在單晶部件（如渦輪葉片）之內，同時，在IHPTET計劃中Allison公司研發了一種Lamilloy冷卻方案，此方案為多孔層板材料葉片。在IHPTET計劃第二階段，Castcool技術與Lamilloy冷卻方案結合，研制出了鑄冷高低壓葉片（如圖5，葉片前緣和尾緣采用氣膜冷卻，而葉片其余部分則采用雙層壁Lamilloy冷卻），并在CAESAR驗證機中進行了強度和冷卻試驗驗證。

（2）超冷葉片技術

超冷葉片源于普惠公司的“super cooling”概念。超冷葉片有幾百個鑄造的或激光打的小孔，外形與常規冷卻葉片一樣，但其內部是用CFD方法設計的。在IHPTET計劃第二階段，在CAESAR核心機中對超冷葉片技術進行了試驗驗證（如圖6），并將此技術成功轉化至F119核心機中驗證。同時，惠普公司在F135發動機的高壓渦輪上采用超冷技術，冷卻效率提高20%。此技術已在F136、PW8000發動機高壓渦輪葉片得到了應用。

先進結構設計

（1）高低壓渦輪對轉技術

高低壓對轉渦輪結構是高負荷單級高壓渦輪后接對轉無導葉低壓渦輪。IHPTET計劃中的GE公司COPE渦輪方案驗證了這一技術。F136發動機就采用了此結構。F119發動機雖然也使用了高低壓渦輪反轉技術，但其高壓渦輪和低壓渦輪之間仍帶有導葉。無導葉對轉渦輪技術不僅可用在軍用渦扇發動機上，也可用于民用渦扇發動機。

（2）雙幅板渦輪盤

采用當前的鎳基合金制造的常規（單輻板）高壓渦輪盤其AN2值已達到極限，面臨的局面是，提高AN2值必須有突破性技術的支持。因此，雙輻板盤（圖7）成為提高AN2的研究重點。雙輻板盤在結構傳力路線和AN2方面比常規高壓渦輪盤有明顯的優勢。普惠公司在先進渦輪發動機燃氣發生器XTC67/1上試驗了焊接的雙輻板高壓渦輪盤技術，驗證了渦輪盤重量減輕17%，同時轉速提高9%。

（3）可變面積渦輪導向器

GE發展了四代變循環發動機：在第二代變循環發動機（GE21）的研制中實現了可調面積低壓渦輪導向器技術突破；在第三代變循環發動機（F120）的研制中實現了可調面積高壓渦輪導向器技術突破，并實現了發動機空中試飛驗證；第四代變循環發動機是COPE方案，在GE與艾利遜公司（AADC）（羅羅公司參與）聯合研究的COPE方案中關鍵技術之一就是高效可調面積高壓渦輪導向器，采用了一種獨特的凸輪驅動結構解決過去變面積導向器的冷卻漏氣引起的性能損失問題，能使部分推力狀態下SFC降低10%～25%。日本在高超聲速運輸機推進系統研究計劃下研究的組合循環發動機，其低速推進系統選用變循環渦扇發動機，低壓渦輪采用了可變面積導向器，用于控制發動機的涵道比和調整高/低壓渦輪的功率分配。

先進耐高溫材料與工藝

（1）陶瓷基復合材料

陶瓷基復合材料在不帶冷卻的條件下耐溫能力高達1650K以上，密度卻是傳統葉片材料的三分之一，熱膨脹系數是傳統鎳基合金的四分之一。在大型軍用渦扇發動機中，目前已經得到成功驗證的陶瓷基復合材料渦輪部件主要有：渦輪間過渡段機匣部件，使冷卻空氣減少了100%，重量減輕50%；低壓渦輪導葉，減重的同時減少了冷卻氣流；高壓渦輪空心導葉，與典型的鎳基合金導葉相比，重量減輕50%，冷卻空氣量減少20%。美國在IHPTET計劃下開發了無冷卻陶瓷基低壓渦輪和端壁（如圖8），并已用于F136發動機未來發展型。

