关于飞机的科技论文
关于飞机的科技论文
以前人们总是想飞上天空，现在这个已经不是梦了，因为有了飞机。这是学习啦小编为大家整理的关于飞机的科技论文，仅供参考!
关于飞机的科技论文篇一
现代飞机故障分析
摘 要 本文介绍了现代飞机故障分析与诊断理论在实际维修工作中的应用，为全面、系统和可靠得解决飞机故障提供了切实可行的维修方案。
关键词 飞机 故障物理 查找 排除
中图分类号：V267 文献标识码：A
人们对飞机、发动机及其附件或其它产品可靠性的分析，一般是从外场数据或试验结果的宏观统计推断入手，得出产品可靠性的各种特征参数及故障规律。对于机务维修人员来说，预防、发现和排除故障是一项经常性的工作，但对故障发生的原因分析，常常是靠感性的经验或宏观的现象来推断，故障物理学产生以后，人们开始从微观的角度研究故障发生的根本原因，从而为延缓和杜绝故障的发生提供了科学的根据。故障物理的研究，其最终目的是指出减少故障发生的技术措施，从而改善和提高产品的固有可靠性。
1现代飞机故障分析
1.1故障物理的基本概念
故障物理又称可靠性物理或失效物理，它的目的是研究产品在正常或特殊应力条件情况下，故障发生和发展的过程与原因，既是研究在使用条件下故障是怎么样发生的，以及为什么发生的。因此，对故障物理的研究，起最终目的是指出减少故障发生的技术措施，从而改善和提高产品的固有可靠性。
1.2故障模式
故障模式就是产品故障状态的分类。它只涉及产品是如何故障的，而不涉及到为什么会故障。彻底弄清在产品在各种条件下的全部故障模式是很重要的，因为故障模式是对产品进行故障物理分析的基础，同时也是进行一些故障分析方法(如故障树分析法)所必须的。
2故障机理机理的基本概念
故障机理并不解决产品为什么发生故障，要提高产品的可靠性，还必须分析故障机理。
故障机理是引起故障的物理、化学或其他过程，是故障的内因。
2.1故障模式与故障机理的关系
实践证明，不同的故障机理可能引起同一种或类似的故障模式;相反，同一种故障机理也可能引起不同的故障模式。一种故障机理还可能诱发另一种故障而产生二次故障。
2.2常见故障机理的分类
根据资料统计，机械电气零件部分所发生的故障机理有下述分类：(1)蠕变或应力断裂冲击断裂;(2)腐蚀;(3)疲劳;(4)磨损;(5)热。
3故障的查找
3.1故障的查找
弄清故障的情况的目的，是在于防止盲目性和片面性，为分析和判断故障提供丰富、可靠的资料。对于已发生的故障，需要弄清两方面的情况：
一是弄清故障的现象，如机件的颜色、形状、温度、声音、数据、工作状态等方面所表现出来的不正常现象;
二是弄清故障产生的条件，包括故障发生前出现什么征兆，进行过哪些工作，机件的履历，以及产生故障的气候特点，飞机的飞行状态和放行人员的操纵情况等。
(1)向飞行员了解飞机的使用情况。在了解时，不仅要了解飞机在飞行中出现的不正常现象，而且要了解故障发生的飞行高度、速度、飞机的状态、有关仪表的指示和信号指示，以及飞行员的感觉。
(2)检查与飞机上故障有关的机件的情况。飞机、发动机某一部分(机件)发生故障后，该部位(机件)外部状态或内部状态就会发生变化。检查机件外部时，可用看、摸、量、摇、拍、听、嗅等方法进行，当机件的外表损伤不明显时，或只根据外表状况还不能弄清故障时，则需要检查机件的工作情况。
(3)分析故障情况，判断故障可能发生的部位。
3.2分析和判断故障可能发生的原因
