北航碩士論文格式

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　　篇一

　　航空電子產業發展研究

　　摘 要 本文從航空電子技術和產業組成出發，認真分析研究了國外航空電子現狀及發展趨勢，結合我國航空電子現狀，提出對後續發展趨勢的判斷和市場預測，對讀者快速熟悉行業並進行初步發展決策有較好的指導作用。

　　關鍵詞 航空電子;發展現狀;發展趨勢

　　中圖分類號V2 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708***2013***93-0066-04

　　1 概念及定義

　　航空電子是指飛機上所有電子系統的總和。航空電子***Avionics***概念誕生於20世紀70年代。此前，航空儀表、無線電、雷達、燃油系統、引擎控制以及無線電導航等航空電子裝置大多附屬於機械系統。從70年代末開始，航空電子逐漸成為飛機設計中一個獨立部門，並在飛行器中逐步確立了其獨特的核心地位。

　　1.1 航空電子系統及組成

　　航空電子系統又稱為飛行器任務系統，是保證飛機完成預定任務達到各項規定效能所需的各種電子裝置的總稱。航空電子系統又被稱為飛行器的大腦和神經。按照不同的任務重點，航電系統在軍用和民用飛機上的構成有所區別，其中軍用航電系統圍繞作戰來進行構建***也就是解決怎樣完成作戰任務***;民用航電系統圍繞導航來進行構建***也就是解決安全準確的飛行***。

　　圖1軍用航空電子系統構成

　　圖2民機航電系統構成

　　1.2 航空電子產業組成

　　20世紀90年代，航空電子市場已經蓬勃發展起來。在先進的戰鬥機上，航空電子系統的成本已佔到整機成本的40%左右，航空電子系統費用佔戰鬥機總壽命期費用的三分之一。電子戰專用飛機、預警機和電子偵察機等飛行平臺的電子裝置所佔成本比例幾乎達到50%，如E-3A預警機佔44%、EF2000和F-22飛機約佔40%。國外大型客機中，機載裝置在飛機成本構成中所佔份額均高於30%，國內ARJ-21的機載裝置所佔份額約為33%。航空電子系統已經成為飛行器中價值最高的部分。

　　歐美國家在機載航空電子系統的研發和製造方面，已經打造出一套完整的高效率、高質量的產業體系，能夠提供從設計、製造、使用培訓到升級換代的全面服務。

　　我國航空電子雖未形成產業體系，但在《上海市民用航空產業“十二五”發展規劃》中，將“民用飛機航空電子系統/裝置的技術研究、產品研發、生產製造、系統整合與驗證、客戶服務等”納入我國航空電子產業化發展的基本範疇。

　　2 國外航空電子現狀及發展趨勢研究

　　2.1 國外航空電子發展階段

　　2.2.1 國外軍用航空電子系統的發展階段

　　隨著飛機的發展，軍用航空電子系統和裝置的數量不斷增多，軍用飛機航空電子系統結構大體經歷了分立式航空電子系統、聯合式航空電子系統、綜合航空電子系統、先進綜合航空電子系統等幾個發展階段***見表1***：

　　發展階段 時間 指導計劃 代表機型

　　分立式航空

　　電子系統 20世紀

　　40-50年代 F-100，F-101

　　聯合式航空

　　電子系統 20世紀

　　60-70年代 “數字式航空

　　電子資訊系統”

　　***DAIS***計劃 F-16C/D、F/A-18、F-15E等第三代戰鬥機

　　綜合航空

　　電子系統 20世紀

　　80年代後期

　　和90年代初期 “寶石柱”計劃和

　　“寶石臺”計劃 出現了F-22、F-35***JSF***等

　　第四代戰鬥機

　　先進綜合

　　航空電子系統 20世紀

　　90年代後期

　　表1航空電子系統發展階段

　　其中，以聯合攻擊戰鬥機***JSF***為代表的第四代為高度綜合化航空電子結構，在光電和射頻兩大領域中廣泛採用了綜合模組化、外場可更換等設計思想，代表機型是F-35。

　　從以上4個階段的發展可見，航空電子系統的綜合化的程度越來越高，各種功能都將通過共享的資源實現，最新航電系統的研發製造、採購服務等全壽命過程和之前相比大不相同。具有以下特點：

