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[关键词]航天飞行器；控制；发展趋势
中图分类号：DF25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0371-01
1 前言
空间技术是世界上最尖端技术的科学和技术，也是一个国家科技水平和综合国力的重要体现。世界太空强国和工人提供免费获得高度关注和发展空间，提高技术，如空间控制，实现在天地之间，各种先进技术研究项目，新概念的空间太空强国的发展规划，并已取得重要进展。参与航天飞机，本文主要指火箭进入太空，空间，和这种飞机参与控制理论和技术研究领域的热点和困难飞机控制，先进的、基本的、全面的、已经成为支持的重点领域之一，中国航天工业的未来发展。发展成为一个独立的导航、制导与控制技术领域的历史可以追溯到“阿波罗”载人航天计划的时代。近几十年来，还被美国作为高超音速飞行器的五个核心技术之一。
2 航天飞行器控制领域前沿问题与挑战
2.1 可靠进入空间的控制前沿问题与挑战
经过40多年的不懈努力，我国的运载火箭得到了长足的发展，独立自主地研制了14种不同型号的“”系列运载火箭，具备发射近地轨道、太阳同步轨道、地球同步转移轨道等多种轨道有效载荷的运载能力，入轨精度达到国际先进水平.虽然我国运载火箭已取得举世瞩目的成就，已在世界商用航天发射市场占有一席之地，并且通过了高密度发射的考核，控制技术得到了充分验证，但是与国外先进的航天运载技术相比，还存在一些不足：
1）运载火箭应对故障的能力不足：由非灾难性故障而导致发射任务难以顺利完成或失败，而这些故障往往可以通过理论方法来克服，需要具备能够采用诊断和预测的方法进行系统故障的监控、检测、隔离，能够评估系统故障的影响并为任务调整提供决策支持的能力，对设备的维护和更换提供指导性建议.
2）火箭发射成本和经济性有待进一步提升：我国运载火箭与国外相比，入轨精度处于同一个量级甚至更高，但现役运载火箭的价格优势正在逐步丧失，同时也暴露出运载能力不足、发射准备周期长、任务适应性差的缺点，难以满足高效率、多样化的航天发射和空间运输需求.
3）对任务的适应能力存在不足：火箭对发射零时的要求较高，现有方法不具备对发射时间敏感任务的适应性.控制系统是运载火箭的神经中枢，提高控制系统的可靠性，对于提高整个运载系统的可靠性至关重要.因此，可以通过制导与控制理论方法的革新来提高运载火箭的可靠性、经济性.同时，系统的高可靠性要求也对控制系统的设计提出了更高的挑战.
2.2 空天飞行器的控制前沿问题与挑战
空天飞行器集航空、航天技术于一身，兼有航空器和航天器的特点与功能，既可以像普通飞机一样在稠密大气层内飞行，又可以在近空间稀薄大气层内作高超声速巡航飞行，还可以穿过大气层进入轨道运行.归纳起来空天飞行器具有五个方面的特点：
1）任务维数多：主要包括在轨运行、再入返回两类任务，在轨飞行任务包括初态建立、轨道机动、轨道维持、高精度对地观测、在轨稳定运行等任务模式，是迄今最为复杂的一类飞行器.
2）飞行状态跨度大：飞行空域跨越几百公里地球轨道至地球表面，速度跨越水平着陆低速到第一宇宙速度，在轨飞行时间达到200天以上，再入返回时间约3000s左右，经历的环境温度从零下几十度到1000度以上.
3）飞行环境恶劣：跨越纯空间、稀薄流区和稠密大气层，经历空间辐照、高低温、气动热等复杂环境.
4）动力学特性复杂：包括轨道动力学和再入动力学，为适应不同飞行环境，配备了RCS（Reactioncontrol system）和多操纵舛舵，如体襟翼、升降舵、V形垂尾、阻力板等，姿控系统结构复杂，且多气动舵结构导致姿控系统存在多维强耦合特性.
5）升力式返回模式：出于任务需要和时间限制，空天飞行器再入模式与飞船完全不同，它采用升力式再入模式，从轨道快速返回，利用高升力体外形在临近空间长时间非惯性、大范围横向机动飞行.
3 航天飞行控制技术发展趋势
基于国际空间飞行器控制技术的研究进展，以及存在的问题的基础和关键技术，进一步发展我国一方面缩短交付系统的未来发展和世界先进航空航天汽车技术差距；另一方面提高中国的国际竞争力空间载波系统本身，促进市场化、产业化、国际化的发展，中国的空间。进入太空的发展趋势是升高的自，可靠性高、重复使用、低成本方向发展。空间对国家安全具有十分重要的战略意义，开发新的太空武器迫在眉睫，太空飞行控制可靠性高、精度高、适应性强、自主飞行的特点，快速的响应，断层重建任务飞行的能力，可以满足未来空间操作，天地之间复杂的任务要求。太空飞行控制技术在我国应该在以下解决方法：
3.1 加强进入空间、空中飞行控制基础理论研究
尽管美国工程方面取得了巨大的成功，但是NASA不仅仅是满意，仍颇具影响力的“先进制导控制技术”的研究计划，持续改进的传统方法，支持控制技术创新和技术改造。应该在中国的重大前沿需求，制定相应的“工艺先进的指导和控制项目”的主要研究计划，吸引国内单位和研发团队开展研究。例如，注意工艺创新布局引起的多学科交叉的非线性动态特性，创新、多样性、混合、异构控制功能的飞机控制新概念，理论和方法的研究关注在信息化环境中，原本独立的飞机控制，计算和通信、控制、决策和管理的集成趋势带来的新概念，理论和方法的研究。
3.2 重视多学科交叉研究
HTV-2两次失败强调跨学科的问题。首先在于气动力和控制问题：飞行HTV-2偏航角的偏航角大于预先设计，和耦合的滚动操作，飞机在滚动方向；二是气动加热和材料问题：严重的气动加热使身体材料剥落，气压变化。和新需求、新布局，新未来飞机控制功能使空气动力学、结构、电厂越来越近，飞行控制耦合电厂不仅提供动力，也有重要的控制功能，不同的控制功能之间的有利和不利影响，多轴控制力矩引起高度耦合，我们应加强多学科交叉设计方法的研究，并积极探索多学科联合，协同设计研究和开发模式，如开展全面的产品设计。
4 结束语
综上所述，航天飞行器控制技术在我国的发展中起着很重要的作用，所以对航天飞行器控制技术的现状和发展趋势进行研究很有现实意义。
参考文献
[1] 王晓东.浅析航天飞行器控制技术[J].中国航天，2013.
