全球宽带通信系统在航海上的应用

第一篇：全球宽带通信系统在航海上的应用

全球宽带通信系统在航海上的应用 0 引言

Inmarsat系统的出现给航运市场经营方式带来了巨大的变化，现在的航运市场变得更加重视信息传输的速率、实时性及连续通信的持久性。海上通信和信息传输必须借助卫星通信系统才能实现。利用海事卫星通信将推动航运经济全球化的发展。过去海上的传统业务都是单通道的，电话、传真、数据三者同时只能通一路，这与我国快速发展的海运产业是不相称的。已经开通的海上宽带业务则响应了当前通信技术宽带化和个性化发展的潮流。用户用一部终端就可以在船上实现多种信息通信需求，如打电话、收发短信、语音信箱、文件传输、传真、召开视频会议等。让船舶的工作模式与岸基办公实现同步。海事卫星通信业务的演进发展

目前。在船舶通信中，国际移动卫星通信系统发挥着越来越重要的作用。Inmarsat系统目前分为B、C、D、F、M 和Mini—M 等系统。其业务范围如表2所示。但是，也有许多不足的地方，例如，通信费用偏高、带宽窄、数据传输率偏低、终端设备昂贵、操作界面不够友好等。虽然已有一些岸站为船站通信添加了Internet服务，但是这只是降低了陆线费。而空间费用并没有变化：链路建立仍然占用较大的通信时间比例。所以，需要新型的卫星通信系统以满足移动通信的需要。海上全球宽带通信(FB)

海上全球宽带通信(FB)海上全球宽带通信(Fleet Broadband)．是一款划时代的卫星通信产品．工作在Inmarsat的第四代卫星网络下。FB首次实现了海上通信技术的宽带化和个性化，将船舶通信带入了IP数据业务的新时代。上宽带业务在船舶上的应用海上宽带业务为海上交通提供了便捷、高效、安全、覆盖全球的高质量卫星数据通信手段。对改善和加强海上安全指挥通信能力、加强海上应急抢险救助能力、提高海上运输管理和效率、提高海上其他行业和社会公众信息通信能力具有重大意义。

2．1 FB服务覆盖范围

Inmarsat在I一4的支持下．推出了Fleet Broadband业务。用户使用该业务在海上通过一台笔记本电脑大小的终端就可实现全球区域宽带网络互联。基于3G标准的技术．FB提供了话音和IP同时在线的功能，一部终端就可以在船舶上满足多种信息通信需求。如打电话、收发短信、语音信箱、文件传输、传真、召开视频会议。如果不准备使用IP业务，FB仍然支持

传统ISDN数据业务。

2．2 系统组成整个船上系统由主机、天线和IP手柄组成。主机供电范围为10．5～32V DC；14～5．5A。启动瞬间最高电流可达20A，5 ms；主机通过与天线连接的同轴电缆给天线供电。天线内部包括带有射频单元的天线、天线控制单元和GPS接收器等部分，通过一根同轴电缆与主机交互。天线端射频电缆接头为N型母头。IP手柄除了具有打电话、发短信等功能外，还具有一部分主机监控功能；IP手柄与主机的以太网相连，通过以太网供电。Inmarsat FB设备根据性能的不同，目前有FB150、FB250、FB50o三种设备。

2．3 业务种类

·标准IP：在共享信道上。根据网络需求自动调整网络容量，最高可达432kbps的标准IP数据传输业务，适用于邮件传输、网页浏览；

·独占IP：有质量保证的最高达256kbps的独占IP业务(可选速率包括32、64、128或256 kbps)，用户可以随时按照自己的需求做出选择，适用于视频、音频、VOIP、大数据量的传输：

·话音：提供4kbps和3．1kAudio两种话音信道：

·ISDN：提供64kbps的电路交换的数据信道；

·SMS：提供160字符的短信服务：

·支持话音与数据业务同时使用。

2．4 突破性设计体现的新的价值

·最高达432kbps的标准IP数据传输业务；

·有质量保证的最高达256kbps的独占IP业务：

·支持现有海事卫星的语音和ISDN数据业务：

·支持语音和多个数据同时在线：

·可通过F77、F33部分单元升级实现宽带业务：

·直接与陆地手机实现短信收发：

·业务全球覆盖：合理的通信资费和设备价格。

使船舶管理业务无缝接入办公室网络 通信性能更好、更快、更加安全有效；操作更简单，费用更经济；节约船舶运行成本(燃油与维修等)；提高了市场竞争力。

2．5 完善的应用

·电子邮件及大容量的文件快速传输；

·快速网页浏览；

·每日天气预报和电子海图更新。以选择最佳航线：

·同远程视频系统对接，提供强大的远程视频遥测、管理和技术支持；

·同船舶远程监控系统对接。可以通过岸基进行远程技术支持；

·同船舶管理系统对接为船舶管理软件提供多种形式的接口：

·船员通信(包括船员上网，GSM，VOIP)。

24h船舶在线，实现真正的及时沟通，并节约通信成本；多种通信功能可同时进行，上网不影响电话／传真的收发；独享带宽的IP。突发情况下船一岸可实现高清晰度的实时电视电话。海上宽带业务在船舶上的应用

海上宽带业务为海上交通提供了便捷、高效、安全、覆盖全球的高质量卫星数据通信手段。对改善和加强海上安全指挥通信能力、加强海上应急抢险救助能力、提高海上运输管理和效率、提高海上其他行业和社会公众信息通信能力具有重大意义。

从通信质量上看。以前海上没有真正意义上的IP业务．海上宽带业务提供标准的基于IP的宽带服务，同时可支持有质量保证的流媒体IP服务。可满足清晰的视频传输要求。同船舶远程监控系统、船舶管理系统的对接进一步满足了海运通信发展的需要。海上宽带业务在船舶上的应用可以分为六大类。

(1)常规通信。电话、传真、邮件、手机短信等接入互连网或企业网满足船舶通信的同时。改善了船员的个人通信。

(2)电子海图／天气预报的及时更新。由于国际航行涉及的航道和港El复杂多变，海上气候也是瞬息万变．为了确保航行安全，船上必须及时获得航道、港I：1和气象的最新变化信息．对航行作出正确的控制和驾驶。海上宽带业务可以把电子海图和气象海图基本数据先安装在船上然后通过海上宽带的IP通道上网．在航程中随时下载最新的变化信息，自动导人海图系统，直观查看分析。指导驾驶。避免由于信息滞后给航行安全带来的隐患和危险。