　　1***重量及體積要求越來越小;

　　2***進一步地緩解座艙的擁擠;

　　3***大大降低飛行員的操作負荷;

　　4***一定程度上要實現資料共享;

　　5***作戰效能明顯提高。

　　圖4 第四代戰鬥機F-35航空電子體系結構圖

　　2.2.2 國外民用航空電子系統的發展階段

　　民用飛機航空電子系統在經過聯合式系統和模組化系統等發展階段後，目前已進入全數字式階段。新一代的民機航電是採用全數字綜合模組化的航電系統***IMA***架構。

　　全球民用航空產業發展已有幾十年歷史，隨著人們對民機的飛行品質、舒適性、安全性和經濟性等要求的不斷提高，大量的新技術和新系統被民飛製造商應用，其中航電部分佔有重要地位。

　　目前，民飛航電系統架構主要有兩種：一是將外場可更換單元***LRU***作為基本的聯合式系統結構。基本單元負責實現某種功能，是獨立的個體，擁有標準的功能、樣式、外觀和安裝介面。從60年代到90年代均屬於這種系統結構。二是將外場可更換模組***LRM***作為基本的綜合式航電系統，可以實現高度的物理綜合和功能綜合，軟硬體不再與功能有明顯的獨立歸屬。

　　2.3 國外航空電子發展趨勢

　　縱觀世界航空電子發展史，航空電子經歷了從軍用到民用***商用***的擴張式發展，正在經歷著軍、民通用的蔓延式發展過程。根據市場需要和行業自身發展規律，本報告預測未來標準化、模組化、開放式的通用航空電子將會佔據越來越多的航空電子市場。

　　2.3.1 國外軍用航空電子發展趨勢

　　1***航電系統在飛機出廠價所佔比例不斷提高 　　上個世紀80 年代，航電系統成本在飛機出廠成本中佔比30%，其中感測器部分又佔到航電系統成本的佔63%，全週期的經濟可承受性成為當今各國關注的重要問題。若採取開放式系統結構方案，有望進一步解決成本的煩惱，美國空軍的研究表明***PAVE PACE 計劃***，採用綜合感測器系統的方式，能夠將電子部分的成本和重量減少超過50%。

　　2***航電系統的重量要求儘可能下降

　　上個世紀70 年代以前的軍用飛機都是採用的模擬式電子系統，隨著功能應用的不斷增加，航電系統的重量增加明顯，給飛機平臺發展帶來制約性困難，由於電子技術的發展和數字式航電系統的廣泛應用，以及綜合模組化系統架構的推廣，有望進一步解決。

　　3***採用新的設計方法，軟體處理能力和規模不斷增加

　　未來戰機的功能越來越多，越來越強大，對於軟體的處理能力要求也越來越高，其軟體規模成倍增加。例如，F-22飛機的軟體程式碼大約有190萬行，JSF大約是F-22飛機的2倍多，原因就是JSF不僅要對空作戰，還要執行對地攻擊任務，其軟體設計更為複雜。同時，未來戰機還應該是“買得起、用得起”的產品，必須採用新的設計理念與方法，來降低軟體的設計和維護費用。在JSF專案的計劃中，美國主要採用了軟體分層、軟體再利用和“軟體與硬體隔離”等方法。因此，隨著商用微電子技術的高速發展，機載計算機的處理能力更需要不斷提高。

　　4***產品採取模組化、標準化的開放式系統結構

　　模組化航電綜合系統的主要特徵是分層架構，具有配置靈活，便於重構，維修性好等優勢，整個航電系統將由三級維修變成兩級維修，可以大大減少後勤保障費用。同時，為提高航電系統的通用性和降低採購成本，未來航電系統將向標準化方向發展。進一步建立通用的軟、硬體標準，是促進航電發展的關鍵。這些標準必須支援開放式系統架構，以易於系統的後續修改，滿足不同使用者的特殊需求，並可方便地進行升級。

　　2.3.3 國外民用航空電子發展趨勢

　　隨著民用航空的不斷髮展，企業對低成本航電系統的需求、航空電子部件的過時淘汰問題和空中交通管制問題等已經成為航電系統發展的核心內容。隨著電子和網路技術的發展，按照國際民航組織的要求，並結合未來資訊化發展，***大型***民機航電技術的發展趨勢主要體現在以下幾個方面：