（2）高溫金屬間化合物

金屬間化合物具有重量輕、耐高溫、提高部件效率等優點，在渦輪部件中的應用主要是低壓渦輪后面幾級的葉片。具體的研究對象主要有：鈦鋁、鈮鋁、二硅化鉬、二硅化鈮。渦輪葉片歷來用鑄造，為了減輕重量而采用金屬間化合物材料，使渦輪部件結構和設計復雜化，從而改變了渦輪葉片的加工技術。

（3）熱障涂層

熱障涂層應用對象是工作溫度超過1250℃的渦輪工作葉片表面。電子束物理氣相沉積熱障涂層具有良好的熱疲勞特性，可用于高壓渦輪葉片。微層壓（Micro-Laminate）熱障涂層可用于渦輪導向葉片和工作葉片。這些先進熱障涂層的導熱率和重量都大大降低，能有效提高渦輪葉片的工作溫度，保證葉片壽命。目前，國外正在研制耐溫水平1500℃以上的熱障涂層。

葉尖間隙主動控制技術

渦輪葉尖間隙主動控制技術是一項通過控制渦輪葉尖間隙的變化來降低發動機耗油率、污染物的排放，提高可靠性和延長使用壽命的重要技術措施。高壓渦輪葉尖間隙減小0.254毫米可減小1%的耗油率，排氣溫度減低10℃。主動間隙控制的目標就是讓渦輪葉尖間隙在發動機工作過程中，尤其是在巡航狀態下保持一個最小值，同時又能保證在整個發動機飛行包線內葉尖和渦輪外環不會發生碰磨。在高壓渦輪采用主動間隙控制比壓氣機和低壓渦輪有更加突出的好處，減小高壓渦輪葉尖間隙所得的效益是低壓渦輪的4倍，高壓壓氣機的2倍，而在運輸機上獲得的效益又是戰斗機的2倍。在大涵道比航空燃氣渦輪發動機上廣泛采用主動間隙控制技術。目前，熱控制方法的主動間隙控制得到了廣泛的應用。如CFM56、PW4000、V2500、GE90等都采用的是主動熱控制方法。但由于主動熱控制方法存在響應速度慢且無反饋信息，而無法精確控制間隙的原因，國外正在大力開展機械控制、壓力控制等研究和驗證，預計在不久的將來這些新的主動間隙控制方法會在大涵道比航空發動機和航改燃機上得到廣泛應用。

先進刷式封嚴技術

刷式封嚴技術最初是上世紀70年代初英國羅羅公司提出的一種新型密封技術。這種新型密封結構可大大降低航空發動機空氣系統的氣流量損失，增加推力，降低耗油率，顯著提高發動機性能。刷式封嚴是一種接觸式密封，與傳統的篦齒封嚴相比，重量輕、易于更換。GE公司的試驗表明刷式密封的泄漏量只有篦齒密封的5%～10%。德國MTU公司的研究也發現，用刷式封嚴代替壓氣機和渦輪處的篦齒封嚴，則發動機的泄漏量可減少80%，相應的發動機耗油量能減小至少1%。1989年V2500-A1發動機成為以刷式密封取得執照的第一臺生產型航空發動機。英國牛津大學于1990年提出了“壓力平衡型低滯后效應的刷式封嚴”的專利設計，這種結構已經在GE90發動機的試驗中通過了驗證。在高密封壓力、高環境溫度和高表面速度的環境下，刷式封嚴存在刷絲掉毛現象，同時也存在密封的滯后效應，MTU研制了一種新型的刷式封嚴結構以解決此問題。