[关键词]高技术产业园区；产业聚集；龙头企业带动模式
[中图分类号]F127
[文献标识码]A
[文章编号]1006-5024(2008)06-0122-04
随着西部大开发的不断深入，西部省份如何充分利用本地雄厚的国防科技资源，实现当地经济的发展与腾飞，是一个亟待解决的问题。西安作为中国航空航天产业的重要基地，在中国乃至全球都拥有特殊的地位和声誉。2002年麦肯锡的战略咨询结果和专家论证表明，航空航天产业是西安市应该发展的支柱产业。也有资料指出，航空产业的投入产出在10年之后就是1：80，就业拉动是1：40。一个机型将有500多个企业单位与之配套，二级配套的厂商更达到3000-5000家，形成一条金字塔式的产业链。西安发展航空航天高技术产业在全国具有独一无二的比较优势。
一、高技术产业园区的阐述
高技术产业区域(Hi-Tech Jndustry District)主要是指高技术产业开发区，以及连绵形成的高技术产业开发带(以下简称为高技术区域)，是高技术企业生存和发展的载体，是一种新型的科学与工业相结合的社会组织形式，包括高技术中心(Technopole)、科技工业园(Hi-Tech Industry Park)和科学城(Seience City)。
产业聚集是高技术区域的成功特征。理论研究与发展的实践表明，一个国家或地区竞争优势的获得来源于产业在其内部聚集过程中的优势获得。波特(Potter，1998)以为，在经济全球化进程中，产业聚集可以从三方面影响企业和区域的竞争：一是提高企业的生产率；二是指明创新方向和提高创新速度；三是促进新企业的建立，从而扩大和加强聚集本身。
实际上，新时期的产业聚集更强调在柔性聚集过程中知识、技术等要素的重新组合与创新，强调本地工程师、技术工人等要素的集中以及本地熟练劳动力市场的形成。各种知识型的资源优势越来越成为各国区域发展的主要动力。在高技术区域发展中，产业聚集更多的是依重于创新，聚集的方向是选择具有大量高技术人才和良好创新环境的区域。因此，可以说高技术产业的聚集是以高级知识、技术要素为主形成的，目的是为了获取具有持续竞争力的动态竞争优势。这也是高技术区域发展的重要基础。
高技术产业区域的聚集功能是指高技术区域凭借其具有的区位优势，将各种社会资源聚集在一起协同发挥作用的效应。从其内在实现价值看，聚集是高技术区域的重要区位特征，高技术区域的聚集功能是表现在人才、资金要素的资源聚集和创新的聚集，并最终体现在高技术产业经济效益的聚集；从其外在表现分析，高技术区域的聚集功能会造成对外部和其他区域人才、资金、技术的抽吸效应，从而使其取得聚集经济效益的快速发展，形成技术、经济优势的高势能区位，反过来又对外部和其他区域产生波及影响和带动作用。
二、高技术区域产业聚集的创立、成长与发展
产业聚集可以反映出一个高技术区域的竞争优势和条件，但是它并非一开始就以完整的面貌出现，必然要经历一个产生和发展的过程。从硅谷的发展可以辨识出，高技术产业聚集可以产生聚集效应，但最初的产生肯定是一些非聚集的因素在起作用。这些因素是一些区域的结构性因素，也是触发性因素(如斯坦福大学、政府投资含军事投资、企业衍生等)，它们与其他的区位优势(如自然禀赋等)结合，就会产生指向性区位因素，形成最初的企业进入动力。而这些企业又会吸引其他企业进入，区域的功能性因素起聚集的主要作用，形成动态的聚集因素(如风险投资、企业家精神和协作文化等)，促进产业聚集的自我发展。这个演化过程可以从下图表现出来。
高技术区域也可以看作是为产业聚集创立的一种区位优势。技术创新理论认为，在近乎完全竞争的市场中存在小企业技术创新的门槛，如果此类门槛过高的话，经济发展有时会因为小的历史事件而被锁定在某低级技术水平上。如果技术的创新和扩散是多数采用者都随着它“走”而引发的，那么优化选择的机制和环境就能提供有效的通道。为了帮助高技术小企业克服创新门槛的阻碍，并防止经济发展水平在某个低水平上锁定，高技术区域便应运而生，并以提供区位优势因素来帮助小企业进行技术创新，而不完全是出自自发的。高技术产业群的形成无疑需要企业有较低的进入门槛。创业企业能自由进入聚集产业，其进入会带来新技术、新思维、新的竞争方式，有利于促进竞争与创新，为产业聚集带来活力。
高技术产业区域的发展模式对园区发展至关重要。Walt,Whitman.Rostow在《经济成长的阶段》(1960)一书中认为正确规划某一时期的主导产业、确定其发展模式是制定区域产业政策的核心内容，也是壮大区域经济实力，提高区域竞争力的迫切需求。林金忠(2001)认为，聚集经济本质上是空间意义上的外部规模经济。他把规模经济分为两类：单个企业的内部规模经济；众多企业在局部空间上的集中而产生的聚集经济。他提出了三种聚集经济的类型：多层次聚集(企业间横向联系而形成的聚集)：企业纵向关联而形成的聚集(产业链)；由于区位优势而形成的同一产业或不同产业的众多中小企业的聚集。在科技园区的建设中，涵盖了三类的聚集活动。三种的聚集活动在园区中处于不同的层次，和园区的发展阶段紧密相连，如何协调三者之间的关系，如何促成不同阶段的企业的聚集活动，这取决于园区发展模式的选择。
本研究认为高技术的产业聚集最适合选用的模式为“龙头+网络”的形式。“龙头+网络”形式也被称为混合式聚集，是由多核式与网状式混合而成的产业聚集。聚集内部既存在几个核心企业及相关的小企业，又存在着大量没有合作关系的中小企业，例如美国的硅谷和印度的班加罗尔软件工业园。
高科技产业聚集以高科技龙头企业为核心，以大量的中小民营科技企业为配套，以科研院所为支撑，实行政府退出，行业协会运作的机制。高科技产业聚集生产高科技产品，经营风险大，产品的技术层次高，附加值往往也很大，要求企业拥有核心技术和自主知识产权，具有很强的技术创新能力。这类产业聚集在科技资源高度密集，传统工业基础雄厚，民营经济发达的地区容易形成规模，如东莞的计算机硬件产业聚集，西安的航空航天产业聚集，长江三角洲的先进制造业聚集和北京的信息产业聚集等。
三、龙头企业带动模式
(一)龙头企业带动模式的基本内涵
通过龙头企业的发展，带动一大批配套、协作企业，围绕龙头企业形成产业聚集。其主要特点包括：(1)多核式与网状式聚集并存；(2)核心企业不仅带动了配套企业的发展，也为散存的中小企业提供了机会；(3)核心企业与配套企业依靠品牌为核心竞争力，散存的中小企业主要以低成本为竞争优势；(4)技术创新是聚集中小企业生存和发展的关键。
(二)行业内龙头企业带动因素
1．龙头企业与产业聚集的关系。在任何一个产业聚集中，小企业都占多数。从产业聚集内部各类企业的数量来看，有完全以众多小企业组成的“原子式”产业聚集和以少数大企业为中心(龙头企业)、众多小企业为而形成的“轮轴式”或“中卫式”产业聚集。在两类产业聚集中，尤以中卫式产业聚集最为普遍。在该类聚集中，大企业处于整个企业聚集的支配地位，小企业聚集处于或下层，主要为“核心企业”进行特定的专业化加工。并且核心企业主要负责产品的最终组装与生产技术难度高、附加值大、对规模效益反应敏感的配套产品，小企业多是分工生产技术要求低、批量小、专业性分工度高的各种零辅件与半成品等，参与聚集的小企业往往又有一次承包、二次承包甚至更多次承包之分，即把核心企业委托的生产业务根据专业分工要求分包给其他小企业，从而会形成多层次的分工协作体系。中卫式产业聚集的形成往往是少数大企业首先产生，然后众多小企业逐渐聚集在其周围。因而相对于众多小企业而言，政府首先吸引大企业聚集更有目标性，也更容易成功。吴旺延(2[)04)认为，处理好大企业集团与中小企业的关系是西部地区发展中小企业聚集的基础。龙头企业是产业聚集得以发展壮大的关键，当地政府应当为龙头企业保驾护航，要注意发现和培植聚集龙头企业，注重龙头企业和品牌建设。在计划体制下，西部地区建立了一批军工企业和重工业企业。这些企业是按照全能型模式创建的，集企业管理功能和社会管理功能为一体，是基建、供应、生产、销售、生活服务自成体系的，大而全的企业组织结构。由于体制的原因，这些大企业迫切需要“瘦身”并和其他企业“牵手”，才能恢复活力。