　　1***實現數字化、綜合化和模組化

　　為了降低大型飛機航空電子系統及裝置的成本，從上個世紀80年代起，國外航電開發商便開始研製大型飛機綜合化的航空電子體系架構，也就是綜合模組化航空電子***Integrated Modular Avionics，IMA***系統。隨著軟體技術和微電子的迅速發展，目前實現IMA技術所需的各種條件已成熟，併成為未來發展的主要方向。

　　圖3 未來航空電子技術發展趨勢

　　2***民機航電系統將具有更多的空管功能

　　空管容量問題是航空發展的重點，國際民航界普遍認為應將部分航線決策和控制的責任移交到駕駛艙中，這樣將大大簡化地面的工作，減輕地面空管人員工作負擔，飛機也能更直接地進行航線飛行，並提高空域的利用效率。美國聯邦航空局***FAA***、國際民航組織***ICAO***、波音公司和歐洲空管組織***Eurocontrol***、美國空中運輸協會***ATA***等組織都認為，隨著資料鏈、計算機和增強導航系統等新技術的不斷髮展，特別是在地面和空中二者之間更均衡的分配空中交通管理***ATM***責任的新思路能夠解決容量問題。

　　3***將採用開放式的體系架構開展系統設計

　　美國開放式系統聯合工作組定義一個開放式系統的主要前提就是採用標準介面，如標準化的電氣特性、標準化的序列資料匯流排介面，標準模組的機械介面，標準化的並行/底板匯流排特性以及模擬和數字訊號介面等。

　　採用開放式系統架構將進一步降低民機航電的製造、維護成本，並更便於改進升級。對於聯合式的航電系統，因為其硬體和軟體結合非常緊密，要想更改某一處理器非常困難，一旦更換，就要對系統及其下屬的LRU所有方面進行重新驗證，並確定其影響。這就意味著將有大量的金錢和時間花在試飛和適航取證方面。而若採用開放式的系統架構，將軟硬體分離，就有可能讓這類工作變得簡單。美國波音公司認為，“開放式系統架構最大的祕密就是它沒有祕密”，因此在波音公司將包含了所有的介面資料的介面控制檔案，一併提交給供應商。目前雖然已有多種IMA方案得到實現，但大部分沒采用完全的開放式系統架構。仍然採用了一些專利的或非標準的底板。

　　3 我國航空電子現狀及發展趨勢研究

　　縱觀世界航空史，中國的航空主要是模仿國外，基本上就是技術、做法的引進史，沒有獨立的技術嬗變與更替過程***傅海輝，略論中國航空史的分期***。也即是說，自20世紀初期開始，中國的航空就基本上與西方“接軌”了，中國航空電子的發展史也是一部西方航電技術的引進史。

　　3.1 我國軍用航空電子發展現狀及市場預測

　　3.1.1我國軍用航空電子發展現狀

　　在軍機航電系統及其裝置的研製方面，國內單位已具備一定的實力，已經基本能滿足國家自主研製的要求。從技術發展上來看，我國機載航電系統已從獨立式走向了聯合式，目前正開展綜合化和高度綜合化的相關工作。

　　3.1.2我國軍用航空電子市場預測

　　根據美國國防部公佈的2011年《中國軍力報告》估算，目前我國有軍用固定翼飛行器2850架，而監視/偵察/預警類飛行器只有100架，佔整個機隊數量的3.5%。中國每18.5架戰鬥機才配備1架資訊作戰類飛行器。美國空軍監視/偵察/預警類飛機數量佔整個機隊12%，其中架戰鬥機和資訊作戰類飛行器的比例為4：1。以預警機為例，美國大型預警機***包括對地監視的E8***就有60架，俄羅斯現役的大型預警機有20餘架，而我國大型預警機KJ-2000才數架，裝備數量急需提升。如果我國作戰飛機保持在2500架左右，按照10%配置，保守估計我國需要資訊類作戰飛機約為250架。其中僅大型預警機需要20架，我們估計每架大型預警機造價15億左右***臺灣版E2預警機售價2億美元***，其航空電子裝置的份額150億。 　　另外，上世紀90年代以後，無人機的發展速度非常迅速，其投資額度增長迅速，目前美國現役軍用飛機中有近1/3的是無人機，與幾年前相比，無人機數量增長了40倍。從小型的人員行動式飛翼式飛機到大型的戰鬥機，無人機目前在美軍空中力量中所佔的比重為31%。目前將主要執行輔助任務，但隨著無人機技術的發展，不久的將來無人作戰飛機將成為主戰機種。比如美國海軍發展的X-47B型無人機，目前正在進行飛行測試。