航空新技術論文:航空燃氣渦輪發動機渦輪新技術

航空燃氣渦輪發動機渦輪部件的功能是將從燃燒室流出的高溫燃氣的熱能和壓力能轉換成機械功，驅動風扇、壓氣機和附件工作。在渦槳或渦軸發動機中，渦輪還用于驅動螺旋槳或直升機的旋翼。按燃氣流動方向，渦輪可分為軸流式和徑流式?，F代航空燃氣渦輪發動機渦輪幾乎都采用軸流式。在軸流式渦輪中，根據轉子驅動的對象又可分為高壓、中壓和低壓渦輪。

渦輪部件是發動機中單位重量最大、最復雜、成本最高的部件，所以，渦輪的設計目標是保證其應用所需的耐久性前提下，在高性能和經濟可承受性之間維持一種平衡。為此，設計者們通過采用先進的氣動、結構、冷卻、強度設計，以及新材料和新工藝等多種技術措施來實現這一目標。

渦輪CFD技術

（1）非定常仿真技術

非定常仿真技術是對一個時間周期內離散瞬間的渦輪動靜域流場進行求解，動靜域之間采用直接數據傳遞的方式，能夠真實詳細描述瞬態的渦輪內流場變化。隨著計算機技術的不斷發展，現有的計算設備已能開展非定常仿真技術的大量研究工作。部分國外發動機公司不同程度的采用了此項先進設計技術，如美國的IHPTET（綜合高性能燃氣渦輪發動機）計劃中將非定常仿真技術用于解決轉子和靜子之間相互作用的機械激振，并將此技術用于F119發動機設計。近年來國外開展了凹槽頂部間隙、軸向氣封間隙、熱斑、尾跡、氣膜冷卻等氣動和傳熱非定常方面的研究和應用，極大地提高渦輪葉片設計水平。

（2）氣膜冷卻仿真技術

目前，工程設計中廣泛采用氣膜冷卻方式對渦輪葉片進行冷卻。如何準確模擬冷氣與主流的摻混流動是準確評估冷卻渦輪性能的關鍵所在。通常采用兩種方式進行氣膜冷卻數值模擬。第一種是冷氣噴射源項法，它在葉片表面和端壁給定質量、動量和能量源分布來考慮氣膜冷卻流動；該方法的優點是所需的工作量和計算時間較少、易于實現。第二種是真實氣膜孔仿真方法，生成氣膜孔甚至內腔網格，并對每個氣膜孔甚至內腔流動均進行數值模擬；此方法劃分網格復雜、時間長、計算量大，但優點是可以獲得非常詳細的流動信息，實現氣熱耦合計算，對溫度場的求解更加準確。國外實現了基于結構化網格和非結構化網格的真實氣膜孔仿真，例如：霍尼韋爾公司的Paul Vitt等（如圖1）、美國加利福尼亞州空氣動力中心的Ron Ho Ni等（如圖2）、俄羅斯OJSC的Victoria Krivonosova等。

三維設計技術

（1）超高載荷葉片全三維設計

隨著對發動機性能、重量、可靠性、經濟性等的要求越來越高，渦輪葉片數量越來越少，渦輪葉片載荷也越來越高，渦輪處于跨聲流動甚至超聲流動狀態，需開展超高載荷葉片的全三維設計技術研發。其中，包括了葉片復合傾斜技術、葉片端彎技術、葉片端壁融合技術、寬弦葉片技術、支板與葉片融合設計技術、跨聲葉型設計技術、超聲葉型設計技術等。

（2）非軸對稱端壁技術

非軸對稱端壁技術將端壁造型從二維發展到三維，通過調整端壁的三維曲面形狀，能夠有效減小渦輪二次流損失，從而提高渦輪效率。羅羅公司是第一個開始研究和應用非軸對稱端壁技術的發動機公司，并申請相關專利，采用非軸對稱端壁設計技術可提高渦輪效率1.0%左右。空客A380遄達900航空發動機的低壓渦輪部件（如圖3）和先進中等推力E3E發動機核心機的高壓渦輪導葉及工作葉片端壁（如圖4）均采用了該技術。MTU公司構建了一套非軸對稱端壁設計體系。P&W公司是首個進行非軸對稱端壁設計對冷卻效率影響研究的公司。

