呂莉莉,呂寶軍
中航工業(yè)陜飛設(shè)計研究院, 陜西漢中 723213
空氣動力學(xué)研究對航空航天事業(yè)發(fā)展有重要意義??諝鈩恿W(xué)研究成果是飛機(jī)飛行的重要保障??諝鈩恿W(xué)作為力學(xué)的一個分支,對該方面的研究曾備受關(guān)注。航空事業(yè)在一個國家的綜合實力方面占據(jù)重要位置。僅從航空運(yùn)輸業(yè)來說,大大提高了國內(nèi)的運(yùn)輸效率。但國內(nèi)航空運(yùn)輸事業(yè)在實踐中暴露出許多問題。例如:就民航運(yùn)輸業(yè)來說,航班晚點、誤點的事情頻繁發(fā)生。不僅嚴(yán)重影響了民航企業(yè)的社會影響,還給人人生活帶來極大不便。近幾年關(guān)于民航運(yùn)輸方面的消費(fèi)投訴是居高不下。國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時對航空運(yùn)輸?shù)男枰瞾碓礁?,對航空運(yùn)輸企業(yè)的服務(wù)水平要求也越來越高。在這樣的背景下,重視動態(tài)空氣動力學(xué)研究對保障國內(nèi)運(yùn)輸機(jī)的飛行安全和穩(wěn)定性有重要意義。
重視空氣動力學(xué)研究對運(yùn)輸機(jī)飛機(jī)安全有重要意義。這也是世界各國不斷重視航空空氣動力學(xué)研究的主要原因。研究國內(nèi)空氣動力學(xué)研究的現(xiàn)狀及問題是非常關(guān)鍵的。
1)所謂空氣動力學(xué)是以研究空氣和其他氣體的運(yùn)動規(guī)律,以及運(yùn)動物體與空氣相互作用的科學(xué)??諝鈩恿W(xué)的應(yīng)用及其廣泛,例如:飛機(jī)、人造衛(wèi)星、載人飛船等等??諝鈩恿W(xué)是飛機(jī)飛行的基礎(chǔ),人類第一架飛機(jī)就是在早期空氣動力學(xué)知識的綜合應(yīng)用上形成的??諝鈩恿W(xué)也是在不斷研究的基礎(chǔ)上建立起來的。最早是空氣的環(huán)量和升力理論和空氣邊界層理論,正是該理論研究成果使飛機(jī)飛行成為了現(xiàn)實。其次,是壓縮氣體動力學(xué)理論和超聲速流理論,實現(xiàn)了飛機(jī)超音速飛行。正是該理論研究的基礎(chǔ)上研發(fā)了第一代噴氣戰(zhàn)斗機(jī)??諝鈩恿W(xué)理論發(fā)展迅速,對航空事業(yè)技術(shù)的革新有重要意義。但不得不關(guān)注到空氣動力學(xué)研究的成果大多被應(yīng)用到軍用飛機(jī)技術(shù)的革新??諝鈩恿W(xué)研究在民用航空飛行技術(shù)革新方面還不夠重視,大多民用運(yùn)輸飛機(jī)的技術(shù)革新也是在軍用技術(shù)革新之后;
2)國內(nèi)空氣動力學(xué)研究起步較晚。1949 年解放前,國內(nèi)的空氣動力學(xué)方面的研究幾乎為零。新中國成立后,為提升國家綜合國力政府極其重視航空事業(yè)的研究、發(fā)展。先后在成立了專門從事空氣動力研究的研究所,并建立了各類中大型用于空氣動力研究的地面模擬實驗設(shè)備。正是這個原因,國內(nèi)飛機(jī)、導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭、衛(wèi)星和其他航天器等有了很大的發(fā)展。但與先進(jìn)發(fā)達(dá)國家相比,國內(nèi)在空氣動力學(xué)方面的研究還是比較落后的。另外,空氣動力學(xué)研究成果的應(yīng)用還有一定的局限。在相關(guān)設(shè)備的應(yīng)用設(shè)計、設(shè)備工藝生產(chǎn)等方面還存在一定的技術(shù)難點。最后,國內(nèi)的空氣動力學(xué)研究主要以航空事業(yè)應(yīng)用為主,在航空載人飛船的研究方面發(fā)揮過重要作用,但在一般的航空運(yùn)輸機(jī)方面的應(yīng)用及研究則比較落后,主要集民間科研力量和引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)為主;
3)今后國內(nèi)航空事業(yè)將有更大發(fā)展,但同時也面臨了很多技術(shù)問題,反映出空氣動力學(xué)研究還面臨著眾多問題。例如:飛機(jī)飛行過程中天氣變化無常,為了提高飛機(jī)的機(jī)動性、敏捷性、安全性,解決動態(tài)環(huán)境下的空氣動力學(xué)研究是當(dāng)前急需解決的問題。另外,為適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要,大型民用運(yùn)輸飛機(jī)將在未來社會中發(fā)揮重要作用。大型民用運(yùn)輸飛機(jī)廣泛應(yīng)用必須解決一些空氣動力學(xué)問題如:減阻、降低氣動噪聲的技術(shù)問題,縮短飛機(jī)起降距離的技術(shù)問題等等。