　　通過多次航展可以看到我國的無人機技術發展迅速，我們認為無人機佔我國航空武器裝備中的份額會逐步提高，由於先進的無人機系統需要高度智慧化的控制和高度綜合化的航空電子系統，其航電在總採購額中所佔的份額將高於現在的四代有人駕駛戰鬥機40%水平，因此我國軍用無人機市場的啟動將推動航電系統的高速增長。

　　3.2 我國民用航空電子發展現狀及差距分析

　　3.2.1 我國民用航空電子發展現狀

　　一直以來，中國航空電子系統都是以軍機為主，在民用方面投入的研究、市場力度都不足，沒有很好的融入世界的產業鏈條***飛機機體制造和發動機都有轉包生產***。加之我國的民用飛機絕大部分都是進口***國內幹線民機主要是以進口空客和波音的系列飛機為主，支線飛機也是主要依賴進口，ARJ和新舟系列還未形成氣候，其中機載電子裝置基本上都是以國外的公司研製和生產為主***，因此目前中國航空電子產業中，民用飛機市場全部被國際廠商壟斷。

　　我國航空工業長期以軍為主，以研製為主，不僅是飛機平臺，機載航電系統也是如此，相應民機的研發工作起步較晚。因此，儘管我們對國家有關的軍標有較深刻地瞭解和應用，但在民機的設計、研製、試驗等標準方面基礎較差，適航技術和管理能力較弱，機載航電系統技術與產品無法滿足民機要求，無法直接進入民機市場需求。在技術、工藝、製造、可靠性、維修性以及價格等方面與國外水平差距較大。具體表現情況如下：

　　1***缺乏健全的民機航電系統研發體系;

　　2***缺乏一支專業化的大型客機航電系統研發團隊;

　　3***缺乏大型客機航空電子系統的技術基礎和產品;

　　4***尚未開展按適航標準進行的系統、產品設計、開發和試驗。

　　3.2.2 差距分析及市場預測

　　中國航空電子工業有著豐富市場資源，在產業聚集度、產業規模、產品結構、研發能力等方面有著一定的基礎，但與國外先進技術仍有差距。

　　1***我國大型客機航空電子系統差距分析

　　***1***美國大型客機

　　美國波音777飛機是第一個採用模組化綜合航空電子系統***IMA***的大型民用幹線客機，並基於此型號完成了ARIN C651標準--即綜合化、模組化的航電系統設計指南。該飛機在研發、製造和試驗等方面開展了大量創新：採用模組化的綜合航電技術，選用有源矩陣的液晶顯示器，推行集導航、飛控和推力控制於一體的新一代飛行管理系統，新增資訊綜合管理系統等。

　　當今世界上的最先進客機-A380和波音787，均採用了以上類似地綜合模組化航電技術、先進地機電系統和飛控系統等新技術，既體現了最新地先進水平，也展現了未來發展的趨勢。

　　***2***中國大型飛機

　　在國內市場方面，ARJ21新支線飛機是中國商飛公司完全按照國際適航規章設計研製的噴氣支線客機，也是第一款同時向中國民航局和美國聯邦航空局提出適航申請並得到受理的噴氣式客機。該機型目前已進入了最關鍵的收尾階段——局方驗證試飛階段，如果順利的話預計在2012年底完成適航取證，2013年開始交付，目前啟動訂單達到300餘架。C919大型客機專案是《國家中長期科學與技術發展規劃綱要***2006-2020***》確定的16個重大專項之一，該專案於2008年11月啟動，計劃2014年底首飛，2016年取得適航證並交付使用者。在2012年7月份舉行的範保羅航展中，中國商飛宣佈，C919的國內外訂單總數達到280架。ARJ21和C919見圖6。