(3)船舶管理系统的对接。现代航运企业越来越重视利用信息技术来提高船队管理水平。期望引进或自主开发专业船舶管理系统，对船舶适航的各类证书、油品物料供给、机械导航设备、船舶修理等方面的复杂事务进行规范管理。船舶安装海上宽带系统后，可以通过其IP功能实现船岸系统对接．双方可以自动同步交互最新信息，集中共享。因此，海上宽带业务对航运企业的船舶管理工作的进步将发挥很大的推动作用。

(4)远程视频系统对接。通过海上宽带的网络功能，岸方除了可以通过管理系统随时掌握船上各类设备的工作状态外．还能随时启动视频监控系统．在船舶出现危险紧急状况时。对海况、货物、机舱、人员等现场情况进行全面的了解和及时指挥．把损失降到最低。

(5)船员通信系统。海上宽带业务的多方式多通道通信功能，可方便地支持船舶局域网与岸基的对接，船员在不影响船舶工作通信的情况下．利用经济的IP技术，可随时与亲朋好友打电话、发短信、传图片、视频聊天等，享受信息通信带来的多彩生活。

(6)物流管理系统的对接。船东可建立物流管理，把散布在全球的移动船队通过海上宽带业务的网络功能纳入物流网络，向货主开放。货主可从货物交付船东那一刻起登陆物流企业的网络跟踪货物的位置、在航状况、到达时间、停靠的港El码头以及时安排车辆接货等。

海上宽带业务为我国海上交通提供了便捷、高效、安全、覆盖全球的高质量的卫星数据通信手段。对改善和加强海上安全指挥通信能力、加强海上应急抢险救助能力、提高海上运输管理和效率、提高海上其他行业和社会公众信息通信能力具有重要意义。它对我国到2020年实现由航运大国到航运强国的转变将起到巨大的推动作用。

可见，海上宽带业务的开通，将把海上船舶的管理和通信服务能力提升到新的水平。4 结束语

海上宽带业务为我国海上交通提供了便捷、高效、安全、覆盖全球的高质量的卫星数据通信手段。对改善和加强海上安全指挥通信能力、加强海上应急抢险救助能力、提高海上运输管理和效率、提高海上其他行业和社会公众信息通信能力具有重要意义。它对我国到2020年实现由航运大国到航运强国的转变将起到巨大的推动作用。

第二篇：材料在航空中的应用

题目：

材料在航空中的应用

学 生： 南冬冬 学 号： 201103020121 院（系）：

资源与环境 专 业：

服装设计与工程 指导教师： 王秀峰

2013年6月10日

材料是人们生活和生产必须的物质基础。也是人类进化的重要里程碑。材料科学主要研究材料的成分、分子或原子机构、微观及宏观组织以及加工制造工艺和性能之间的关系。它是一门边缘新科学，主要一固态物理和固态化学、晶体学、热力学等位基础，结合冶金化工及各种高新科技术来探讨材料内在规律和应用。材料是人类用来制造机器、构件、器件和其他产品的物质。按物理化学属性分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。实际应用中又常分为结构材料和功能材料。结构材料是以力学性质为基础，用以制造以受力为主的构件。结构材料也有物理性质或化学性质的要求，如光泽、热导率、抗辐照能力、抗氧化、抗腐蚀能力等，根据材料用途不同，对性能的要求也不一样。功能材料主要是利用物质的物

理、化学性质或生物现象等对外界变化产生的不同反应而制成的一类材料。

材料是人类赖以生存和发展的物质基础。20世纪70年代，人们把信息、材料和能源作为社会文明的支柱。80年代，随着高技术群的兴起，又把新材料与信息技术、生物技术并列作为新技术革命的重要标志。现代社会，材料已成为国民经济建设、国防建设和人民生活的重要组成部分。

航空航天大多是在极端条件下进行的，所以对材料的要求很高。经过几十年的航空航天材料研究，研制出了纳米颗粒炸药、碳纳米管高硬度材料、铝氧纳米管材料和新型密封材料、电子绝缘聚合物材料、新型“热塑料”材料以及原子级硅记忆材料和铝－硅合金等，并发现了纳米孔隙网材料等。而且新材料工艺也取得了重大突破：采用温轧法、粉末冶金法、非晶复合技术工艺、急速凝固法、树脂膜浸渍法和等温化学气相浸渗法制造出了高强度合金材料、梯度功能材料以及抗损伤复合材料编制机等。与此同时，新材料在航空航天应用上也有重大进展，形状记忆合金、量子隧道效应复合材料等高性能材料得到了广泛应用；火箭尾喷管应用纳米复合涂层、火箭发动机涡轮泵应用陶瓷基复合材料叶盘；采用复合材料排布机编制燃料箱；采用红外材料制成手提式定向反射仪以及用氮化物基材料制造出电子器件等

复合材料在航空中的应用

复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。

复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。

碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。碳纤维由于具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、导电和导热等性能，因而使其成为一种兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征的化工新材料，是新一代增强纤维。

目前，碳纤维不仅广泛应用军事工业，而且在汽车构件、风力发电叶片、核电、油田钻探、体育用品、碳纤维复合芯电缆以及建筑补强材料领域也存在巨大应用空间，而其在航空领域的光辉业绩尤为引人注目。

碳纤维应宇航工业对耐烧蚀和轻质高强材料的迫切需求发展起来，它主要是由碳元素组成的一种特种纤维，是继玻璃纤维之后出现的第二代纤维增强塑料碳纤维的含碳量在90%以上，具有优异的力学性能，与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。在2000℃以上高温惰性环境中，碳纤维是唯一一种强度不下降的物质。此外，它还兼具其它多种得天独厚的优良性能，更可贵的是，碳纤维与其它材料具有很高的相容性，兼备纺织纤维的柔软可加工性，并且容易复合，具有很大的设计自由度。这就使得碳纤维成为纤维增强材料中发展最迅速、应用范围很广、适于不同领域要求的纤维材料。研制大型飞机要突破许多关键技术，其中一项是“先进复合材料结构设计技术”，这项技术离不开碳纤维。世界碳纤维的需求在各用途领域都不断增长，特别是急速增长的航空航天领域拉动了碳纤维全体的增长。碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。自玻璃纤维与