動態(tài)空氣動力學(xué)是熱門課題,也是眾多航空事業(yè)問題技術(shù)突破的關(guān)鍵??諝鈩恿W(xué)研究是在理想狀態(tài)下的研究理論成果,但在實踐中運(yùn)輸機(jī)的飛行環(huán)境是隨時在變化的。動態(tài)空氣動力學(xué)的研究就是解決該課題的關(guān)鍵。
1)空氣動力學(xué)研究積極推動了航空運(yùn)輸相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。首先,空氣動力學(xué)作為一門獨(dú)立的學(xué)科只有與其他學(xué)科綜合應(yīng)用才能對航空技術(shù)的革新有重要意義。例如:在航空飛機(jī)飛行過程中需要對空氣流動情況隨時監(jiān)控,因此促進(jìn)激光、紅外、傳感、信息轉(zhuǎn)換和處理等技術(shù)的發(fā)展。空氣熱動力學(xué)的研究還推動了復(fù)合材料、離子應(yīng)用技術(shù)、新能源的發(fā)展。其次,空氣動力學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科,一直備受世界各國重視??諝鈩恿W(xué)的應(yīng)用廣泛,而且各國在該學(xué)科的研究投入的人力、物力、財力都占據(jù)每年科研總投入的重要比例。例如:美國宇航局1992 年的科研投資經(jīng)費(fèi)中空氣動力學(xué)占到了28.1%以上。一改之前對空氣動力學(xué)研究不重視的態(tài)度,其主要原因是預(yù)見到空氣動力學(xué)研究對美國航空事業(yè)發(fā)展的重要推動作用?,F(xiàn)代社會各國的競爭已經(jīng)逐漸從地面上升到空中甚至太空,各國為搶占空中競爭資源積極推動空氣動力學(xué)研究。俄羅斯就耗費(fèi)巨額資金建立國家級氣動力研究實驗基地。隨著空氣動力學(xué)的不斷發(fā)展,航空運(yùn)輸飛機(jī)的生產(chǎn)、設(shè)計、制造技術(shù)有了很大發(fā)展,運(yùn)輸飛機(jī)的飛行安全性有了很大提高;
2)空氣動力學(xué)研究推動了航空運(yùn)輸機(jī)發(fā)動機(jī)的不斷革新。發(fā)動機(jī)是航空飛機(jī)飛行動力的核心技術(shù),也是空氣動力學(xué)對航空事業(yè)的重要貢獻(xiàn)。國際飛機(jī)發(fā)動機(jī)的研究成果發(fā)展方向例如:渦輪發(fā)動機(jī)、高效節(jié)能發(fā)動機(jī)、先進(jìn)螺旋槳發(fā)動機(jī)等等,都是建立在空氣動力學(xué)研究的基礎(chǔ)上。國際民用航空運(yùn)輸機(jī)發(fā)動機(jī)的技術(shù)革新已經(jīng)發(fā)展到第四代。世界各國在航空技術(shù)的競爭領(lǐng)域主要集中在發(fā)動機(jī)技術(shù)方面。美國、俄羅斯國家在飛機(jī)發(fā)動機(jī)技術(shù)研發(fā)方面已經(jīng)占據(jù)世界先進(jìn)水平,日本在飛機(jī)發(fā)動機(jī)技術(shù)方面已有自己專利技術(shù),并積極推動大型民用機(jī)渦扇發(fā)動機(jī)的研發(fā)。印度自行研制雙轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動機(jī)在國際社會也有非常大的競爭力。中國國內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平有很大發(fā)展,但在民用飛機(jī)發(fā)動機(jī)技術(shù)方面的研究還非常落后。受其影響,國內(nèi)民用飛機(jī)的發(fā)動機(jī)還主要依靠國外先進(jìn)技術(shù),成為國內(nèi)民用航空飛機(jī)技術(shù)突破的難點。究其主要原因還在于國內(nèi)民用飛機(jī)發(fā)動機(jī)技術(shù)還集中在測繪仿制方面,沒有扎實的空氣動力學(xué)研究基礎(chǔ)。縱觀國內(nèi)民用航空運(yùn)輸飛機(jī)發(fā)動機(jī)發(fā)展的歷史,重視空氣動力學(xué)的研究是關(guān)鍵;
3)空氣動力學(xué)研究的深度和廣度為航空運(yùn)輸機(jī)的技術(shù)發(fā)展帶來新的方向??諝鈩恿W(xué)是力學(xué)的分支,其應(yīng)用的深度和廣度及其廣泛,例如:熱空氣力學(xué)、空氣阻力力學(xué)、空氣漩渦力學(xué)等等??諝鈩恿W(xué)深度和廣度的研究推動了航空技術(shù)的新發(fā)展,例如:大型飛機(jī)高升力裝置與減阻力學(xué)、高機(jī)動飛行與大攻角氣動力學(xué)、高超聲速飛行器空氣動力學(xué)、微小型飛行器低雷諾數(shù)空氣動力學(xué)、智能變形飛行器的空氣動力學(xué)等等。該方面的力學(xué)研究對航空飛機(jī)的飛機(jī)設(shè)計、性能改良等有重要價值。也正是力學(xué)研究不斷發(fā)展的結(jié)合,拓展了航空運(yùn)輸飛機(jī)研究的新方向。