高效冷卻葉片設計

（1）鑄冷葉片技術

鑄冷葉片源于艾利遜公司的“Castcool”概念，它是一種可以一次鑄造出內部復雜形狀的加工方法。利用Castcool可以將十分復雜的冷卻結構一次鑄成在單晶部件（如渦輪葉片）之內，同時，在IHPTET計劃中Allison公司研發了一種Lamilloy冷卻方案，此方案為多孔層板材料葉片。在IHPTET計劃第二階段，Castcool技術與Lamilloy冷卻方案結合，研制出了鑄冷高低壓葉片（如圖5，葉片前緣和尾緣采用氣膜冷卻，而葉片其余部分則采用雙層壁Lamilloy冷卻），并在CAESAR驗證機中進行了強度和冷卻試驗驗證。

（2）超冷葉片技術

超冷葉片源于普惠公司的“super cooling”概念。超冷葉片有幾百個鑄造的或激光打的小孔，外形與常規冷卻葉片一樣，但其內部是用CFD方法設計的。在IHPTET計劃第二階段，在CAESAR核心機中對超冷葉片技術進行了試驗驗證（如圖6），并將此技術成功轉化至F119核心機中驗證。同時，惠普公司在F135發動機的高壓渦輪上采用超冷技術，冷卻效率提高20%。此技術已在F136、PW8000發動機高壓渦輪葉片得到了應用。

先進結構設計

（1）高低壓渦輪對轉技術

高低壓對轉渦輪結構是高負荷單級高壓渦輪后接對轉無導葉低壓渦輪。IHPTET計劃中的GE公司COPE渦輪方案驗證了這一技術。F136發動機就采用了此結構。F119發動機雖然也使用了高低壓渦輪反轉技術，但其高壓渦輪和低壓渦輪之間仍帶有導葉。無導葉對轉渦輪技術不僅可用在軍用渦扇發動機上，也可用于民用渦扇發動機。

（2）雙幅板渦輪盤

采用當前的鎳基合金制造的常規（單輻板）高壓渦輪盤其AN2值已達到極限，面臨的局面是，提高AN2值必須有突破性技術的支持。因此，雙輻板盤（圖7）成為提高AN2的研究重點。雙輻板盤在結構傳力路線和AN2方面比常規高壓渦輪盤有明顯的優勢。普惠公司在先進渦輪發動機燃氣發生器XTC67/1上試驗了焊接的雙輻板高壓渦輪盤技術，驗證了渦輪盤重量減輕17%，同時轉速提高9%。

（3）可變面積渦輪導向器

GE發展了四代變循環發動機：在第二代變循環發動機（GE21）的研制中實現了可調面積低壓渦輪導向器技術突破；在第三代變循環發動機（F120）的研制中實現了可調面積高壓渦輪導向器技術突破，并實現了發動機空中試飛驗證；第四代變循環發動機是COPE方案，在GE與艾利遜公司（AADC）（RR參與）聯合研究的COPE方案中關鍵技術之一就是高效可調面積高壓渦輪導向器，采用了一種獨特的凸輪驅動結構解決過去變面積導向器的冷卻漏氣引起的性能損失問題，能使部分推力狀態下SFC降低10%～25%。日本在高超聲速運輸機推進系統研究計劃下研究的組合循環發動機，其低速推進系統選用變循環渦扇發動機，低壓渦輪采用了可變面積導向器，用于控制發動機的涵道比和調整高/低壓渦輪的功率分配。