有机树脂复合得到的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，而且性能不断得到改进，使复合材料领域呈现出一派勃勃生机。碳纤维复合材料与铝合金、钛合金、合金钢一起成为飞机机体的四大先进结构材料。

碳纤维复合材料在航空领域的具体应用 碳纤维复合材料因其独特、卓越的性能，在航空领越特别是飞机制造业中应用广泛。统计显示，目前，碳纤维复合材料在小型商务飞机和直升飞机上的使用量已占70％~80％，在军用飞机上占30％~40％，在大型客机上占15％~50％。

碳纤维树脂基复合材料

碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）具有质量轻等一系列突出的性能，在对重量、刚度、疲劳特性等有严格要求的领域以及要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都具有很大优势。

碳纤维增强树脂基复合材料已成为生产武器装备的重要材料。AV—8B 改型“鹞”式飞机是美国军用飞机中使用复合材料最多的机种，其机翼、前机身都用了石墨环氧大型部件，全机所用碳纤维的重量约占飞机结构总重量的26％，使整机减重9％，有效载荷比AV—8A飞机增加了一倍。数据显示采用复合材料结构的前机身段，可比金属结构减轻质量32.24%。用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27～28%。未来以F-22 为目标的背景机复合材料用量比例需求为35%左右，其中碳纤维复合材料将成为主体材料。国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机，已实现了结构的复合材料化。

直升飞机上碳纤维增强树脂基复合材料的用量更是与日俱增。武装了驻港部队并参加了2007 年上海合作组织在俄罗斯反恐军演的直-9 型直升飞机，是我国先进的直升飞机。该机复合材料用量已占到60％左右，主要是CFRP。此外，日本生产的OH-1 “忍者” 直升飞机，机身的40％是用CFRP，桨叶等也用CFRP 制造。在民用领域，世界最大的飞机A380 由于CFRP 的大量使用，创造了飞行史上的奇迹。这种飞机25%重量的部件由复合材料制造，其中22%为碳纤维增强塑料(CFRP)。由于CFRP 的明显减重以及在使用中不会因疲劳或腐蚀受损，从而大大减少了油耗和排放。燃油的经济性比其直接竞争机型要低13%左右，并降低了运营成本，座英里成本比目前效率最高飞机的低15%~20%成为第一个每乘客每百公里耗油少于三升的远程客机。

纳米材料在航空中的应用

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。

纳米材料由于具有独特的小尺寸效应而表现出不同于传统材料的物理和化学性质。利用纳米材料这些独特的性质。可对传统材料进行改性，进而开发出更高性能的材料．开辟出新的材料生产途径．以满足传统材料所不能达到的要求．尤其是满足航天航空领域对材料性能的特殊要求。应用纳米材料可减小航天器电子元器件的体积和质量．并提高其可靠性。纳米材料的发展方向主要有功能纳米材料及结构纳米材料纳米材料在航天器结构材料上的应用 1．金属及金属基复合材料晶粒细化是提高金属材料强度最有效的方法之一。利用添加纳米陶瓷来增强金属合金基材料的方法，就是把纳米陶瓷粉体均匀分散于合金中．以提高合金的成核速率．同时抑制晶粒长大．从而起到晶粒细化的作用。抑制材料使用过程中微裂纹的扩展．提高产品的强度。例如，将纳米碳化硅、纳米氮化硅、纳米氮化钛、纳米硅粉添加到金属基体(铝、铜、银、钢、铁等合金)中。可制造出质量轻、强度高、耐热性好的新型合金材料。

(1)纳米氮化钛应用于合金钢、铁纳米氮化钛具有硬度和热稳定性高、粒度小，以及分散性好的特点。在钢水冷却结晶过程中．纳米氮化钛成为晶核相．可大大增加成核数量，减小晶粒尺寸．达到细化合金晶粒的效果．使合金的综合性能大大改善。

(2)纳米碳化硅应用于银基复合材料通过向基体中加入均匀、细J．J＼，具有良好稳定性的颗粒．达到弥散强化合金的目的．是制备高强高导合金材料的重要途径之一。纳米碳化硅对于银合金来说是一种有效的增强相．当纳米碳化硅的质量百分含量为l％时．强化效果佳．材料的抗拉强度可达39IMPa．相对电导率为60．2％，强度和耐磨性均有所提高。(3)纳米碳化硅弥散强化铜基复合材料高强高导铜基复合材料在集成电路的引线框架 各类点焊、滚焊机的电极、触头材料，电枢、电动工具的换相器等电子设备中具有广泛的用途。但铜合金的高强度和高导电性一直是一对互相矛盾的特性．一般只能在牺牲电导率和热导率的前提下改善铜的力学性能，以获得高强度。采用纳米碳化硅稳定弥散强化铜基材料是解决 这一矛盾的较好方法 通过向基体中加入均匀、细小，具有良好稳定性的纳米碳化硅颗粒以达到弥散强化铜合金的目的．已成为制备高强高导铜基复合材料的研究热点。

(4)纳米碳化锆应用于硬质合金纳米碳化锆是一种重要的高熔点、高强度和耐腐

蚀的高温结构材料 纳米碳化锆用于硬质合金材料中．可提高材料的强度和耐腐蚀性等性能。

纳米材料用作涂层可提高工件的耐磨性、抗剥蚀性和抗氧化性。研究表明，用纳米碳化硅、碳化锆、碳化钛、氮化钛、碳化硼等粉体作为金属表面的复合涂层．可获得超强耐磨性和润滑性．其耐磨性比轴承钢高100倍．摩擦系数为0．06～0．1．同时还具有高温稳定性和耐腐蚀性。在液体火箭发动机关键零部件中应用纳米技术．可大大延长这些零部件的使用寿命 4．特种密封材料发动机出现故障最多的是各种密封面的失效．密封面的表面质量是决定密封性能好坏的主要因素．和用纳米材料改性密封零件基体或在密封表面覆盖一层纳米粉末极大地改善其密 性能。目前。密封橡胶所用的增强剂多为纳米级炭黑．若改用纳米氮化硅使其拉伸强度提高1 4倍．并改善其耐磨性和密封性。