動態(tài)空氣動力學(xué)研究是提升航空飛行技術(shù)革新的基礎(chǔ),技術(shù)的革新是保障飛機(jī)飛行安全的有效措施。因此,加強(qiáng)冬天的空氣動力學(xué)研究,對提升國內(nèi)空氣飛行安全有重要意義?,F(xiàn)對該方面的研究提出以下幾點建議。
1)重視動態(tài)空氣動力學(xué)研究基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。動態(tài)空氣力學(xué)研究需要有完善的實驗室保障。雖然國內(nèi)也建立了幾家專門從事空氣動力學(xué)研究所和大型地面模擬實驗基地。但就國內(nèi)動態(tài)力學(xué)研究實驗的條件來說,與世界發(fā)達(dá)國家相比還很落后?;A(chǔ)研究實驗室條件的落后是影響國內(nèi)動態(tài)空氣力學(xué)研究發(fā)展的重要方面。因此,重視動態(tài)空氣動力學(xué)研究首先要完善相關(guān)基礎(chǔ)實驗室的建設(shè)。重視基礎(chǔ)實驗室和相關(guān)基礎(chǔ)實驗基地的建設(shè),要重視研究資金的投入。在實驗室的建設(shè)方面,積極與國際社會的實驗標(biāo)準(zhǔn)接軌,提高國內(nèi)實驗室的基礎(chǔ)水平,為保障空氣動力學(xué)研究提供有效保障;
2)重視動態(tài)空氣動力學(xué)研究科研人才隊伍的建設(shè)??蒲腥瞬攀菍崿F(xiàn)動態(tài)空氣力學(xué)研究重大突破的關(guān)鍵,國內(nèi)力學(xué)科學(xué)發(fā)展主要是在新中國成立后,與國外世界上先進(jìn)發(fā)達(dá)國家的科學(xué)發(fā)展的成熟度相比,國內(nèi)力學(xué)科學(xué)發(fā)展基礎(chǔ)還比較薄弱。因此,重視動態(tài)空氣力學(xué)研究科研人才隊伍的建設(shè)是非常關(guān)鍵的。力學(xué)研究人才的培養(yǎng)不是一朝一夕就能實現(xiàn),在國內(nèi)重視相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)建設(shè),重視大學(xué)實驗石建設(shè),積極推動力學(xué)專業(yè)人才的培養(yǎng)。另外,每年鼓勵力學(xué)專業(yè)到發(fā)達(dá)國家留學(xué)深造也是培養(yǎng)力學(xué)專業(yè)人才的有效措施。最后,從國外引進(jìn)專業(yè)科研人才支持空氣動力學(xué)的發(fā)展。但培養(yǎng)國內(nèi)過硬的力學(xué)科研人才還是最關(guān)鍵的;
3)不斷完善國內(nèi)空氣動力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)??諝鈩恿W(xué)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立對實現(xiàn)國內(nèi)相關(guān)研究與國外科研成果接軌有重要意義。世界先進(jìn)發(fā)達(dá)國家的動力力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)體系以美國、歐洲體系為代表。世界先進(jìn)發(fā)達(dá)國家的空氣動力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)體系建立的比較完善,但國內(nèi)在相關(guān)體系方面的建設(shè)還很緩慢??諝鈩恿W(xué)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立對促進(jìn)力學(xué)研究和相關(guān)資料查詢有重要幫助。國內(nèi)現(xiàn)有的空氣動力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)有一定的局限性,而且標(biāo)準(zhǔn)文件少而單一。首先,明確國內(nèi)空氣力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)體系建立和完善的指導(dǎo)思想,對現(xiàn)有的空氣動力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一次系統(tǒng)的梳理,積極參考國外發(fā)達(dá)國家完善的標(biāo)準(zhǔn)體系,實現(xiàn)國內(nèi)空氣動力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)體系的完善和與國際接軌。