2．龙头企业对产业聚集发展的带动作用。“火车跑得快，全靠车头带”，产业聚集龙头骨干企业在加快产业聚集，推动产业聚集发展中起着非常重要的作用。
首先，龙头企业促进产业聚集。一是龙头企业都具有较大的规模和实力，在市场经济条件下，资本、技术、人才等资源总是首先流向那些拥有较大规模和较强实力的大企业。这也就是说，大企业拥有更强的吸引力和凝聚力，能更好地发挥产业聚集主角的功能。二是龙头企业都具有自主知识产权的知名品牌。品牌是市场经济的通行证，是市场竞争力和影响力的集中体现。拥有知名品牌的龙头企业对上下游产业链条具有强大的引领和整合能力。三是龙头企业具有自己核心优势。对于参与产业聚集的企业主体来说，核心优势包括核心技术、专利产品、管理技能、市场网络等诸多方面。一个企业只要在上述一个或多个方面具有独特优势，就会对上下游产业产生强大的拉动和聚集作用，从而与其他相关企业形成产业聚集。龙头企业作为区域内领头羊，一般都具有自己独特的竞争优势。
其次，龙头企业促进产业链延伸。龙头企业能适应国际分工和专业化生产的新形势，不断将一些配套件及特定的生产工艺分离出来，形成一批专业化配套企业，并积极支持中小企业进人自己的供应网络，而专业配套企业的大量进入，又会带领上游原材料供应和加工企业，下游销售企业的不断涌现，从而促进产业聚集内产业链的延伸。
再次，龙头企业加速科技创新、带动产业升级。为了保持行业内的领先地位，龙头企业会更加注重技术的创新和引进。通过与高等院校、科研院所的合作开发新技术、新工艺，与国际大企业合作，引进国外成熟的先进科技，在新产品开发方面不遗余力。研究表明，拥有龙头企业或知名品牌的产业聚集，科技经费投入规模较大，龙头企业科技投入也较大。
最后，龙头企业提高产业聚集内的组织化程度。龙头企业按市场导向，进入某一产品或产业领域，组织专业生产，为了自身产品的保证和竞争力的培养，龙头企业虽然会发展很多的配套企业，将一些生产环节分离出去，但还是会通过协作，把产前、产中、产后作为一个体系来运作，激活各环节的生产要素，产生“一石激起千层浪”的连锁效应。
龙头企业具有开拓市场、引导生产、深化加工、搞好配套服务的综合功能。只要充分发挥龙头企业的带动作用，通过龙头企业的品牌优势、技术优势和市场优势，把分散的、小规模的生产经营组织起来，形成有竞争力的产业聚集，改进工艺、提高技术，带动整个产业水平提高，就会最终形成在全国甚至全世界有影响的产业品牌。
(三)模式中龙头企业所需条件
1、龙头企业有足够大的规模。龙头企业生产经营的规模较大，经营效益较好，有能力带动一批配套企业，并能持续为配套企业的生存发展提供市场空间。
2．龙头企业的产业链可拆分。龙头企业的产品产业链较长，并且每个生产环节可以拆分，使配套企业的独立存在成为可能。
3．龙头企业产品的外协性。龙头企业所需的原材料、半成品或零部件可以由配套企业生产或加工，不涉及龙头企业的核心技术。
4．龙头企业和配套企业要形成合理的分工协作关系。龙头企业与配套企业在产品研发、市场开拓、产品生产方面要有合理分工，建立良好的协作关系，不能成为竞争对手。
5．原料取得的便利性。为龙头企业配套的企业所需的初级原料要很方便取得，能够承受运输费用。
(四)应注意的问题
1．龙头企业要持续稳定发展。龙头企业的发展是整个产业聚集存在的基础，只有龙头企业的持续稳定发展才能为整个产业聚集提供发展的条件和机遇。
2．龙头企业的技术支持。龙头企业应为配套企业提供相应的技术扶持，使配套企业能够跟上龙头企业技术创新和发展的步伐，保证配套企业的健康发展。
只要培育好龙头企业，引导好配套企业，协调好龙头企业与配套企业的分工协作关系，就一定能促进龙头企业作为带动型产业聚集的形成和发展。
四、西安航空航天产业园区模式
(一)西安航空航天产业园区可行性分析。地区间的产业竞争集中体现在产业聚集的竞争，要提升产业竞争力，就要增强产业聚集的竞争力，进而要求搞好产业聚集的空间载体即产业园区的建设。产业园区通过培育主导产业和建立相关支持产业配套，聚集和整合大量的资金、人才、信息等资源，组建信息交流和知识扩散的网络，发挥其外部经济效应，形成了创新的系统环境，使各个主体能实现有效的分工与合作，同时产业园区通过建立使地方政府、企业、服务机构之间实现互动合作的对话机制，协调聚集之间的地域、产业分工和合作，从而促进聚集的不断成长并提升产业组织的竞争力。产业园区和产业聚集相互促进、相互制约，产业园区是形成、承载和促进产业聚集发展的空间载体，产业聚集是提升
产业园区和地区产业竞争力的核心内容。
产业价值链理论来源于哈佛大学商学院教授迈克尔・波特在其1985年出版的《竞争优势》一书中提出的“价值链(Value Chain)”理论。在生产者驱动的价值链中，价值链中的关键制造者一般控制关键技术，扮演协调各个环节的角色。在这里，生产商负责协助它们的供应商和顾客的效率。生产者驱动的价值链是那些大型的、通常由跨国制造商发挥中心作用来协调的生产网络(包括它们的前向和后向联系)，这以资本和技术密集型产业――例如汽车、飞机、计算机、半导体和重型机械产业为典型。
所以，以核心企业为龙头，形成产业链，进而形成网络化集群是可行的。而且通过发展和完善产业园区建设，充分发挥产业聚集的空间聚集和产业链交织优势，更是增强地区产业竞争力和经济实力的有效途径。西安航空航天产业发展模式是围绕航天、航空等高新技术产业，形成产业链、产学研相结合的航空航天产业园区。其中，西安闫良航空产业园结合优势产业培育龙头核心企业、拉长军民两用科技园区的产业链条。即以西安飞机工业集团公司为中心，在支持龙头核心企业的科研活动及其成果的产业化，注重培育相关配套的企业，拉成产业链。西安韦曲航天科技产业科技园区是以龙头军工企业为核心形成的园区，即围绕大型军工企业形成军地两用型产业园区，以航天科技产业为主导，其产业定位是以发展航天科技产业聚集及民为支柱产业，发挥航天高科技的优势，促进航天科技企业的民用产业发展。
(二)西安航空航天产业园区现状。西安的阎良、韦曲作为中国航空航天产业的重要基地，具备了发展高技术航空航天科技产业的基本条件。其中阎良拥有一批在全国有一定影响的大型企业集团，如西安飞机工业集团公司、西安飞机设计研究所、飞行试验研究院，以及毗邻的西安航空发动机公司，是全国唯一的集飞机设计、生产制造、试飞鉴定、教学培训为一体、产业体系最完整的航空产业基地；韦曲以研发和制造液体火箭发动机的中国航天集团公司第六研究院基地为依托，兼具西安电子工程研究所等32家航天和高科技产业，充分发挥业已形成的航天科技资源对科技的带动作用，促进区域经济的快速发展。
根据西安市航天航空产业的实际情况及特点，作者对航天航空产业园区的发展模式进行分析研究，认为其产业聚集最适合选用的模式为“龙头+网络”的形式，即是由多核式与网状式混合而成的一种混合式产业聚集。
【关键词】航空发动机燃油系统控制系统研究进展