将纳米金属粉添加到固体火箭推进剂中．可显著改善固体推进剂的燃烧性能。例如，在固体火箭推进剂中添加纳米级铝粉或镍粉．推进剂燃烧效率可得到较大提高、燃速显著增大。含有纳米金属铝粉的固体推进剂燃速比含有常规铝粉的固体推进剂的燃速高5 20倍。

总而言之, 材料的不断发展可以极大的促进航天事业的发展。航空材料也变得多种多样，例如现在的智能材料。材料是人类赖以生存和发展的物质基础，而随着高技术群的兴起，又把新材料与信息技术、生物技术并列作为新技术革命的重要标志。现代社会，材料已成为国民经济建设、国防建设和人民生活的重要组成部分。

第三篇：综合应用系统与通信系统接口

综合应用系统与通信系统接口

应充分利用通信平台提供的CTI和其它形式的接口，在应急值守与指挥调度系统中，用户在应用系统的前台界面进行的操作，应用系统直接调用通信平台提供的接口，使用通讯系统的通讯能力完成诸如电话呼入业务响应、电话呼出、电话会议以及短信、传真、邮件等功能，为用户提供一体化的“一点通”应用解决方案。相应的接口主要包括：

 电话呼入（应答、转接、会议）

 电话呼出（单呼、会议）

 短信（发送、接收）

 传真（发送、接收）

 邮件（发送、接收）

第四篇：GSM全球移动通信系统概述-2解析

GSM全球移动通信系统的工作过程 4.1 移动台的位臵登记 4.1.1 第一次登记

当移动台开机后,在它所处的小区,通过空中接口搜索BCCH(广播控制信道,内含有位臵区域识别码(LAI信息(在GSM900规范中定义小区分配编码占用16bit,这个信息在BCCH上规则的广播,以便手机知道自己目前的位臵小区。BCCH是个小容量信道,每0.235 S传一个23字长的消息。移动台依靠收到的频率校正本身的频率,通过同步信息校正本身的信号,锁定到一个正确频率上,从该频率的信道上接收寻呼信号和其它信息。

假如此MS在寄存器中找不到LAI,它就向该业务区的MSC/VLR发送位臵更新请求消息,通知网络它是此位臵区的新用户。此消息经BSS到MSC,最后到VLR。VLR对消息中含有的国际移动用户识别码(IMSI或临时移动台识别码(TMSI以及位臵信息进行分析。此时MSC/VLR就认为该MS被激活,在其数据字段中做“附着”标记,这个标记与IMSI有关。MSC/VLR向HLR发送位臵更新请求信息。HLR位臵更新操作完成后,向VLR 发送位臵更新接受消息。最后由MSC向MS发送位臵更新证实信息,这个过程就算完成,至此MS已在HLR和VLR中注册登记。

4.1.2 分离与附着程序

当一个MS被激活时,对MS标有“附着”标记(IMSI标志;当MS关机时,有IMSI分离程序能使MS通知网络该移动用户为无效用户,此后不再发送寻呼此MS的消息。因此分离与附着程序都与IMSI有关。

当MS关机时,MS向网络发送的最后一条消息是处理分离请求消息,MSC/VLR收到“分离”消息后,就在该MS对应的IMSI上作“分离”标记。归属位臵寄存器(HLR并没有得到这个分离消息,只有拜访位臵寄存器(VLR已“分离”信息作了更新。当MS 再开机时,若它仍处于发送分离消息时的位臵区,则只要完成附着程序即可;若不在原位臵区,它仍要执行位臵更新程序。

4.2 移动台的漫游与位臵更新 4.2.1 漫游的解释

对于处在开机但空闲状态下的MS,它要不断地移动,在某一个时刻它被锁定于一个已定义的无线频率上,即某个小区的BCCH载频上。当MS向远离此小区的方向上移动时,信号强度就会减弱,当它移动到两个小区理论边界附近的某一点时,MS就会因原来小区的信号太弱而决定转到附近信号强的新的无线频率上。为了正确选择无线频率,MS 要对周围的邻近小区的BCCH载频的信号强度进行连续测量,当发现新的BTS发出的BCCH载频信号强度优于原小区时,MS就锁定于这个新的载频上,这就是移动台的切换。MS所接收的BCCH载频的改变并没通知给网络。

移动中的MS,由于接收信号质量的原因,通过无线空中接口不时地改变与网络的连接,这种能力就称为漫游。

4.2.2 移动台的位臵更新

位臵更新过程是由MS引发。在GSM系统中有三个地方需要知道位臵信息,即HLR、VLR和MS(或SIM卡。当这个信息发生变化时,需要保持三者的一致。MS开机后就会对周围进行测试,并连接到接收性能最好的广播信道上。如图4-1所示,移动台所处的区有三种情况: ①在同一位臵区内的不同小区(特征:属于同一BSC(如图中A 其锁定的BCCH载频不同,但没有位臵区的变化,无需位臵更新。②在同一业务区的不同位臵区(特征:属于同一MSC(如图中B, 当MS从LA1向LA2移动时,信号强度会减弱,当它移动到边界附近某一点时,MS就会因原来小区信号太弱而决定转到邻近信号强的新的无线频率上。为了正确选择无线频率,MS要对周围的邻近小区的BCCH载频的信号强度进行连续测量,当发现新的BTS发出的BCCH载频信号强度优于原小区时,MS就锁定于这个新的载频上(小区选择的规则主要来自无线传播条件,以达到最佳传输质量为目的。一个

正常业务状态的MS,收听由业务小区广播的频率表,从中获得同一PLMN(公用陆地移动网中邻近小区的标志信道(CCCH,MS逐一与这些标志信道同步,以解调出每个BCCH上的信息,从中可以确定PLMN和位臵区(LA标志以及各种无线参数。MS对允许接入的小区计算其无线环境并与当前环境比较,这些处理是与当前小区寻呼信道的接收并行的。当MS在同一LA内发现一个更好的小区时,就切换到这个小区并收听新小区的寻呼信道,同时监视新的标识信道表。位臵区的变化要通知网络的MSC,MS要求接入网络来进行MSC/VLR内的位臵更新。此时,VLR中MS的位臵就由原来的LA1改为LA2。