其次,盡快成立在國內(nèi)具有廣泛代表性的空氣動力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)委員會。國內(nèi)空氣動力學(xué)研究成果在民航運(yùn)輸機(jī)方面的應(yīng)用比較有效,其主要原因是國內(nèi)還沒有建立使用民間科研用的動力學(xué)研究標(biāo)準(zhǔn)委員會。最后,重視標(biāo)準(zhǔn)體系委員會組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和相關(guān)經(jīng)費(fèi)的投入;
4)積極推動國內(nèi)空氣動力學(xué)研究在新領(lǐng)域的發(fā)展。航空運(yùn)輸在國內(nèi)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中占有重要地位。為保障民航運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展,重視飛機(jī)設(shè)計技術(shù)的革新是非常必要的。國際上發(fā)達(dá)國家正積極推動飛機(jī)技術(shù)革新,在空氣動力學(xué)研究的新領(lǐng)域的研究越來越廣泛,當(dāng)前運(yùn)輸機(jī)技術(shù)競爭也集中在空氣動力學(xué)研究的新領(lǐng)域。為實現(xiàn)國內(nèi)運(yùn)輸機(jī)技術(shù)在國際競爭中有一席之地,就必須重視空氣動力學(xué)新領(lǐng)域的研究發(fā)展。例如:渦輪發(fā)動機(jī)、高效節(jié)能發(fā)動機(jī)、先進(jìn)螺旋槳發(fā)動機(jī)等新技術(shù)研究。另外,從運(yùn)輸機(jī)飛行安全水平的角度來說,運(yùn)輸機(jī)發(fā)動機(jī)新技術(shù)應(yīng)用對提高飛機(jī)安全系數(shù)有重要保障。最后,隨著伴隨動態(tài)空氣動力學(xué)研究的深入開展,相關(guān)的技術(shù)也有了很大發(fā)展。例如:空氣氣流的隨時檢測、發(fā)動機(jī)熱溫度的監(jiān)測、飛機(jī)對稱平衡性的監(jiān)測等等。相關(guān)新技術(shù)的深入應(yīng)用極大提高了飛機(jī)飛行的安全保障。計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、信息處理分析技術(shù)的應(yīng)用將動態(tài)空氣動力學(xué)研究和其他學(xué)科技術(shù)有效綜合應(yīng)用,實現(xiàn)了計算機(jī)依據(jù)動態(tài)空氣動力學(xué)研究成果對天氣變化、空氣流動等做出及時分析,對運(yùn)輸飛機(jī)的飛行安全又多了一份有效保障。
航空運(yùn)輸在國民經(jīng)濟(jì)活動中發(fā)揮了重要作用,作為保障國內(nèi)、國際運(yùn)輸?shù)闹匾煌üぞ?,保障運(yùn)輸機(jī)的飛行安全是實現(xiàn)航空運(yùn)輸事業(yè)順利進(jìn)行的關(guān)鍵。動態(tài)空氣動力學(xué)是航空飛機(jī)飛行的力學(xué)原理。因此,要推動航空飛機(jī)飛行技術(shù)的革新,提高飛機(jī)飛行安全性指數(shù)就需要從基礎(chǔ)做起。加強(qiáng)動態(tài)空氣動力學(xué)研究,重視相關(guān)人才的培養(yǎng)和學(xué)科建設(shè)、實驗研究基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等等都是保障航空飛行安全進(jìn)行的有效措施。
[1]梁勇.航空行業(yè)工藝標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建策略[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量,2006(8):29-32.
[2]張彥仲.中國直升機(jī)、運(yùn)輸機(jī)的未來發(fā)展[J].中國工程科學(xué),2002,4(8).
[3]李峰.微型撲翼飛行器空氣動力學(xué)研究進(jìn)展[J].華東交通大學(xué)學(xué)報,2007(2).
[4]徐光明.空氣動力學(xué)與航空飛行器[J].氣動實驗與測量控制,1990(7).
[5]田云.未來航空空氣動力學(xué)的發(fā)展[J].航空科學(xué)技術(shù),2006(12).