　　我國雖然有著巨大的航電產業國內市場，但中國大型飛機的研製立項較晚，一直沿用研製初期自下向上、從多個獨立的功能部件出發，逐步整合為複雜航電系統的傳統設計，嚴重製約了系統功能的擴充套件和升級，這樣的設計無法採用工業界先進的軟硬體技術成果，不符合未來航電系統綜合化、模組化、通用化的趨勢。不僅缺乏先進的大型飛機航電系統所需要的從研發、生產、實驗到測試的平臺，還未形成大型飛機航電系統的產業體系，因而尚不能獨立自主地完成相關地研製和生產任務。

　　圖6 國產民機

　　2***我國民用航空電子市場預測

　　通過對未來民用航電系統發展的分析，我們提出如下預測：

　　***1***根據政策及市場環境分析，短期將以國內航電市場為先導

　　2011年國務院、中央軍委下發《關於深化我國低空空域管理改革意見》，這為我國通用航空發展創造出良好的條件，通用航空產業將迎來空前的歷史機遇。中國民航局副局長夏興華透露，民航總局正在制定“十二五”期間通用航空專項規劃。

　　隨著國內發展ARJ21和C919客機以及國產民用直升機和通用飛機，將直接帶動民機航電系統國內市場，將為國產的通用飛機和民用直升機的航電系統發展提供新的機遇。預計未來20年內，我國將有2500架左右國產大型客機的需求，航電系統及裝置產值將達到1800億元。大量的商用飛機***含幹線客機、支線客機***、直升機、公務機、通用機市場也為航電產品提供了巨大的機會。***航電迅猛發展，資產注入可期***。

　　***2***廣泛採取國際合作，逐步進入民機市場

　　發展對外合作，進入世界民用飛機的航電系統市場。由於我國在開發民機航電系統方面經驗不足，未來民用航電系統的開發將通過全球國際合作的方式來啟動。美國的羅克韋爾·柯林斯公司、霍尼韋爾公司和英國的史密斯航空航天公司，以及法國的泰利斯航空電子公司等是全球從事航電系統研製和生產的主要公司，加強與這些公司的合作，充分學習和借鑑其先進的航電技術，高效開展航電系統及機載裝置的研發工作，將不斷提升自身的研發實力。

　　篇二

　　航空發動機防暑管理

　　【摘 要】發動機起飛高溫如果多次出現，會造成發動機燃燒室、高壓渦輪導向器和轉子等熱部件燒蝕，使發動機的熱效率下降，同時也縮短了發動機的在翼壽命，本文就發動機起飛高溫現象進行了深入的分析，結合筆者工作實踐提出瞭如何避免或降低起飛高溫，並就如何防止起飛高溫提出了較為有效的處理措施，為業內對航空發動機的護防暑提供了有益的借鑑。

　　【關鍵詞】航空發動機;裕度;超溫

　　隨著夏季高溫的到來，效能差的發動機會出現起飛時發動機排氣溫度***EGT***高的現象，個別性能衰退明顯的發動機還會達到920多度的高溫。起飛高溫如果多次出現，會造成發動機燃燒室、高壓渦輪導向器和轉子等熱部件燒蝕，使發動機的熱效率下降，同時也縮短了發動機的在翼壽命，大大增加了維修成本。

　　作為飛機心臟的發動機，為了提高其在翼裕度，延長其使用壽命，並緩解夏季發動機出現起飛EGT超溫現象，呼和浩特維修基地領導極為重視，由基地副經理親自督導，發動機工程師牽頭多次召開故障研討會制定了一些切實有效的措施來保障基地執管發動機的良性運營，避免起飛高溫，保障航班的安全、正點。

　　1 採用新型清洗裝置，為發動機“保潔”

　　呼和浩特基地春季風沙較大，近幾年的沙塵暴也是有目共睹，執行發動機內函道氣路清洗，可有效的去除發動機內涵道的灰塵等附著物，保障氣路的流暢，提升發動機的在翼裕度***EGT Margin***，理論上可使EGTM提高10-15度，有效的減少燃油消耗率。但清洗工作應尋求最佳的方法，才能取得所期望的效果。