③在不同业务区(特征:属于不同MSC(如图中C MS的业务区改变必须通知网络,以便能找到漫游的移动台,MS开机后就得报告网络它目前所处位臵。当它锁定在新的BCCH的载频上,并在BCCH消息中得知此时它所处的位臵区及所属业务区。首先MS向网络发出位臵更新请求,此信息通过空中接口传到LA1的BSC,再由它传送到新的MSC。第二步是由新的MSC向HLR发送位臵更新请求信息。从HLR向新的MSC发回位臵更新请求接受,这个消息通过LA1所属的BSC到新小区的BTS,再通过空中接口传送给MS,这就是位臵更新证实。此时MS已在新的MSC 业务区,它必须删除旧的MSC中的位臵信息,否则它的位臵就有两处,无法准确找到它。此时由HLR向旧的MSC发送位臵删除信息,旧的MSC得到此信息后,在VLR删除此移动用户的位臵信息,并向HLR报告位臵删除接受,至此,MS已属新MSC/VLR中的一个用户。

4.3 移动台的切换过程 切换处理分成几个级别: BTS内的切换类型由BTS自主决定;BTS之间、BSC之内的切换由BSC决定;BSC之间、MSC之内的切换由MSC处理;

MSC之间的切换由GMSC决定。

BSC与MSC之间的接口协议称为BSSMAP(BSS管理应用部分,用以支持各种连接处理和切换过程,其承载方式是A接口上的CSS.7信令协议。BTS与BSC之间的协议称为RSM(无线分系统管理,用于支持分配传输路径和测量报告处理,其承载方式是Abits接口上的LAPD信令协议。BTS与MS之间的协议称为RIL3—RR(无线接口第三层RR协议,它只是整个第三层实体的一部分,用于支持无线连接处理和测试报告处理,其载体是Um接口上的LapDm信令协议。除此之外,还有邻近MSC之间交换消息的协议,称为MAP/E(移动应用部分—E ,它只是MAP的一部分,用于支持MSC之间的交换处理,其承载是MSC之间的CSS.7信令系统。

越区切换是指移动台正处在呼叫建立状态或忙状态下的无线信道转换过程。移动台从一个小区移动到另一个小区,两小区的无线频率是不相同的,若想要维持通话,MS的频率必须改变,即从一个小区的一个无线频率下的一个时隙转换到另一个小区的另一个无线频率上,并占有它的一个时隙。

切换是由网络决定的。通话中的移动台从一个小区移动到另外一个小区,这个小区可能是同一业务区的同一BSC管辖下的小区;也可能是同一业务区不同BSC管辖下的另一小区;还可能是不同业务区中的另一小区。根据这三种不同情况要进行不同的操作。4.3.1 BSC内的切换

这是最简单的切换过程。BSC根据MS和BTS的测量报告,经分析处理后,确定此时MS所在区,即MS报告中最强信号的小区。BSC与新小区的BTS建立链路,并在新小区中给MS分配一个TCH供MS切换后使用。MS切换后,BSC向MSC报告,MS由A点移动到B点的情况,此时MS仍属BSC1管辖。MS在切换后继续测量周围小区的信号强度,并接收新小区的信息。

4.3.2同一业务区不同BSC之间的切换

移动台从B点移动到C点就属于这种切换,此时MS已跨越两个BSC,即从BSC1到BSC2。

切换过程如下:首先是MS向原来的MSC1报告其测量结果。经BSC1的分析处理,得知MS所到的小区属BSC2管辖,做出切换判决,向MSC发切换请求。MSC与BSC2建立新路径到BTS(新小区,即MSC向BSC2发出切换请求。BSC2收到切换请求消息后,与新的BTS建立链路,为MS提供切换用的新TCH,即允许切换,BSC2向MSC发出切换请求证实。此时MSC向原来的BSC1发出执行切换命令,经BTS到MS。MS切换后,送出切换完成消息到BSC2,即MS与MSC2建立通路。BSC2向MSC报告切换完成,送出MS 接入新TCH信息到MSC。MSC向BSC1发出清除命令,释放原来MS的信道。BSC1完成信道释放后向MSC报告清除完成。

MS到达一个新的位臵区后,要继续测量周围小区的信号强度,同时接收BSC2的有关信息。位臵区发生变化时,它还要进行位臵更新。

4.3.3不同业务区之间的切换

MS从C点移动到D点就属于这种切换,即从MSC A,动到MSC B,这是最复杂的切换情况,要进行多种信令的传递过程才能实现。当主呼MSC(MSC A发送执行切换消息给另一个MSC(MSC B时,消息中包含MSC B分配无线信道的部分参数,并应标明呼叫所切换到的基站(BS。当该基站完成无线信道分配,并且MSC B从其相关VLR取回切换号码后,MSC B将返回MSC A无线信道应答消息。切换号码用于将呼叫从MSC A接续到MSC B。

如果MSC B中没有空闲业务信道可用,将告诉MSC A,并由MSC A结束切换进程。MS 现存的线路连接将不被消除。

收到无线信道响应消息后,MSC A用固定网络的信令(IAM在MSC A和MSC B之间建立连接。MSC B发出地址完成消息(ACM并开始无线信道的切换。收到ACM后, MSC A开始切换过程,即向BSC2和MS发出切换命令。移动台完成无线信道切换后,发送证实消息给MSC B,然后MSC B发送结束信号给MSC A。收到此消息后MSC A释放原有无线信道。

为了不与MSC A和MSC B之间所用的PSTN/ISDN信令系统冲突,MSC B收到证实后产生回答信令(ANS。

MSC A将掌握总的呼叫控制直至固定用户或MS挂机。然后,MSC A释放至MSC B的连接,并发送结束信令消息来中止MAP进程。MSC-B将释放RR子层的连接,并发送切换报告消息给其相关的VLR,用来释放切换号码。