随着我国航空航天的不断进步，航空发动机技术的发展也不断的提高，燃油和控制系统由原来的简单系统发展到现在的复杂技术，由原来的液压机械操作发展到现在由全权限数字电子控制（FADEC）进行操作。原有的军用航空发动机中燃油和控制系统的特点是多变几何控制能力，而现在的FADEC技术将发动机的故障诊断和监视系统归入到发动机的控制系统中。在航空航天发展速度较快的今天，防喘控制也受到航天专家的重视。因此，本文将对航空发动机燃油和控制系统的发展进行阐释，为我国的航空航天发展提供理论依据。
1我国现阶段航空发动机的发展现状
1.1燃油控制系统的发展现状
燃油控制系统是航空发动机的核心控制系统，其主要性能直接影响整个发动机的控制系统，而燃油泵是燃油系统的重要组成部分。燃油泵包括燃油增压泵和主燃油泵，目前全球各国研制的军用航空发动机中的燃油增压泵是采用离心式独立转动模式，其增压能力可达到0.4-0.8 MPa；而主燃油泵一般采用的是齿轮泵，主要是由于齿轮泵的体积较小、流量较大。还有一种比较合理的选择是采用高压柱塞泵，它既可以作为主燃油泵还可以作为喷口油泵，据调查显示，该泵使用情况较为普遍，在英国生产的发动机中就采用了高压柱塞泵作为主燃油泵，最大的出口压力可达21 MPa，最大的流量也可达每小时10000kg，而近期俄罗斯也研发出了高压燃油柱塞泵。而通过大量的实验和应用显示，在泵油系统中还是应该采用离心泵作为发动机的主燃油泵，其主要特点是制造结构简单、质地较轻、燃油温升较少，且质量达到了要求。离心泵在设计上较为简单，其控制操作也极为方便，但在小流量的启动过程中其性能较低，因此需要再单独配置一个启动泵，这样将发动机的转数和流量变为可调控的模式。
1.2喷管控制系统的发展现状
发动机的喷管控制系统在航空发动机中也占有举足轻重的位置，对于发动机尾喷管的介质，我国目前采用液压油、燃油和滑油，但由于滑油和液压油的性较好，可导致喷管油源泵在工作时压力达到最高。在发动机中使用液压油系统则可以无需设立独立的油源系统，但在这样共同使用液压油源时，可对飞机的动态操作系统产生不利的影响，还会导致飞机的液压系统遭到污染。有调查显示，英国曾采用发动机尾喷管的独立滑油系统，虽然对喷管的控制得到了灵敏的提升，但在油源系统中增加了油箱和油泵等装置，使得控制系统的结构更为复杂。目前在我国的军用发动机中，使用较多的喷管控制系统是以燃油为介质，与此同时，在喷管油源泵的选择上多以高压柱塞泵为主。该泵的最大出口压力可达23 MPa，最大流量可达每小时3600L。
1.3FADEC技术系统的发展现状
FADEC技术是新研发的全权限数字电子控制系统，其主要包括传感器、执行结构、微处理机以及数据的通讯。数据传感器的使用数量在不断的增加，致使军用发动机电缆的质量也有进步，在发动机的燃油和控制系统中，传感器的质量占有不可或缺的位置。我国对传感器的研发方向是制造出光纤和智能的传感器，这将是迎合光纤通信的最大亮点。与此同时，微电子技术也给FADEC的发展提供了电子硬件，随着电子技术的蓬勃发展，微处理机也越来越受到航空专家的关注。在发动机的数据通讯过程中，通过高速的光纤数据把发动机的智能传感器和执行机构有效的连接起来，取代了原有的点到点式的串行通讯方式，这样提高了数据传输系统的安全性。在发动机未来的研发过程中，要注重防喘控制等相结合的应用，要做到同监视系统、飞控系统以及火控系统共同结合。FADEC技术可以实施较复杂的控制计划，用自适应控制系统进行对发动机的综合控制。
1.4防喘系统的发展现状
防喘系统在军用航空发动机中的主要作用是防止飞机飞行或发射武器时发动机出现喘振和熄火。美国和俄罗斯等国家在军用发动机上都使用了防喘和消喘的控制系统，同样的在我国的军用航空发动机中也应用了数字化的防喘控制系统，并取得了较大的研究进展。我国军用发动机中防喘控制系统的设计理念是采用有静压传感器的喘振信号器和高响应压力传感器，其设计可以利用数字滤波准确的判断出喘振的征候。不同类型的发动机其采用的防喘控制系统也是不尽相同的。在发动机的研发过程中，进口温度在90-100℃之内方可保证发动机工作的稳定性，若超过140℃时，发动机会出现瞬间的喘振现象，但发动机自身的防喘控制系统会将其回复到原始的稳定状态。
1.5监视系统的发展现状
在我国军用发动机中均配置了不同模式的监视控制系统，根据飞机功能的不同配置不同模式的监视控制系统，有的配置专用的监视系统，有的同飞行记录系统相兼容。我国研制的军用发动机中的监视控制系统，为了监视发动机在使用过程中关键参数的变化情况，监视系统可记录发动机的工作时间、工作温度、涡轮叶片的使用寿命系数以及高压转子的主、次循环等参数。监视系统在正常工作时，有两个机构在执行着相应的职责，一个机构执行控制系统，另一个机构执行状态监视系统，当监控系统出现故障时，就由状态监视系统进行对发动机的控制，在控制系统出现故障的时间里对飞行的数据和存储的监视参数进行记录，以便对监视故障的诊断提供帮助。
2我国未来燃油和控制系统的发展趋势
2.1供油系统的加强
我国研发的军用发动机主要是以燃油和控制系统为主导地位，采用新型的燃油泵控制系统同科学的电子硬件相结合，共同提高FADEC系统的工作性能。运用科学的控制系统和合理的控制算法可提高发动机的控制指令，不仅可以提高控制系统的使用寿命，同时还可以降低研发控制系统的成本。而降低供油系统的成本也成为学者的研究目标，研究表明当燃油的温升在20-30℃之间时，供油系统的质量便可减轻一半，这就大大的提高了供油系统的使用寿命。为了降低燃油系统对污染的增加，我国研制的军用发动机多采用离心式油泵，进而取代原有的齿轮泵和柱塞泵。但离心泵在工作过程中有弊端，即在小流量时效率较低，便会造成燃油温度的升高，因此，专家研发得出通过调节泵的工作转速来调节燃油泵的供油量。目前我国军用的航空发动机的燃油系统是应用电子技术进行控制，这就需要应用高集成度和耐高温的电子元件和器件，独立的燃油泵转动装置便成了发动机自我监视和诊断的保证。
2.2先进技术和科技的应用
我国军用发动机的燃油和控制系统中，应用了先进的技术和科技，采用耐高温的半导体元件可耐高温350℃、应用最先进的高温光电技术测量装置、采用砷化镓材质作为集成电路、高速处理器可达每秒一亿次以及高性能的复合材料。在军用航空发动机控制系统的设计上运用先进的分析和检测软件。在发动机研制过程中，应加强计算机辅助的设计理念，在燃油附件中利用先进技术进行改造，从发动机的工装设计、产品设计、工艺设计以及编程等发面共同发展，提高发动机的质量，节省研制时间。要利用先进的技术积极展开对控制系统和综合控制系统的研发工作，加强对FADEC技术的研发，利用智能传感器、数字执行机构、数据通讯、网络技术等进行发动机的研发。
3结语
在我国航空航天行业迅速发展的今天，军用航空发动机燃油和控制系统的研究取得了较大的进步。随着我国科研人员的不断研究，中国航空发动机的燃油和控制系统也达到了较高的水平。为能研制出更高质量的航空发动机燃油和控制系统，研究人员应继续加大对FADEC系统的研发工作，增加试验的准确性和应用性，要注重软件系统的编程，结合实践中发动机的型号进行研究，加快FADEC系统的研发。本文通过阐释燃油控制系统、喷管控制系统、FADEC技术系统、防喘系统以及监视系统的发展现状，进而提出了我国要加强供油系统，同时采用先进技术和科技来提高我国未来燃油和控制系统的蓬勃发展。为我国军用航空发动机的研制提供理论依据，与此同时，也为我国的航空航天发展指明了方向。
参考文献：
[1]张绍基.航空发动机燃油与控制系统的研究与展望[J].航空发动机，2003，03：1-5+10.