　　為此，基地聯合附件、計量、航材、定檢各部門共同試製發動機函道清洗裝置-J型鉤，並經多次試驗改進，同時發動機主管工程師對水洗裝置的使用和水洗的正確規程對定檢、航線等車間進行了相關培訓，自2007年5月2日開始分別對B-2627機左發，5035雙發、2907雙發、2614等10架飛機20臺發動機進行了函道清洗，通過SAGE軟體分析，水洗效果較為明顯，最高的ESN858780發動機EGTM提高達10度。

　　為了更好得完善裝置和水洗流程，較大的提高水洗質量，基地還組織召開了工程技術分公司發起的“發動機水洗研討會”，與會代表一致肯定了呼和基地的水洗裝置和水洗流程，並提出了一些中肯的改進建議，按照相關建議，我們現場當即對裝置進行改進，取得了較好水洗效果。該水洗裝置和程式一方面可完全消除傳統清洗時的人為因素，並較大的節省了清洗時間，極大的提高了工作效率。

　　圖1 自制的發動機函道清洗裝置-J型鉤

　　圖2明顯的水洗效果

　　2 航前“保暖”

　　經過近幾年的觀察和實踐，我們認識到夏季外界氣溫較高，而有些發動機EGT裕度相對較低，飛機又是在呼和浩特這樣海拔相對較高***海拔1084米***的機場首班起飛，這時發動機處於冷髮狀態，發動機各種間隙相對較大，效率較差，這樣就出現了個別發動機EGT高的現象。但這個季節也是內蒙地區的旅遊旺季，特別今年又是內蒙古自治區成立60週年，此外昭君文化節、民族商品交易會等大型展會也相繼召開，來往呼和浩特的客商數量史無前例，機票經常出現一票難求的喜人局面，而內蒙分公司一年效益如何，關鍵在於夏季的營運情況如何。旅遊旺季就意味著載貨及載客量的最大化，對發動機的工作意味著負載最大化。而我們既要保證航班的正常，又要保證發動機的EGT不要超限，因此一進入夏季，維修基地下發“可靠性建議”：規定發動機起動溫度接近700度，起飛溫度接近900度的發動機要進行航前暖車，在呼和浩特由機務進行航前暖車，在包頭由駐包機務航前暖車。

　　航前暖車的效果通過近幾年的觀察是非常明顯的，執行航前暖車的措施後，發動機到目前為止，特別是今年隨著使用時間的增長個別發動機狀態比往年機隊平均狀態低的情況下，發動機沒有再出現EGT超溫現象。通過10-20分鐘的航前暖車，發現可以使EGT裕度恢復20度左右，從而使EGT 峰值有一個相對較大的降低，使發動機在一個較好的工作環境下工作，使EGT不致於超限。等飛機飛到外站，由於其狀態良好，從而不至於EGT超限。

　　隨著夏季的過去，氣溫逐漸降低，發動機的狀態又會逐步回升，從而又可以安全的過渡到下一個夏季，從而達到了“避暑”的目的。這樣通過有效的航前暖車，既延長了發動機的使用壽命，又降低了維修成本，同時也有力保障了我公司的飛行安全

　　3 防止“高原反應”

　　呼和機隊目前858331、858739、857575等6臺發動機效能出現了效能衰退，個別發動機執飛蘭州***1947米***、西寧***2197米***等高原航線時出現了起飛溫度高的現象，原因是高原機場海拔較高，空氣密度相對稀薄，要達到同樣的起飛推力勢必增大引氣量，從而使供油量增大，從而出現了EGT偏高的現象。為此，基地根據發動機效能排隊資料，由MCC合理調控航班，將安裝858331等六臺發動機的飛機如B-2604等限飛蘭州、西寧等海拔標高超過3000英尺的機場並建議機組執行無引氣起飛，經過調控，目前表現良好，機隊起飛高溫的現象基本上不再出現。

　　綜上所述，為了保障飛行安全，航班安全、可靠、良性運營，實現公司效益的最大化，呼和浩特基地將繼續團結協作，努力地保障飛機的“心臟”，讓我們的金鳳自由舒暢的翱翔於祖國蔚藍的天空之中。

　　【參考文獻】

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