4.4 移动台呼出 步骤如下: ①原先工作在广播控制信道(BCCH上,后MS向BS发出申请信道的请求,收到BS发来的立即分配消息后,MS转到指定的专用信道(DCCH上

② MS申请业务信道(由BS发给MSC,MSC向VLR发送请求以获得移动台的参数,网络要求对MS进行鉴权,产生一128 bit的RAND传给MS,MS处理后发送鉴权响应给网络,VLR向MSC回送信息证实,由网络方面判断此用户的合法性。

通过鉴权,网络就保密方面考虑向MS发送臵密码模式消息(加密模式管理是无线传输性之一,传输是否采用加密取决于MSC的选择,加密模式用于无线路径,管理主要涉及MS和BTS,MS提供加密参数(KC到BTS,以决定是否选用加密模式。将有关用户数据加密的信息传给移动台,MS对此消息返回密码模式完成消息给MSC,(如果需要, VLR将重新分配一个TMSI给MS。

对密码模式作出响应后,MS发送建立消息给MSC,MSC为此次呼叫分配一路地面信道,并要求BS分配无线业务信道TCH。

③移动网络的通信链路建立后,MSC向固定网络发送消息IAM(初始地址,以便将呼叫接续到固定网络。固定网络首先通过FIN(连接证实消息将设备信息返回MSC。被叫接通后,送回铃消息给MS。在被叫摘机后,固定网发给MSC回应信息(ANS。MSC发给MS 连接命令,MS发回响应并转入通话,至此,完成了MS 主呼进程。

4.5 移动台呼入

移动台被叫时,主叫方发出的被叫电话号码并不说明某条电话用户线或某个地理位臵,而只是指向某个HLR中的用户数据存储区。在GSM系统中,移动用户电话号码的结构是基于ISDN的编号方式,因此称为MSISDN,其编号方式是按照CCITT的E.164建议。移动用户电话号码中的前几位数字可表明该用户归属的移动通信网,分析开头几位号码还能确定存放该用户数据的HLR,从这个HLR的用户数据中就能读出该用户目前访问的移动交换中心VMSC。因此通过查询HLR,可以确定最终到达该移动用户的路由。由此可见,整个呼叫建立过程可分为两部分:查询HLR以前和查询以后。这使得呼叫路由分为两部分:从主叫地到发出查询的地点,再从查询地到被叫处。

GSM用户的电话号码格式 CC NDC X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 国内有效ISDN号码 国际移动用户ISDN号码 其中:CC为国家码

NDC为PLMN识别码(不一定与地区号一致 X1 X2 X3为HLR的号码 X4 X5 X6 X7为用户号码 举例:+86 139 中国电信 +86 130 中国联通

①呼叫用户拨出移动用户号码(MSISDN后,固定网络将此呼叫接续到最近的相关移动交换中心(GSMC,GSMC向归属位臵寄存器(HLR发出查询消息以获得路由信息。固定网发出的初始地址(IAM0就是移动用户号码。HLR根据其保留的被叫用

户数据,确定MS目前所在的VLR,并向该VLR发查询消息。VLR返回该MS的移动台漫游号码(MSRN,并由HLR返回给GMSC(第一部分查询HLR以前。根据这些消息, GMSC将呼叫接续到拜询MSC,即MS目前归属的MSC。MSC向VLR发送信息I/C,以获得呼叫信息

② MSC向相关的基站BS发出寻呼请求信息,以建立至MS的呼叫连接。BSC确定被呼MS所归属位臵区的BTS后,向其发送呼叫分组信息,BTS再通过寻呼信道(PCH发出被叫MS的识别号和寻呼模式。

③当被呼MS接收到它的呼叫后,在MS中的RR子层启动随机接入进程(RAP,在随机接入信道(RACH上发送信道请求信息给BS。此请求给BS的RR子层。RR子层分配专用控制信道(DCCH,并在公共控制信道(CCCH上发送立即指配消息给MS。MS转换到相应的DCCH上,从而建立起主信令链路(MSL。然后,MS向BS和MSC返回寻呼响应信息。

④接到MS的寻呼响应后,MSC向VLR发送过程接入请求。然后,开始常规鉴权和密码参数传递过程。如果成功,VLR向MSC发送完成呼叫消息,启动MSC发送设臵消息给MS。被呼MS收到此消息后进入呼叫存在状态,同时向BS返回呼叫证实消息,以说明MS已具备受话的条件。

⑤收到呼叫证实消息后,MSC为此次呼叫分配地面信道,并命令基地台分配无线业务信道TCH。此过程与MS主呼中的相应过程一样。若TCH连接成功,MSC将收到的应答为指配完成信息。

⑥信道建立完成后,MSC将收到MS发来的回铃消息。然后,MSC在FIN(连接证实中发送连接证实消息给呼叫端,并在发送给固定网的ACM(地址完成消息中指示被呼移动台已接通。被呼用户摘机后,MS发送连接消息给MSC。MSC返回被呼MS应答并发回应消息(ANS给主叫用户。至此,完成了移动台被呼的接续过程。

4.6 移动台工作原理

移动台设备是GSM系统中用户所使用的入网设备。它分阶段地为用户提供GSM系统的所有业务功能。移动台设备分为终端设备(TE和用户身份卡(SIM卡两部分。移动台设备应包括一套无线收发信机、一个控制器及话音编译码器,另外还应提供用户接入网络必需的键盘、显示器,除此以外还提供用户接入网络必需的键盘、显示器,除此以外还提供ISDN终端接入功能,因此在移动台中还提供终端接入所必须的码速适配功能。通常一个移动台的组成方框如图4-2所示。

4.6.1 简化描述 语音信号为模拟量，通过话筒送入手机，对它进行抽样模数转换及语音编码，变成 13kbit/s 数据流，编码输入为每 20ms 一段，将 2080bit 经编码压缩后变为 260 bit，语音 编码后再进入信道编码，编码完成后在与控制器产生的信令信号经编码后的混合，形成传 输速率为 22.8kbit/s。编码后的语音和信令再进入交织及加密单元。交织单元分两步交织: 一为 3 组 8 个 57 bit 块交织组合为 2 组 114 bit 块，二为此 114 bit 块再内自行交织，然后 这些块进入加密单元与加密数据的 114 bit 进行异或形成加密后的比特流。加入其它变成 156.25 bit 的 Burst。然后组合到 TDMA 帧和时隙中去，形成复帧、超帧及超高帧，最后 形成 270.833kbit/s 的 TDMA 帧数据流送到调制解调器发送。4.6.2 射频单元的工作 射频单元包括从调制器、发信到天线合路器及接收到解调输出部分电路，其主要功能 是将基带单元所形成的 TDMA 帧调制到射频及其相反过程。射频单元发射频率为