关键词：增材制造技术；金属快速成型；工程应用；发展趋势
中图分类号：TB47 文献标志码：A
增材制造技术又称快速成型技术（RapidPro－totyping，RP），是20世纪80年代中期发展起来的一种利用材料堆积法制造实物产品的一项高新技术．该技术借助计算机、激光、精密传动和数控等手段，将计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）集成于一体，以逐层累积的建造方式在短时间内直接制造产品样品，无需传统的机械加工设备和工艺，显著地缩短了产品开发的周期，增强了企业的竞争能力［1］．相比传统机械制造方法，增材制造技术可以实现任意复杂结构模具等的快速制造，在单件或小批量生产用机械制造过程中，具有制造成本低，周期短的优势，因此广泛应用于机械制造业［2］．
1增材制造技术发展现状
1．1增材制造技术在国外的发展
增材制造技术最早出现在1892年，美国Blan－ther用分层制造法构成地形图并申请了专利，开启了该技术发展的序幕．20世纪80年代，RP技术经历了快速及根本性的发展，仅在1986～1998年期间注册的美国专利就有274个［3］．美国的3DSystems公司于1988年生产出了世界上第一台液态光敏树脂选择性固化快速成型机（SLA－250）．20世纪90年代后期，出现了3DP、SDM、SGC、FDM等十几种不同的快速成型技术．2012年美国总统奥巴马为重振美国制造业提出一系列计划，将3D打印技术列为11项重要技术之一．英国技术战略委员会“未来的高附加值制造技术展望”中，把增材制造技术列为提升国家竞争力，应对未来挑战的22个应优先发展技术之一［4］．目前，美国Ford汽车公司和DuPont公司已经在他们的生产线上采用RP技术，美国Pratt＆Whitney公司已应用RP技术制造铸造熔模．欧洲和日本等国家也不甘落后，纷纷进行RP技术及设备研制等方面的研究工作，如德国的EOS公司、以色列的Cubital公司以及日本的CMET公司等［3］．近年来，采用RP设备最积极的地区是东亚，尤其是韩国、香港、新加坡［5］．国外RP技术在航天航空、汽车交通、医疗器械、艺术创作等多个领域得到应用．
1．2增材制造技术在国内的发展
我国于90年代初才开始增材制造技术研究，虽短短20余年时间，却得到了工业界的高度重视，发展迅速．2013年，国内媒体纷纷报道，将RP技术称为“3D打印—无所不能的未来”［6］、“几乎颠覆传统的制造模式”［7］等．我国已拟定增材制造技术路线图和中长期发展战略，中国工程院2012年1号文件内容即为进行“增材制造技术工程科技发展战略的研究”，成立了由华中科技大学、西安交通大学、清华大学、北京航天航空大学、西北工业大学和国防科工委625所等专家组成的工作组，并已在2013年3月提交相关咨询研究报告［4］．目前，我国已初步形成增材制造设备和材料的制造体系．部分国产设备已接近或达到美国公司同类产品的水平，设备及材料价格便宜．在国家科学技术部的支持下，我国已在深圳、天津、上海、西安等地建立一批向企业提供快速成形技术的服务机构，推动了增材制造技术在我国的广泛应用．另外，我国的部分科研院所和企业已研发出光固化、金属熔敷、生物制造、陶瓷成形、激光烧结、金属烧结、生物制造等类型的增材制造装备和材料［8］，取得了很好的效果．但与工业化国家相比，我国RP技术的研究和应用尚存在一定的差距．
2增材制造技术基本成型原理与工艺
2．1增材制造技术的原理
增材制造技术是采用离散∕堆积成型的原理，通过离散获得堆积的路径、限制和方式，经过材料堆积叠加形成三维实体的一种前沿材料成型技术［9］．其过程为：对具有CAD构造的产品三维模型进行分层切片，得到各层界面的轮廓，按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层的纸（或树脂固化、粉末烧结等），形成各界面并逐步叠加成三维产品［10］．由于增材制造技术把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在没有模具和工具的条件下生成任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性［11］．增材制造技术体系可分解为几个彼此联系的基本环节：三维模型构造、近似处理、切片处理、堆积成形、后处理等．增材制造过程如图1所示．
2．2增材制造技术的制造工艺
随着CAD建模和光机电一体化技术的发展，增材制造技术的工艺发展很快，按照所用材料和建造技术的不同，目前投入应用的已有十余种工艺方法．其中发展较为成熟的主要有光固化立体成型、分层实体制造、选择性激光烧结等．上述工艺发展较为成熟，在此不再赘述．金属直接成形法可以实现具有较高致密度和力学性能产品的快速制造，但工艺难度大，因此整体还处于技术研究阶段［2］．现将发展潜力较大、较前沿的金属直接成型工艺进行重点介绍．2．2．1激光立体成形技术激光立体成形技术（LSF）是在快速成形技术和大功率激光熔覆技术蓬勃发展的基础上迅速发展起来的一项新的先进制造技术［12］．该技术综合了激光技术、材料技术、计算机辅助设计、计算机辅助制造技术和数控技术等先进制造技术，通过逐层熔化、堆积金属粉末，能够直接从数据生成三维实体零件，具有无模具、短周期、近净成形、组织均匀致密、无宏观偏析等优点［13］．这项技术尤其适用于大型复杂结构零件的整体制造，在航空航天等高技术领域具有广阔的发展前景．目前，LSF的研究不断取得突破性进展，发展迅速．如西北工业大学凝固技术国家重点实验室，在国内率先提出LSF发展构思，并研发一套完整的高性能致密金属零件的激光立体成形理论、技术与装备，荣获陕西省科学技术一等奖［14］．近年来，LSF在大型钛合金构件的研究方面取得重大突破，解决了其变形控制、几何尺寸控制、冶金质量控制、系统装备等方面的一系列难题［4］，如试制成功C9飞机翼肋TC4上下缘条构件．另外，LSF在一些理论研究方面也取得一些进展，如激光成形凝固组织的理论分析；TC4合金的α＋β两相组织控制、断裂韧性、疲劳性能的研究；激光立体成形镍基合金室温拉伸和高温持久性能研究等．LSF在航空航天领域的设备修复、激光组合制造、现场维修和再制造以及医用植入体应用等领域已得到广泛应用．其中，航空航天领域研究进展显著，如航空航天高性能薄壁零件的成形、挽救常规技术不可修复的航空发动机零件、修复高推重比航空发动机整体叶盘、尾气能量处理透平机0Cr17Ni4Cu4Nb叶轮修复［4］等．LSF发展较快，已在国内外获得广泛应用，还须在工艺研究进一步系统化、理论研究继续深化、发展激光涂覆过程的实时观测技术、开发适用于该技术的合金材料、成形精度与成形速率如何达到最佳匹配［15］等方面加大研究力度．2．2．2激光选区熔化工艺激光选区熔化工艺（SLM）是激光选区烧结技术的一种升级和衍生，是直接进行金属打印的最新前沿技术之一．该技术为将零部件CAD模型分层切片，采用预铺粉的方式，扫描镜带动激光束在计算机控制下沿图形轨迹扫描选定区域的合金粉末层，使其熔化并沉积出与切片厚度一致、形状为零件某个横截面的金属薄层，直到制造出与构件CAD模型一致的金属零件［16］．其工艺原理图如图2所示，SLM制造激光功率一般在数百瓦级，精度高（最高可达0．05mm），质量好，加工余量小．除精密的配合面之外，制造的产品一般经喷砂或抛光等后续简单处理就可直接使用．该技术烧结速度快，成型件质量精度高，适合中、小型复杂结构件，尤其是复杂薄壁型腔结构件的高精度整体快速制造［16］．SLM可为生产高精密、复杂器件提供全新的制造方法，应用前景广阔．如：美国GE公司在各大型企业中率先成立金属材料激光熔化增材制造研发团队，并在LEAP喷气发动机中采用SLM制造燃油喷嘴；美国NASA马歇尔航天飞行中心于2012年采用激光选区熔化成形技术制造了复杂结构金属零部件样件，用于“太空发射系统”重型运载火箭；2013年8月，NASA对SLM制造的J－2X发动机喷注器样件进行了热试车试验并获得成功；美国加利福尼亚大学圣迭戈分校太空发展探索团队用3D打印方法制造火箭发动机推力室组件等［16］．在设备开发方面，早在2004年，华南理工大学与北京隆源合作，在国内选区激光烧结设备的基础上首先开发出选区激光熔化快速制造设备Dimetal－240．2012年，华南理工大学研发出最新精密型Dimetal－100成型机［17］．目前，各研究机构一直致力于高（变）致密度、成型角度、薄壁、力学性能等基础研究，适用于该技术的各种金属材料及工艺研究有待开发．
3增材制造技术的应用典型
3．1设计验证方面的应用
增材制造技术在设计验证方面应用广泛，可应用于航天系统功能性风扇组装、进行功能性和声响测试，使得模拟实际旋转速度达15000r／min，遴选出问题解决方案，节约成本［18］．保时捷将其用于功能性测试，以便分析冷冻液流动特性，改变设计以减少紊流．另外，美国GE公司采用增材制造技术用1个零件代替原设计20个零件组成的飞机发动机喷嘴，减重25％，增效15％，制造成本大幅度降低，已大批量生产；美国公司还采用增材制造技术，成形了能耐热3300°C的复合材料航天发动机零件，使其成为“龙飞船2号推力达到龙飞船1号推力的200倍”技术的关键［19］．增材制造技术还可应用于机器人表面映射反馈辅助原型设计［20］、光弹应力分析等．光弹应力分析时，需将作用于激光快速原型工件上的应力可视化，以识别设计不足的区域．图3为增材制造技术设计验证的部分应用.