先進耐高溫材料與工藝

（1）陶瓷基復合材料

陶瓷基復合材料在不帶冷卻的條件下耐溫能力高達1650K以上，密度卻是傳統葉片材料的三分之一，熱膨脹系數是傳統鎳基合金的四分之一。在大型軍用渦扇發動機中，目前已經得到成功驗證的陶瓷基復合材料渦輪部件主要有：渦輪間過渡段機匣部件，使冷卻空氣減少了100%，重量減輕50%；低壓渦輪導葉，減重的同時減少了冷卻氣流；高壓渦輪空心導葉，與典型的鎳基合金導葉相比，重量減輕50%，冷卻空氣量減少20%。美國在IHPTET計劃下開發了無冷卻陶瓷基低壓渦輪和端壁（如圖8），并已用于F136發動機未來發展型。

（2）高溫金屬間化合物

金屬間化合物具有重量輕、耐高溫、提高部件效率等優點，在渦輪部件中的應用主要是低壓渦輪后面幾級的葉片。具體的研究對象主要有：鈦鋁、鈮鋁、二硅化鉬、二硅化鈮。渦輪葉片歷來用鑄造，為了減輕重量而采用金屬間化合物材料，使渦輪部件結構和設計復雜化，從而改變了渦輪葉片的加工技術。

（3）熱障涂層

熱障涂層應用對象是工作溫度超過1250℃的渦輪工作葉片表面。電子束物理氣相沉積熱障涂層具有良好的熱疲勞特性，可用于高壓渦輪葉片。微層壓（Micro-Laminate）熱障涂層可用于渦輪導向葉片和工作葉片。這些先進熱障涂層的導熱率和重量都大大降低，能有效提高渦輪葉片的工作溫度，保證葉片壽命。目前，國外正在研制耐溫水平150度以上的熱障涂層。

葉尖間隙主動控制技術

渦輪葉尖間隙主動控制技術是一項通過控制渦輪葉尖間隙的變化來降低發動機耗油率、污染物的排放，提高可靠性和延長使用壽命的重要技術措施。高壓渦輪葉尖間隙減小0.254毫米可減小1%的耗油率，排氣溫度減低10°C。主動間隙控制的目標就是讓渦輪葉尖間隙在發動機工作過程中，尤其是在巡航狀態下保持一個最小值，同時又能保證在整個發動機飛行包線內葉尖和渦輪外環不會發生碰磨。在高壓渦輪采用主動間隙控制比壓氣機和低壓渦輪有更加突出的好處，減小高壓渦輪葉尖間隙所得的效益是低壓渦輪的4倍，高壓壓氣機的2倍，而在運輸機上獲得的效益又是戰斗機的2倍。在大涵道比航空燃氣渦輪發動機上廣泛采用主動間隙控制技術。目前，熱控制方法的主動間隙控制得到了廣泛的應用。如CFM56、PW4000、V2500、GE90等都采用的是主動熱控制方法。但由于主動熱控制方法存在響應速度慢且無反饋信息，而無法精確控制間隙的原因，國外正在大力開展機械控制、壓力控制等研究和驗證，預計在不久的將來這些新的主動間隙控制方法會在大涵道比航空發動機和航改燃機上得到廣泛應用。

先進刷式封嚴技術

刷式封嚴技術最初是上世紀70年代初英國羅羅公司提出的一種新型密封技術。這種新型密封結構可大大降低航空發動機空氣系統的氣流量損失，增加推力，降低耗油率，顯著提高發動機性能。刷式封嚴是一種接觸式密封，與傳統的篦齒封嚴相比，重量輕、易于更換。GE公司的試驗表明刷式密封的泄漏量只有篦齒密封的5%～10%。德國MTU公司的研究也發現，用刷式封嚴代替壓氣機和渦輪處的篦齒封嚴，則發動機的泄漏量可減少80%，相應的發動機耗油量能減小至少1%。1989年V2500-A1發動機成為以刷式密封取得執照的第一臺生產型航空發動機。英國牛津大學于1990年提出了“壓力平衡型低滯后效應的刷式封嚴”的專利設計，這種結構已經在GE90發動機的試驗中通過了驗證。在高密封壓力、高環境溫度和高表面速度的環境下，刷式封嚴存在刷絲掉毛現象，同時也存在密封的滯后效應，MTU研制了一種新型的刷式封嚴結構以解決此問題。