分析、判断故障可能发生的部位时，应根据故障的现象和有关情况，结合机件的工作特点、构造特点、材料性质等进行分析，把可能引起此故障的内部原因和外部原因全部列出，并在此基础上，充分运用已有的经验，比较其可能性大小，确定进一步查找故障具体部位的检查顺序，以逐步缩小分析和判断的范围，便于查明故障的具体部位。
3.3通过检查、检测和试验找出故障的具体部位
按已确定查找故障具体部位的顺序一个一个进行检测下去，直到找到系统的故障部位。其所采用的方法有：比较法、突出法、分段法、换件法、测量法和摇动法等。
4故障的排除
4.1修理
修理是在航空器技术装备不符合技术要求或者已经损坏的情况下所采用的一种排除故障的方法。机件进厂修理前和修理后必须完成以下工作：(1)将机件的故障情况记入履历本(证明书)或机件标签上。(2)按规定进行油封和包装，以防止机件锈蚀和损坏。(3)修理后应全面细致地检查修理质量。检查修理质量的工作，应在安装前及安装后两次进行，并在以后的使用中，定期不定期地全面检查。(4)将修理情况记入履历本(证明书)。
4.2更换
更换通常是在航空器技术装备损坏后，需较长时间修理或无法修理的情况下所采用的一种排除故障的方法。
更换时应注意以下几点：(1)更换的机件的型号、规格、长度等技术参数应与原机件一致。(2)不允许串件。(3)安装新机件前，应清除机件内、外部的油封物，并认真进行质量检验，判明机件的技术状况确属良好，符合飞机上的设备、系统配合的要求，方可装机使用。(4)换件送修时，应按规定进行油封和包装，并将故障情况记入履历本(证明书)。
5排除故障是应该注意的问题
(1)排除故障要彻底，不要只排除故障的表面现象，否则故障还会重复发生。
(2)排除故障后，要做全面检查、试验，在检查试验过程中，如果故障现象虽有减轻，但仍未完全消失，说明引起故障的原因不只是一个，应继续深入分析判断，以求彻底排除。
参考文献
[1] 姜群.飞机故障分析与诊断[J].空军第一航空学院学报，1996.
[2] 姚宗琦.飞机维修技术[J].空军第一航空学院学报，1996.
[3] 张守一.飞机构造学[J].空军第一航空学院学报，1996.
关于飞机的科技论文篇二
飞机的隐身设计
在现代战场上,探测手段日新月异,精确制导武器的打击精度迅速提高,突防的飞机一旦被敌方发现,往往难逃被摧毁的命运。飞机的设计需考虑隐身性能。目前根据所对抗的探测装置,飞机已成功应用的隐身技术包括雷达隐身、红外隐身、可见光隐身、声隐身。由于当前用于发现及跟踪飞机的主要手段是雷达,且一部分地空导弹及空空导弹采用雷达制导,因此,飞机必须将针对雷达的隐身设计放在首位。
1、隐身的核心问题
隐身是为了降低飞机被雷达探测到的可能性。雷达通过发射和接收电磁波探测目标。目标向雷达反射回波能力的大小,用雷达散射截面积(RCS)来表征。根据雷达方程,雷达对目标的探测距离与目标散射截面积的四次方根成正比:
R∝
根据这个比例关系,假设一部雷达能够在100km处发现RCS为100平方米的目标,如果目标的RCS减小到10平方米,则探测距离下降为56km;RCS减小到1平方米,则探测距离下降为32km。可见伴随目标RCS的减小,雷达对飞机的探测距离在缩短,这对突防的飞机来说是非常重要的。
假设一架飞机要攻击一个目标,沿途需要突破敌方的空中预警区,地面预警雷达、搜索制导雷达防御圈,要完成突防任务,是相当困难的。如果换一架隐身飞机,假定它使雷达的探测距离缩短2/3,那么它就可以从容的突破防御系统,对目标进行攻击而不被发现。因此,采用隐身技术设计的飞机可缩短雷达对其探测距离,从而有效提高飞机的生存能力和作战效能。而雷达隐身的核心问题就是减小飞机的RCS。