3．2模具制造方面的应用
增材制造技术在模具制造方面的应用广泛，主要分为软模具制造和硬模具制造．利用真空浇注软硅胶模翻模技术，可生产小批量的类似工程塑料、聚氨酯等产件．快速铸造方面，光敏树脂消失法铸造可一次完成铸造成型，周期短，机械性能好［21］．嘉陵集团利用该技术用于摩托车发动机缸头研制，获得了巨大的经济效益．光固化原型与砂型结合铸造技术应用也较为广泛，如研发新型四缸柴油发动机缸盖［18］、开发汽车零部件［22］等．快速成形原型直接制造蜡型模具可用于小批量精铸，大大提高铸件寿命，节约成本．另外，西安交通大学研发出的陶瓷型铸造，铸型外壳、内芯和浆料包裹层一体化设计，使航空叶片铸件合格率由15％提升至85％．东方气轮机厂利用该技术已研发出空心涡轮叶片，大大提高了叶片机械力学性能［18］．目前，最为先进的快速模具制造方法有树脂基复合材料快速制模方法、中或低熔点合金铸造制模、金属电弧喷涂制模等．其中，金属电弧喷涂成型快速制模技术［18］在模具成本、寿命、制造周期、精度等方面具有综合优势，并且模具工作表面具有较好的强度、硬度和耐磨性，模具表面摩擦学特性更接近于钢质模具，是一种较为理想的快速制模方法．其技术原理、设备及制模应用如图4、5所示．快速模具技术可节约成本3／4，缩短生产周期约2／3．提高模具制造精度、开发新材料新工艺、直接制造高强度金属模具等是该技术的重要发展方向．
3．3个性化医疗方面的应用
增材制造技术在医疗模型制造和体外医疗器械［23］、个性化永久植入物制造、组织工程支架制造、细胞打印、器官打印方面应用广泛，现已取得较大进展．如利用增材制造技术制造出高精度连体骨骼模型，成功实现连体婴儿分离［24］等．西安交通大学与第四军医大学联合开展骨替代物制造、定制化人工胫骨半关节大段骨重建术、定制化钛合金半膝关节假体复合大段骨移植、定制下颌骨原型设计［25］等研究，并成功实现中国首例“下颌骨溶解修复”手术［18］．另外，西安交通大学与昆明军区医院联合进行了脊椎手术导航模板制作等研究，进一步扩展了个性化永久植入物的应用领域．采用TCP材料，西安交通大学积极开展基于光固化原型的支架制作人工活性骨支架研究，取得一定的科研进展．图6所示为利用3D打印技术制作的脊椎手术导航模板．
4增材制造技术的发展趋势
目前，增材制造技术存在许多问题，如材料方面限制、成形精度与成形速度的矛盾、设备及材料的价格昂贵等．在未来的发展中，该技术将会在新材料及创新工艺［26］、装备与关键器件、与传统工艺相结合等方面展开更深入的研究．另外，增材制造技术要克服一些技术瓶颈，实现关键技术环节上的突破，如：与传统制造结构保持同样的强度；减小成型过程中的变形，细化光斑、优化材料和工艺［27］，以提高制造精度；进行工艺创新与优化，提高光束能量以提高制造效率［18］等．现阶段，该技术将重点研究陶瓷零件制造、复合材料制造、聚合物喷射快速原型制造［28］、金属直接制造等，如：利用光固化原型技术，使支撑结构中组织发生变化制作碳化硅复合材料零件；使用高介电陶瓷材料，构造复杂型腔结构实现微波负折射功能，进行光子晶体制造，完成传统制造技术难以制作的内外形结构；深入研究金属直接成形自愈合原理，进行高温合金叶片制作实现金属直接制造［18］等．增材制造技术在工艺研究方面，存在许多具有潜力的研究方向．如：建立多层激光直接成形的自稳定机制并利用粉末负离焦技术制造薄壁，使工件侧面平均粗糙度达到10．04μm；充分研究叶片制造中的曲率效应，实验发现曲率大处熔化严重；进行空心叶片扫描路径设计与实验研究，以轮廓、光栅（方向优化）、分区的路径选择扫描复杂空心叶片，减少空行程，节约粉末；依据液氮控制冷却梯度，对空心叶片定向晶组织进行控制［18］等．在生物组织制造方面，增材制造技术潜力巨大，应用前景广阔，如：进行肝组织支架制造，通过仿生流道和定向多孔结构促进肝细胞向支架内生长，研究支架／细胞复合体用于修复肝缺损的有效性［29］；对细胞打印和器官打印等生物医学前沿领域研究探索［18］等．另外，将增材制造技术与传统工艺相结合，进行小批量制造，可发挥倍增效益，是该技术发展的一大趋势．
5结语
高性能结构材料的主要发展方向是轻质、高强高韧、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、低成本、结构功能一体化。“十五”期间，高性能结构材料以国民经济建设和国防事业发展中的重大需求为导向，积极鼓励原始创新，强调跨越式发展，充分利用我国优势资源和已有技术优势，发展具有自主知识产权的高性能结构材料及其先进制备、成形与加工技术，为我国高技术产业的跨越式发展、传统产业的改造升级和可持续发展创造条件。
高性能结构材料：结构材料指以力学性能为主的工程材料。高性能结构材料一般指具有更高的强度、硬度、塑性、韧性等力学性能，并适应特殊环境要求的结构材料。结构材料指以力学性能为主的工程材料，它是国民经济中应用最为广泛的材料，从日用品、建筑到汽车、飞机、卫星和火箭等，均以某种形式的结构框架获得其外形、大小和强度。钢铁、有色金属等传统材料都属于此类。高性能结构材料一般指具有更高的强度、硬度、塑性、韧性等力学性能，并适应特殊环境要求的结构材料。包括新型金属材料、高性能结构陶瓷材料和高分子材料等。
新型聚酰亚胺刹车片
项目简介：我国自行研制的聚酰亚胺半金属轿车刹车片日前通过了国家汽车质量检验中心的鉴定,鉴定意见称,这种刹车片制动性能好,耐热耐磨,达到了国际先进水平。 这个新成果是由中科院长春应用化学研究所研制成功的。研究人员介绍说,随着道路条件和车辆性能不断改进,对汽车制动器的要求越来越高。就轿车而言,在连续刹车的情况下,刹车片表面工作温度可达500℃以上,需要高耐温高耐磨的刹车材料来维持汽车制动性能的稳定,保证行车安全。
趋势意义：国内先进
激光近成形钴基高温合金研究
项目简介：利用激光近成形技术,采用钴基合金粉末在金属零件表面进行单道多层熔覆成形试验,获得具有良好外形和尺寸精度2～20mm的薄壁零件.利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、电子拉伸试验机和显微硬度计等分析仪器对其微观组织、微观成分分布及抗拉强度和硬度进行了分析和测试.结果表明,所成形的薄壁零件的组织为细小的枝晶,层间成分分布均匀,没有明显的成分偏析.力学性能测试结果显示其性能可满足实际使用要求."