航空新技術論文:淺談新技術下的航空維修人員培訓

【摘要】隨著新技術的發展，制造水平的提高，復合材料的大量使用，以及自動化檢測技術和計算機技術的使用等對于航空維修人員有了更高的要求，而設備的更新、新裝備的操作難度、技術含量等問題，對航空維修人員提出了新的要求。

【關鍵詞】航空維修；人員培訓

隨著INTERNET和數字化技術的發展，自動化檢測技術，計算機技術，復合材料等新技術的大量應用，大大加快了飛機設計、制造和服務的速度。航空公司的飛機一旦發生故障和失效問題，不僅會增加企業維修成本，而且會嚴重影響企業的生產效率，使企業蒙受巨大損失。但由于飛機故障的不可預知性，航空公司無法預先制定完美的維修和航班計劃。為了提高服務效率和質量，提高航空產品的競爭力，在這種情形下維修方式已由傳統模式下民航飛機維修，發展為數字化的維修，這種數字化維修方式對航空維修人員提出了新的要求。

一、飛機維修新技術

1.維護手冊的數字化

2.維修信息系統與飛機系統的數字化、智能化對接

目前，新一代的飛機都已經能夠實現由空中向地面傳送飛機參數、故障和維護信息。這種技術就是目前為人們所熟知的遠程傳遞技術，即應用飛機的通訊尋址和報告系統（ACARS）實時下載飛機系統故障（CFD）和飛機性能參數（DFD）報文，把它們傳遞到地面信息站點上。然后這些飛機的信息先經過分析、過濾和處理，形成與維修信息系統格式一致，可以相互交聯對話的數據，再由維修信息系統進行分析、評價、處理用以形成維修決策，生成維修方案。同時自動生成維修調度報告送達各個相關部門，在飛機落地前就可做好維護準備。這樣可以大幅度減少飛機維修停場時間，降低飛機航班延誤率，減少維修費用開支，提高維修效率和飛機運營周轉率。

3.智能化維護系統（IMS）

二、國內外航空維修隊伍分析

1.我國航空維修人員存在以下問題

①維修人才綜合素質需進一步提高：飛機維修人員隊伍尚待成熟，缺乏技術帶頭人和技術骨干。

②飛機維修人員隊伍維修類別結構失調：據統計2009年5年以下維修人員占人數的54%，小齡化現象造成維修經驗嚴重不足，不能進行深度維修等工作，深度維修人才嚴重不足。

③維修人員隊伍管理存在的問題：飛機維修人才儲備不足，飛機維修人員的培訓不夠，機務人員待遇低，人才流失嚴重。

2.國際航空維修人員存在以下問題

在西方國家，加入飛機維修隊伍的年輕人的數量比離開的要少。此外，一些高技能和有經驗的人員離開航空到其他行業尋找高薪職位；在世界各地均存在飛機維修工程師、技術員和機械師短缺的問題；航空運輸業是工作人員的工作時間不利于社交。飛機工程師可能會突然轉行到金融或者IT 行業。

三、新技術新形勢維修人員要求

由上可以看出，國內外維修市場新技術都對我國航空維修人員的培訓，在數量和質量上都提出了較高的要求。這些發展和變化都在要求航空維修人員的培訓將由人員密集型向技術密集型轉化，由常規經驗維修向高技術科學維修轉化。尤其是空客A380大面積使用復合材料，對復合材料的維修人員有了較大的需求。

因此，新的工程與維修課程應包括更多的結構和復合材料的培訓。對計算機、網絡等有了很高的要求。多數新的技術人員都將是IT實用專家，易于了解新的航電設備。機務維修領域的變革決定了機務人才培養的方向將向著：工程化、系統化、綜合化、 信息化、集成化、國際化方向發展。新技術新形勢對航空維修人員的培訓提出以下要求：