890~915MHz，收信频率为 935~960MHz，频道间隔为 200kHz。合路器是将移动台发信和收信组合到一根天线上。在 GSM 数字移动通信系统中，由 于收发不在一个时隙（发比收慢 3 个时隙），因此移动台可以省去用于收发共用的双工 器，只需要使用简单的收发合路器（组合）功能，即可将发信和收信信号组合到一根天线 上而不会互相干扰。调制将从 TDMA 帧来的 270.833kbit/s 数据流信号按 GSMK 调制方法形成 I、Q 信 号，再送到发信上变频器调制到 900MHz 频段。解调和均衡将从收信单元接收的模拟 I、Q 信号进行数字化处理恢复出基带信号。频率合成器为发信和收信单元提供变频所必须的本 振信号，它通常从时期电路获得基准频率源，然后采用锁相技术实现频率合成。4.6.3 基带部分的工作 基带部分电路包括信道编/译码、加密/解密、TDMA 帧形成/信道分离及基时钟电路，它还包括话音/译码、码速适配器等电路。

来自送话器的话音信号经过 8kHz 抽样及 A/D 转换，变成 13bit 均匀量化的 104kbit/s 数据流，再由话音编码器进行 RPE－LTP 编码。编码输入为每 20ms 一段，经话音编码压 缩后为 260bit，其中 LPC－LTP 为 72bit，RPE 为 188bit。话音编码后的信号速率为 13kbit/s。同时话音编码器还提供话音活性检测（VAD）功能，即当有话音时，其 SP 信号 为 1；当无话音传输时，将 SP 示为 0（即 SID 帧）。13kbit/s 话音信号进入信道编码器进行编码。对于话音信号的每 20ms 段，信道编码 器首先对话音信号中最重要的 Ia 类 50bit 进行分组编码（CRC 校验），产生 2bit 校验 位，再与 132bit 的 Ib 类比特组成 185bit，再加上 4 个尾比特“0”，组合为 189bit,这 189bit 再进入 1/2 速率卷积编码器，该编码限制长度为 5，最后产生出 378bit。这 378bit 再与话音信号中对无线信道最不敏感的 II 类 78bit 组成最终的 456bit 组。同样，对于信令 信号，由控制器产生并送给信道编码器，首先按 FIRE（法尔）码进行分组编码（称为块编 码），然后再进入 1/2 卷积编码，最后形成 456bit 组。因此信道编码后信道传输速率为 22.8kbit/s 编码后的话音和信令信息再进入交织及加密单元。在交织单元，这些 20ms 话音的 456bit 被分为 8 个 57bit 块，这些 57bit 块被存储，并和前后面 8 个 20ms 话音的 57bit 块分别再交织组合为 8 个 114bit 块，并且在每个 114bit 块中这些从两个 20ms 来的 57bit 再一次每比特每比特交织形成的 114bit 块。这些 114bit 块进入加密单元与加密数据的 114bit 进行异或形成加密后的比特流。加密后的 114bit 流被加入训练序列及头、尾比特等 组成 156.25bit（包括 8.25 防护比特）的突发，这些突发被按信道类型组合到不同的 TDMA 帧和时隙中去，形成复帧、超帧及超高帧，最后形成 270.833kbit/s 的 TDMA 帧数 据流送到调制解调器发送。在接收通道，执行与上述相反的过程。在这些成帧及信令控制 过程中，都是以时钏基准部分提供的统一帧号、时隙号、1/8bit 时钟等为基础的，以便各 部分同步执行。4.6.4 控制器的工作 控制器实现对移动台的控制，包括对无线信道频率合成器的控制以选择合成的频道； 根据从信道解码得到的信令信息，执行相应的信令协议并送到信道编码器再发射出去，以 便与网络建立信令通信；对信道编译码、TDMA 帧形成等部分的控制。此外，它还控制键 盘的输入、显示器的显示输出以及与外部 SIM 卡的接口与通信。码速适配器的控制也由控 制器等单元完成。

第五篇：复合材料在航空中的应用

《飞行器设计与工程专业技术讲座

（三）》结课报告

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日期：2016年 10月09日

复合材料在航空中的应用

前言

现代高科技的发展离不开复合材料，复合材料[1] 对现代科学技术的发展，有着十分重要的作用。复合材料的研究深度和应用广度及其生产发展的速度和规模，已成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标志之一。进入21世纪以来，全球复合材料市场快速增长，亚洲尤其中国市场增长较快。2003～2008年间中国年均增速为15%，印度为9.5%，而欧洲和北美年均增幅仅为4%。

一．复合材料的简介

复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。

复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草或麦秸增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。

二．在航空中常用的复合材料

60年代，为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能纤维（如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，其比强度大于4×10厘米（cm），比模量大于4×10cm。为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别，将这种复合材料称为先进复合材料。按基体材料不同，先进复合材料分为树脂基、金属基和陶瓷基复合材料。其使用温度分别达250～350℃、350～1200℃和1200℃以上。先进复合材料除作为结构材料外，还可用作功能材料，如梯度复合材料(材料的化学和结晶学组成、结构、空隙等在空间连续梯变的功能复合材料)、机敏复合材料（具有感觉、处理和执行功能，能适应环境变化的功能复合材料）、仿生复合材料、隐身复合材料等。