趋势意义：国内先进
高性能镁-稀土结构材料研制、开发与应用
项目简介：由于镁合金具有低的密度．质轻、高比刚度、卓越的机械性能、高的硬度及良好的铸造性能，近几十年来镁合金的应用一直是自动化工业的目标之一。然而，高温特殊用途。例如在发动机上的应用，通常的镁合金就受到了限制。因为在高温下它们的强度和抗蠕变性能都比较差。由于镁一稀土合金增加了材料的抗拉强度、延展性及抗蠕变性能，稀土加入形成镁-稀上合金就可以满足高温应用的要求。
趋势意义：对国内外镁一稀土合金的研制、开发与应用状况及发展趋势有着重要意义，同时结合我国相关单位的研究进展，引领我国镁-稀土合金的发展。
高性能细结构炭材料的制造方法
项目简介：本发明涉及一种高性能细结构炭材料的制造方法是通过以下步骤实现的：以具有自烧结性含沥青中间相的炭微粉为基体组分和以纳米材料中的一种和几种为添加组分，不加粘结剂，采用高速混合机混匀(1)；通过成型装置成型(2)；焙烧(3)；石墨化处理(4)；本发明的有益效果是：用本发明制造出来的细结构炭材料结构致密，体积密度1.90g/cm3以上；机械强度高，抗折强度75MPa以上，抗压强度190MPa以上；抗高温氧化，可在650℃以上的氧化性氛围和2500℃还原性氛围中长时间使用；用途广泛：可作为连续铸造的结晶器、电火花加工机床的电极，高温烧结模具、金属冶炼坩埚，以及航空航天发动机密封和耐烧蚀部件等。
趋势意义：国内先进
高强度、低介电常数的二氧化硅结合的氮化硅多孔陶瓷及制备方法
项目简介：一种高强度、低介电常数的二氧化硅结合的氮化硅多孔陶瓷，其特征在于以Si3N4为基体，以外加SiO2和Si3N4颗粒表面氧化生成的SiO2作为结合相将Si3N4颗粒结合起来，石墨为造孔剂。发明涉及一种以高纯度、低介电常数的二氧化硅结合的Si3N4多孔陶瓷及制备方法，其特征在于石墨为造孔剂、以外加或氮化硅颗粒表面氧化生成的二氧化硅为结合相的氮化硅多孔陶瓷利用外加和氮化硅颗粒表面氧化生成的二氧化硅在高温下的烧结把氮化硅颗粒结合起来，利用粉料颗粒堆积成孔或造孔剂氧化烧除成孔，从而得到二氧化硅结合的氮化硅多孔陶瓷。Si3N4∶SiO2∶石墨∶＝0～100∶0～30∶0～25(重量比)，加入酚醛树脂和乙醇，混合后球磨、烘干、研磨、过筛、干压成型，然后在空气中烧成，得到二氧化硅结合的氮化硅多孔陶瓷。所得多孔陶瓷的抗弯强度可达137MPa，总孔隙率10～60％，常温介电常数2～7(1GHz)，可用于常温和高温环境下使用的天线罩、催化剂载体等材料。
趋势意义：国内先进
纳米结构材料在全固态锂电池高性能固体电解质中应用
项目简介：全固态锂离子电池，即固体电解质锂离子电池，是新近发展起来的新一代锂离子电池，它的实用化将能有效消除现在商品化液体电解质锂离子电池的安全性差与能量密度低的问题。而且具有安全性能好、化学性能稳定、使用寿命长、充放电循环性能优越，自放电速率小、比能量和能量密度高、易于将锂电池小型化、工作温度范围大，可用于许多极端的场合等诸多优点。正是被这些优点所吸引，近年来国际上对全固态锂离子电池的开发和研究非常活跃。如图1所示是采用磁脉冲压实技术制备全固态锂离子电池单电池结构示意图，其优化的设计能够很好的避免电池的短路。采用磁脉冲压实技术，能够很好的制备出全固态锂电池堆，如图2所示。从而使为大型移动设备供电成为可能，最后得到的绕式全固态锂电池堆各层厚度均匀，接触致密，而且制备过程中不需要经历热处理的过程，这样就使很多在一定高温不稳定的电极或电解质材料的应用成为可能，很适合大规模地制备大型的固态锂电池堆。
趋势意义：随着材料制备技术水平的不断提高，以及制备成本的降低，并采用可行的方法控制纳米结构材料颗粒分散和使用过程中的化学稳定性问题，必然会使锂离子导体的性能得到更大的提高，并拓宽其应用范围，尤其是在全固态锂离子电池的大规模实用方面发挥显著作用。
高性能环氧复合材料
关键词：课堂教学 教学方法 教学内容 创新能力培养
中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（b）-0207-02
根据波特的国家创新体系理论，创新是我们这个时代国家和地区的核心竞争力；创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。2006年，国务院公布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》，确定了“自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来”的指导方针，提出了建设创新型国家的总体目标。创新型国家是以科技创新驱动经济发展的国家类型，而作为创新型国家的主体之一的高等学校，其基本作用就是培养和造就高素质高层次的创新人才，肩负着为创新型国家建设输送后备人才的重任。
《机械设计基础》是南京航空航天大学面向工科类学生开设的专业基础课，如采用切实有效的课堂创新能力培养教育，将使得创新能力教育落实到教学工作的最广泛平台，受益学生面更广，使得其作用具有更广泛的普遍性。因此通过最广泛的课堂教学的方法改进落实提升整体学生的创新意识和部分优秀学生创新能力是行之有效的方法。该文以《机械设计基础》的课堂教学为研究平台，结合机械学科注重理论与实践结合的特色，面向大学生群体，采用头脑风暴、研讨式教学及试验观察等教学方法，以及对教学内容的合理创新，探索提高大学生创新能力的新方法。
1.教学方法的改进
传统的教学理念以及缺乏创新的教学方式，使得我国大学生习惯于跟随性学习，形成了依赖的心理，思维方式较为固定和单一，缺乏灵活、变通和主动性。在课堂教学中，为促进学生创新意识的自我觉醒和发掘，对《机械设计基础》课程的有关章节设计了话题引导、头脑风暴、研讨式教学和实验观察的互动机制，培养学生逐渐形成能动学习、发挥主动性的局面。
1.1头脑风暴法
头脑风暴法是由美国创造学家A・F・奥斯本于1939年首次提出，1953年正式发表的一种激发创造性思维的方法。头脑风暴法主要原则有：集中注意力积极投入，不消极旁观；不私下议论，以免影响他人的思考；发言要针对目标，开门见山，不要客套，也不必做过多的解释；与会之间相互尊重，平等相待，切忌相互褒贬等等；并且不进行是非判断，即延迟评价原则，这是和传统教学模式的明显区别之处。
为了培养大学生群体的整体创新意识及开发其主动性，在《机械设计基础》课程课堂教学中，对“机构的组成”章节进行了基本原理的讲解之后，根据课题组的研究现状，对学生们提出了磨粒排布机构设计的要求，给予他们一周的思考时间。在随后的头脑风暴教学中，教师作为主持人，为了让每个学生都能自由地、大胆地参与探索和交流，仅规定发言秩序及鼓励学生发言，学生们则提出的设想，并不断激发出新的设想。通过这样的教学方法，同学们的积极性被充分调动起来了，争相发表各自观点与主张，课堂气氛紧张而又活泼，培养了学生创新性思维。
1.2研讨式教学
头脑风暴教学改变了传统教师主导的教学形式，使得学生积极参与到教学活动中来。但《机械设计基础》是一门理论与实践并重的课程，头脑风暴教学中仅是提出了许多新的观点与见解，但这些思想的正确与否及能否付诸实施，还需对其进行进一步教学方法的改进，否则难以为继。因此，在进行头脑风暴教学后，随之进行了研讨式教学方法的尝试。
同样针对上述的机构设计问题，让学生们根据机构的组成与运动原理，开展课堂研讨。同学们对不同的见解展开激烈的辩论，最后几种从理论上行之有效的方案得以保留下来，同学们也对原来的方案进行了不断的修正。通过研讨式教学方法既激发了大学生的学习主动性，也锻炼了大学生的语言表达能力和论辩能力，为课堂教学注入了活力，大学生的创新思维得到进一步的培养。
1.3实验观察