目前,由于技术的限制,不可能使得飞机上下左右前后各个方向都有非常小的RCS,只能在重点方向上减小RCS。由于飞机在突防中,只需穿越雷达网的间隙,就可以不被雷达探测到,因而很少有雷达能从飞机的正上方或正下方进行探测,所以只要将飞机水平面上下一定角范围内的RCS减小,就可有效降低飞机被雷达探测到的概率。而在个范围内,机头方向受雷达威胁最大;侧向次之。隐身飞机通常要求头向RCS小于0.1平方米,侧向RCS小于1平方米,准隐身飞机可适当放宽。
2、隐身的技术途径
2.1 外形隐身
美国著名的飞机制造商洛克西德马丁公司曾经做过一个实验:一个边长为1米的正方形金属板,如果垂直正对某一雷达,测得RCS值是1000平方米,将平板向后倾斜45度,其RCS值减小为1/10平方米,如果旋转成菱形,再倾斜,RCS值进一步减小为1/1000平方米。1000与1/1000整整相差了100万倍。由此,隐身效果就出来了。可见,通过改变飞机的外形,可以起到隐身的效果。为什么同一个平板,在不同方向上,RCS值会有这么大的差别呢?我们知道,电磁波在传播过程中遇到障碍物会产生反射和绕射。其中对隐身效果影响最大的是镜面反射。
2.1.1 减小重点方向上的镜面反射
镜面反射,就象光照射到镜子上一样,会依照入射角等于反射角的方式反射。当波前进方向垂直于平面时,反射波是直接反射回雷达的。回波能量很强,RCS很大。除了垂直入射,垂直反射之外,电磁波照射到角反射体时经多次反射也会原路返回,造成大RCS。普通飞机的垂尾、机身会在水平方向上形成镜面反射。飞机的平尾与垂尾、机身与机翼会形成两面体反射。在机头方向,电磁波会穿透座舱盖,而舱内有许多角反射体结构,会造成强反射,从而引起RCS增大。同理,飞机的雷达舱、进气道也会在飞机头向上产生大RCS。可见,在飞机上,一些平面和角反射体结构会产生镜面反射,从而增大RCS值。例如幻影2000飞机的正侧方,垂尾会产生一个大RCS,峰值为800㎡,相同的方位,机身也有一个大RCS,峰值为200m2。在飞机头向方向上,雷达舱、进气道、座舱的RCS峰值分别为7m2、5.5m2及4m2。可见,在飞机的头向和侧向这些重点方向上RCS远远大于隐身要求,必须减小。
F-117隐身飞机针对垂尾,采用外倾双垂尾,将平面倾斜一定的角度,减小了重点方向上的RCS。就象前面提到的平板,倾斜45度后,RCS由1000平方米减小到1/10平方米。F-117飞机的机身由许多块平面组成多面体,每个平面都倾斜一个角度,有效小了水平方向的RCS。同时也避免两面体角反射结构。但是作为第一代隐身飞机,由于当时计算机计算性能有限,只能计算少量平板结构的RCS,为了隐身不得已才将飞机设计成多面体结构,牺牲了飞机的气动性能。后来,隐身理论及计算能力进一步发展,人们可将飞机表面分成很小的一个个平面,所以最终隐身飞机外形呈光滑表面,设计出了象B-2飞机这样的隐身飞机,B-2飞机表面平滑,采用无垂尾,高度的翼身融合的飞翼外形,由于取消了尾翼,进一步减小了侧向的RCS,机翼与机身高度融合避免了两面体结构,这种外形较好的兼顾了飞机的气动性能和隐身效果,因此,美军正在验证的下一代无人作战飞机,如空军的X-45C,海军的X-47B,都采用了飞翼外形。飞翼这种外形空气阻力小,航程大,比较适合轰炸机和无人攻击机,但由于没有垂尾,机动性不好,不适合战斗机。所以美军的四代机,F-22及F-35飞机沿用了常规气动布局,采用外倾双垂尾,翼身融合,即保证了机动性又兼顾了隐身。