1.多學科開展，由基本的結構課程為主，發展集結構、計算機、網絡、電子于一體的多學科教學。

2.增強與MRO間的交流，及時與先進技術接軌，傾聽企業對維修人員的要求，與企業合作辦學，學習最新的維修方法。

3.加強國際國內院校之間的交流合作，做到與世界同步，學習最新的世界維修方法。

4.開設專門的復合材料修理培訓課，以適應市場的需要。

5.引進虛擬維修訓練系統，可以及時更新維修信息并縮短人員的培訓時間，降低耗材成本。

6.加強學生自學能力的培養，以滿足工作后的再學習；加強動手實際工程能力及自信心的培養。

7.培養嚴謹獨立的工作作風和較好的團隊溝通協作能力。

航空新技術論文:中蘇《國防新技術協定》轉讓的航空技術探微

[摘要]中蘇《國防新技術協定》中規定蘇聯向中國轉讓米格－19殲擊機和圖－16轟炸機，就其技術水平來說，兩者都是蘇聯當時最新裝備或最新型號之一。蘇聯向中國轉讓新技術最基本的原因是為鞏固其國內與國際政治地位并尋求中國的支持。除此之外，蘇聯的導彈威懾觀使其認為圖－16作為轟炸機已無實際意義，殲擊機也將被導彈所取代，因而同意進行轉讓；在轉讓最新裝備的同時，蘇聯在科學研究上對中國嚴格保密，以便限制中國超越蘇聯；航空技術轉讓的主動權完全掌握在蘇聯手中，重要的技術資料、特殊材料、特殊部件設備都可以成為限制中國發展、控制技術轉讓進程的手段。

[關鍵詞]航空技術轉讓　飛機　中蘇《國防新技術協定》

1957年10月15日，中蘇簽訂了《中華人民共和國政府和蘇維埃社會主義共和國聯盟政府關于生產新式武器和軍事技術裝備以及在中國建立綜合性原子工業的協定》，簡稱《10月15日協定》或中蘇《國防新技術協定》。目前，學術界對中蘇《國防新技術協定》的關注集中于原子彈或導彈部分的技術轉讓，鮮有關于轉讓航空技術的內容。本文將綜合各種史料，厘清中蘇《國防新技術協定》中航空技術轉讓的內容、執行過程中實際轉讓的飛機型號以及在當時的技術水平，進而分析蘇聯轉讓的原因。

一、轉讓飛機的具體型號與內容

《當代中國的航空工業》明確指出：“議定轉讓制造權的航空產品有米格－19殲擊機、圖－16轟炸機和四種戰術導彈?！?

由于米格－19有多種改型，按規定轉讓給中國仿制的具體型號是什么呢?《沈陽市志-軍事工業》稱：徐昌裕、112廠設計室主任徐舜壽等人隨中國工業代表團談判購買米格19埃斯(米格－19C)、米格19坡(米格－19л)和米格19坡埃母(米格－19лM)飛機，并選定米格19坡(米格－19л)，于10月15日簽訂購買全套技術資料和樣品的協議。由此可以確定轉讓仿制的殲擊機型號是米格－19л。

《當代中國空軍》記載：20世紀50年代，中國空軍裝備的殲擊機有米格－19C、米格－19л。1959年4月，沈陽飛機制造廠仿制米格－19л成功，未正式生產。根據空軍需要，轉而仿制米格－19C，1963年12月仿制成功，命名為殲－6。不過，中國最后大規模仿制的是米格－19C而非協定中規定的米格－19л。這是因為1958年7月，中國空軍在進駐福建前線通過與臺灣當局空軍的實戰檢驗后，認為米格－19л機動性差，提出需要大量靈活機動的前線殲擊機(即米格－19C)。但當時中國并沒有就c型飛機向蘇聯訂貨。于是從1958年12月起，112廠在米格－19л的基礎上進行改型設計，綜合米格－19C和米格－19л的特點，利用米格－19л的后半部，并對米格－19c的機頭稍作改進以提高機動性，自行設計了一個新型號，命名為東風－102。1959年2月投入試制，9月30日首次試飛。但后來由于東風－102質量不過關，于1960年停產整頓。從1961年起，重新選擇原樣仿制蘇聯米格－19c，1963年，飛機仿制成功，即后來有大量改型的殲－6。