通过头脑风暴与研讨式教学方法的运用，学生的创新思维得以培养，但创新能力的培养还需通过实验观察环节加以完善。传统的实验观察一般是大学生按照教师讲的或者实验教材上写的实验步骤进行实验，只是机械地重复实验操作，达不到培养大学生的科研创新能力的目的。
此处所指实验观察，是指通过头脑风暴与研讨式教学方法后，大学生的创新观点在实验中得以实施。如针对上述的机构设计问题，借助开放实验室，将大学生们确定的方案在实验中进行进一步实施，并在实验中不断修正具体的设计细节，最后由学生们设计的磨粒排布机构终于出现在同学们面前时，同学们的成就感油然而生，创新能力也得以培养。
2.教学内容的合理创新
《机械设计基础》课程面向的学生来源广泛，有机械类、近机类以及非机类等众多专业的工科大学生，各专业学生对该门课程的要求与目标并不一致，因此，在课堂教学中，需因材施教，对教学内容进行合理的创新。
“机械设计基础”课程教材在内容上主要追求理论知识的系统性和完整性，而缺乏将理论知识合理地运用于实践。因此，需根据不同专业特点与背景，对教学内容进行适当的增减，以及引入与专业相关的最近的教研与科研成果，使大学生能够了解本专业的新知识及发展趋势，拓宽知识面，开阔思路，从而更好地培养大学生的创新能力。
2.1教学内容的适当增加与删减
由于各专业的教学目标不尽相同，因此应根据不同专业的特点与背景，增加与各专业相关的特色机械设备，删减课程中与专业特点与背景相去甚远，以及陈旧和重复的内容。使教学内容尽可能贴近专业背景，从教学实例的选取到相关实践环节的安排，尽可能贴近专业背景。如对飞行器动力工程专业的大学生，增加具有航空航天特色的各类发动机，并对其运动原理、结构及应用等进行详细地讲解；而对于工业工程专业的学生，则增加物流设备方面的教学内容。
2.2教研与科研成果的适时引入
随着教学与科学研究的深入，新的理论、方法、技术手段不断被更新因此，将近期的教学成果和科研成果引入到课堂教学中，让大学生了解本专业学术和技术应用发展的最前沿知识，可提高他们的创新能力。如同样对飞行器动力工程专业的大学生，将国内外在航空航天发动机的研究进展引入到课堂教学中；同样，对于其他专业的学生，也引入了与专业相关的前沿知识。这样既促进了科研成果向教学资源的转化，又加强了对大学生创新能力的进一步培养。
通过上述两个方面对对教学内容进行合理的创新，开拓了大学生的视野，拓宽了其知识面，从而加强了对其创新能力的培养。
3.结语
8月初，首例以3D打印辅助的耳廓塑型再造手术，帮助一个右耳廓先天发育不全的9岁女孩再造出一个正常的新耳朵。
近年来，3D打印技术全面开花，隔两天就会听到3D打印引领发展潮流的相关报道。事实上，3D打印技术席卷各行业领域，主要包括制作、医疗、教育、考古、建筑和军事等领域，3D打印技术己从实验室快速走向实际应用。而随着技术的成熟，3D打印将会应用在更多领域，为人类生活提更多便利。
从实验室走向应用
3D打印出现在20世纪80年代，作为一种革命性制造方式，以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印方式构造物体。目前己从原型制造发展到打印功能的2O时代，未来即将步入智能化3.0时代。
3D打印2.0时代首辆3D打印汽车近期推出，这辆在美国田纳两州橡树国家公园制造出来的车，并没有沿用一百多年前传承下来的造车技术。传统生产汽车过程中，采用的是与1915年类似的造车方式。要在生产线上，组装上千个零件，才能完成一辆汽车的生产工作。而LocalMotors公司却用3D打印技术生产汽车。据报道，Strati的设计还是很粗糙，它的仪表盘看上去像用填缝枪一层一层粘起来的。不过，侧面车身很光滑，与BMWi3（宝马）碳纤维外壳感觉很类似。localM0t0rs公司负责人介绍，车身是打磨后效果，为给大家看到碳纤维材料能达到的效果，其他地方则没有打磨。
据悉，3D打印是把碳纤维原料，通过一层一层喷射出来的方式完成车身制造，所以可以直接打印出复杂的车身结构，比如带有能量吸收单元的车身，也可以把连接安全带挂钩直接内嵌到车体中，这样挂钩会更牢同。如果在事故中车辆损坏，只需把发动机和悬挂等装置拆下来，然后把车体融化掉，再重新打印一辆车就行。
日前，采用一体式碳纤维车身的车子迈凯轮650S，市场价格是30万美元，而Strati只需要5000美元。虽Strati不像是迈凯轮那样的豪华车，但据媒体报道，这款车很可能代替摩托车成为人们口常的代步交通工具。
3D打印现已在医疗领域开始较为广泛应用。8月初，首例以3D打印辅助的耳廓塑型再造手术，帮一个右耳廓先天发育不全的9岁女孩再造出一个正常的新耳朵。7月，被称为“大头娃娃”的株洲3岁小女孩涵涵，在湖南省第二人民医院（湖南省脑科医院）成功接受了全球罕见的“全脑缩小整形”手术。历时17个多小时，她整个庞大的头盖骨被3D打印的颅骨所替代。
艾瑞咨询分析师指出，3D打印技术席卷各行业领域，主要包括制作、医疗、教育、考古、建筑和军事等领域，3D打印技术已从实验室快速走向实际应用。而随着技术的成熟，3D打印将会应用在更多领域，为人类生活提供更多便利。
3D打印市场爆发
当3D打印从实验室走向应用，直接推动的是打印机市场的发展。根据数据显示，2014午，全球3D打印机市场规模达到38.5亿美元，预计2018年，市场规模将增长到125.8亿美元。行业分析师认为，技术体系的完善、应用领域的拓展及产业链的形成，将推动全球3D打印市场实现爆发式增长。
3D打印需求端主要分为工业打印机和桌而打印机。工业打印机需求主要表现在航空航天、汽车工业领域；桌而打印机价格逐步平民化，加上技术的突破、产品性能的提升促使桌面打印机需求不断扩大，尤其在医疗领域和个人消费市场。
分析师认为，上一轮工业革命中，制造业主要通过批量化流水线制造和集约生产来降低生产成本，实现规模效益，3D打印将使得制造业产业组织形态和供应链模式重新构建，让制造商与消费者合为一体，由此带来制造业的颠覆式重构，将带来无穷创新空间。
据悉，2014年，工业级应用在全球3D打印机的应用领域分布中占比达到20. 2%。艾媒咨询分析师认为，随着工业级设备的盈利预期，新进入厂商将会增加，工业级打印机价格将会进一步下降，预计未来大规模工业级应用将迎来爆发式增长。
桌面打印市场同样广阔，医疗领域等应用已有所预期，而在个人消费市场上，国际工业设计协会联合会第27届主席李淳寅表示：“未来3D打印技术会从为服务而设计转向为自己享受而设计。”
据悉，今年5月美国利用3D打印技术制成世界上首件4D打印连衣裙，所谓4D打印就是在3D打印基础上增加时间纬度，该连衣裙成本约1.8万元，用时48小时制成。
这也意味着，随着3D打印产业的快速发展，未来的3D打印会更加注重庞大的消费者市场，更多追求用户体验和用户追求，其发展趋势是每个家庭都能拥有3D打印机。
国内企业或可弯道超车
国内3D打印产业发展则更为火爆。近年来，中国3D打印市场规模均保持较高增长速度，远远高于全球平均水平；预计2018年中国3D打印市场规模将超过200亿元。作为全球重要制造基地，中国3D打印市场潜在需求旺盛，未来中国将迎来3D打印发展的春天。
同时也要注意到，我国3D打印市场在发展成熟之前也存在很多问题，痛点与成长并存：缺少原创的核心技术，现阶段企业研发投入欠缺，与产业发展要求不匹配；国内3D打印企业小而散，处于“单打独斗”的初步发展阶段，产业整合度较低、企业较分散、社会影响力有限；降低原材料成本难度大，3D打印产业化受阻。
今年5月19同，国务院最新公布《中国制造2025》行动纲领，提出现阶段各国都在加大科技创新力度，推动三维（3D）打印、移动互联网、云计算、大数据、生物工程、新能源、新材料等领域取得新突破。纲领提出九大战略任务和重点，而3D打印就是一个重点领域。
从战略层面看，3D打印可帮助国内企业从设计、制造层面实现弯道超车；鉴于其可以规避规模化生产部分缺点如强周期波动、产品同质化等，在某些领域可能成为未来“分布式制造”基石。