针对飞机的座舱,采取的隐身措施是将座舱盖镀上金属膜,可见光可以通过,雷达波会被反射;针对雷达舱,采用频率选择雷达罩、本机雷达频率可以通过,其它频率会被反射到非重点方向。针对进气道,采用S形进气道,增加入射雷达波的反射次数,在每次反射中吸收掉一点能量,经过多次反射而减弱回波,从而减小了进气道的RCS。如果再配合吸波材料就隐身效果就更好了。
2.1.2 解决边缘绕射
除镜面反射外,电磁波照射到物体的边缘时还会产生边缘绕射。所谓边缘绕射,是指当电磁波照射到物体的边缘时,会产生圆锥状散射。当入射波与边缘垂直时,散射会分布在与边缘垂直的平面上,其中会有向雷达方向传播的电磁波,造成RCS增加,其RCS值与边缘长度的平方成正比。如幻影2000飞机的机翼前缘在受到垂直人射时,由边缘绕射造成的RCS有10m2。在飞机上分布着很多边缘,如进气道边缘、飞机机翼、平尾及垂尾的前后缘等等,如果任由它们分布在不同的方位上,飞机被雷达发现的概率会大大增加。解决的办法是将各个边缘设计成互相平行,同时倾斜一定的角度,将由边缘绕射产生的RCS集中到对飞机威胁较小的方向上。
2.1.3 减弱表面波的影响
将飞机上的镜面回波、边缘绕射造成的RCS值减小后,测试发现,在飞机的头向方位,机身和机翼仍会产生接近1㎡的RCS。这是由于有表面波的存在。例如当雷达波照射到细长的物体时,除了会产生镜面反射和边缘绕射外,还有一部分波贴着机身表面前进,形成表面波。表面波在碰到飞机上的不连续处时,会产生反射,增大整架飞机的RCS。飞机上这些不连续处很多,如机身上的缝隙,天线等。解决的方法是将机身做得平滑,尽量取消不连续处。但飞机上有些位置是必须要开舱门的,如起落架舱等,这仍会造成机身不连续。解决的措施是将舱门锯齿化。因为平板尖端正对雷达时其RCS值最小。
2.2 材料隐身
由于飞机的外形要受到空气动力学的限制,很多情况下不能根据隐身需要随意地改变外形,为了达到更好的隐身效果,需要配合使用隐身材料达到进一步减小目标雷达截面积的目的。
2.2.1 飞机表面涂敷隐身材料
有一种涂敷型隐身材料由两层组成,外层为阻耗层,通常由具有衰减特性的特殊纤维组成,厚度为1/4波长,内层是基板层,通常由具有反射特性的金属材料制成,当雷达波入射到涂层表面时,有50%被反射,剩下的穿透阻耗层,进入金属底板并被反射回来,经过1/4波长的距离,反射回来的雷达波与第二个外层反射波刚好相位相反,变化量大小相等,结果两者相互抵消,这是采用对消的方式隐身,称为对消型。对消型只能针对某一频率的雷达波,隐身范围有限。还有一种吸波范围更宽的材料,为耗能型,靠细微的颗粒,如铁氧体粉,通过分子运动,将雷达波的电磁能转化为热能。涂敷型吸波材料是涂敷在飞机表面,利用对消、耗能等原理来减小RCS值。涂敷型材料需要多层且达到一定的厚度才会有较好的隐身效果,会增加飞机的重量,另外材料涂敷在飞机的表面,易脱落,变质,不易保养。
2.2.2 采用结构型隐身材料
结构型吸波材料可以制做成飞机的一部分,如平尾,垂尾等。它的表皮蒙以碳纤维材料,内部翼梁是由钛金属制成的三角形雷达波反射板,四周填充满了特殊吸波材料,当入射波进入时,反射板多次反射雷达波,使其滞留在充满吸波材料的三角形腔内,从而消除了雷达波反射。这种隐身材料的特点是在不额外增重的前提下减小RCS值。
3、结语
飞机通过外形隐身和材料隐身,可以大大减小其雷达散射截面积,缩短雷达作用距离,从而有效提高生存能力和作战效能。外形隐身和材料隐身是传统的雷达隐身技术,目前已经成功应用在多种飞机上。除外形隐身和材料隐身技术外,目前还有一些正在探索的隐身技术,如等离子体隐身,手性材料隐身等。