事實上，轉讓圖一16的時間比中蘇《國防新技術協定》規定的時間有所提前。1958年9月16日，赫魯曉夫在雅爾塔接見中國駐蘇大使劉曉，主動提出蘇聯可派一批帶有導彈的圖一16轟炸機到中國，由蘇聯飛行員駕駛，以便為炮擊金門時提供打擊力量。10月12日，拒絕了此建議，但同時表示：中國決定提前制造圖－16。10月，就提前試制圖－16問題致電赫魯曉夫。隨即派張連奎、王西萍、陸綱等赴蘇進行具體談判。張連奎、王西萍、陸綱等23人于11月赴蘇，主要落實各項技術資料和物資供應安排，經過談判，蘇方同意加班生產，備齊物資和資料，及時發貨。1959年4月，中蘇簽訂補充協議，蘇方承諾1960年上半年供應中國20架份飛機本體、40臺份P－3M發動機、96項儀表等機載成品及相應毛坯材料。

因此，根據中蘇《國防新技術協定》的規定，蘇聯向中國轉讓的飛機型號是米格一19殲擊機和圖一16轟炸機，包括提供樣機、零部件、圖紙資料以及指導仿制的蘇聯專家。

二、轉讓飛機機型的技術性能

蘇聯方面普遍認為，對中國國防新技術的轉讓是毫無保留的，赫魯曉夫甚至聲稱：“我們給了他們坦克、大炮、火箭、飛機、海軍武器和陸軍武器。事實上，我們的整個國防工業都是向他們敞開的?！倍蟹劫Y料則通常指出，蘇聯轉讓的飛機大都是落后的型號。那么，蘇聯轉讓的航空技術水平究竟如何?

關于米格－19的技術性能

就當時而言，一般認為是很先進的：“以爬升快，加速性和機動性好，能全天候超音速作戰、火力強和易于操縱等優勢裝備于蘇聯空軍部隊……米格一19為一件成功的設計”；“米格－19的機動性能極其出色”；“米格－19是前蘇聯研制的一種輕型超音速殲擊機……主要用于空戰，爭奪制空權，也可實施對地攻擊”。

蘇聯于1951年開始研制米格－19，1953年首次試飛，1955年開始裝備部隊。這是世界上第一種進入批量生產的超音速戰斗機。1956年，米格－19首次公開亮相，由于其在爬升率、加速性、機動性、操縱性等方面的良好性能，先后有多種改型：c型(晝間型)、CФ型(高空型)、п型(加裝雷達的全天候型)、YIM型(發射導彈的全天候型)，1961年停產。米格－19C沒有雷達，于1956年投產、服役，中國大量仿制并在此基礎上進行多種改型。蘇聯向中國轉讓的米格－19п于1955年投產并裝備部隊，加裝了雷達；而米格－19пM則由米格－19п改來，從攜帶火炮改為可發射導彈，由于采用了米格－17пM上的RP－2U雷達和APU-4導彈發射軌等成熟技術，該型很快于1957年底生產。

由于米格－19п與米格－19пM都裝備了雷達，但這兩種雷達都存在不少問題，有時甚至因雷達故障使戰機無法升空，而且加裝雷達的米格－19п機動性較差。通過實戰檢驗后，中國最后選擇了不能發射導彈、沒有雷達的米格－19C，并在此基礎上做了大量改型。在實戰中，殲－6表現良好，曾擊落多架美制RF－101，并以負速度差擊落過RF－104，還創造過平流層擊落戰機(無人高空偵察機BQM－147G)的世界紀錄。