目前航空航天领域应用较广的复合材料航空主要包括树脂基复合材料、金属基复合材料、碳基复合材料和陶瓷基复合材料。

1．树脂基复合材料

树脂基复合材料有玻璃／酚醛、高硅氧／酚醛、石英／酚醛、碳／酚醛、涤纶／酚醛材料和以不同树脂为基体的低密度烧蚀材料。其中玻璃／酚醛、高硅氧／酚醛和石英／酚醛材料属于碳化--熔化型烧蚀村料，适用于中等焓值和中等热流密度的工作环境再入飞行器和中等推力的固体火箭发动机防热材料；碳／酚醛材料属于碳化--升华型烧蚀材料，适用于能发挥升华效应的较高焓值和较高热流密度的工作环境，可用于更远距离再入飞行器和高性能固体火箭发动机喷管等；涤纶／酚醛材料和低密度烧蚀材料适用于高焓、低热流和较长时间再入的航天飞行器如返回式卫星和飞船等。树脂基介电--防热材料有高硅氧／聚四氟乙烯材料，它属于升华--熔化型烧蚀材料，烧蚀过程中不生成碳，具有良好的透波性能，烧蚀性能与高硅氧／酚醛相匹配，用作航天器天线窗口材料。

先进树脂基复合材料是以高性能纤维为增强体、高性能树脂为基体的复合材料。与传统的钢、铝合金结构材料相比,它的密度约为钢的1/5,铝合金的1/2,且比强度与比模量远高于后 二者。目前用途最广的主要有碳纤维复合材料(CFRP)和芳纶纤维复合材料(AFRP)。CFRP 具有比强度高、耐高温、减振性好、耐疲劳性能优越等突出优点,是目前民用飞机上用量最大,也是航空航天等尖端科技领域发展较为成熟的先进复合材料[2]。AFRP热稳定性好,耐介质性能优良,可作为复合装甲材料,有较强的防护力。国外近年致力于将该种材料用于制作军、民用飞机的“光谱屏蔽”材料,其关键性能指标------抗冲击性能相当出色。

2.金属基复合材料

金属基复合材料主要是指以Al、Mg等轻金属为基体的复合材料。在航空和宇航方面主要用它来代替轻但有毒的铍。这类材料具有优良的横向性能、低消耗和优良的可加工性,已成为在许多应用领域最具商业吸引力的材料,并且在国外已实现商品化。而在我国仅有少量批量生产,以汽车及机械零件为主,年产量仅5000吨左右,与国外差距较大[3]。

3.陶瓷基复合材料和碳/碳复合材料

陶瓷基复合材料和碳/碳复合材料属于耐热结构复合材料。目前美国和西欧各国侧重于对陶瓷基复合材料在航空和军事应用上的研究。美国国防部一直把这项技术列入重点投资项目,仅1992年美国投入陶瓷基复合材料应用研究的经费就高达3500万美元[4]；法国SEP公司用陶瓷基复合材料制成的SCD-SEP火箭试验发动机已通过点火试车,并使结构减重50%[5]。国内从20世纪90年代初开始进行该领域的研究,目前尚未有批量生产的报道。

我国获得应用的陶瓷基耐高温防热／透波阻及防热，透波，承载多功能复合材料主要为二氧化硅基复合材料。二氧化硅基透波复合材料是以二氧化硅材料为基体，采用高硅氧纤维织物或石英纤维织物作为增强体，经浸渍增密、热处理、防潮处理等工艺技术途径制备的复合材料，具有优良的防热、耐热、透波、承载及抗冲击等功能。

三.应用现状

1.飞机机身上的应用

先进复合材料用于加工主承力结构和次承力结构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。目前被大量地应用在飞机机身结构制造上和小型无人机整体结构制造上。

飞机用复合材料经过近40年的发展,已经从最初的非承力构件发展到应用于次承力和主承力构件, 可获得减轻质量(20-30)% 的显著效果。目前已进入成熟应用期,对提高飞机战术技术水平的贡献、可靠性、耐久性和维护性已无可置疑, 其设计、制造和使用经验已日趋丰富。迄今为止, 战斗机使用的复合材料占所用材料总量的30%左右,新一代战斗机将达到40%;直升机和小型飞机复合材料用量将达到(70-80)%左右, 甚至出现全复合材料飞机。[5]“科曼奇”直升机的机身有70% 是由复合材料制成的,但仍计划通过减轻机身前下部质量,以及将复合材料扩大到配件和轴承中,以使飞机再减轻15%的质量。“阿帕奇”为了减轻质量,将采用复合材料代替金属机身。使用复合材料,未来的联合运输旋转翼(JTR)飞机的成本将减少6% ,航程增加55% ,或者载荷增加36%，以典型的第四代战斗机F/A-22为例复合材料占24.2% , 其中热固性复合材料占23.8%,热塑性复合材料占0.4%左右。热固性复合材料的70% 左右为双马来酰亚胺树脂(BMI,简称双马)基复合材料[6]，生产200多种复杂零件,其它主要为环氧树脂基复合材料,此外还有氰酸酯和热塑性树脂基复合材料等。主要应用部位为机翼、中机身蒙皮和隔框、尾翼等。近10年来,国内飞机上也较多的使用了复合材料。例如由国内3家科研单位合作开发研制的某歼击机复合材料垂尾壁板, 比原铝合金结构轻21kg, 减质量30%。北京航空制造工程研究所研制并生产的QY8911/HT3。双马来酰亚胺单向碳纤维预浸料及其复合材料已用于飞机前机身段、垂直尾翼安定面、机翼外翼、阻力板、整流壁板等构件。由北京航空材料研究院研制的PEEK/AS4C热塑性树脂单向碳纤维预浸料及其复合材料,具有优异的抗断裂韧性、耐水性、抗老化性、阻燃性和抗疲劳性能,适合制造飞机主承力构件,可在120℃下长期工作,已用于飞机起落架舱护板前蒙皮。在316℃这一极限温度下的环境中,复合材料不仅性能优于金属,而且经济效益高。据波音公司估算,喷气客机质量每减轻 1kg,飞机在整个使用期限内即可节省2200美元。

2.航空涡轮发动机上的应用

由于具有密度小、比强度高和耐高温等固有特性,复合材料在航空涡轮发动机上应用的范围越来越广且比例越来越大,使航空涡轮发动机向“非金属发动机”或“全复合材料发动机”方向发展。

(1)树脂基复合材料

凭借比强度高,比模量高,耐疲劳与耐腐蚀性好,阻噪能力强的优点,树脂基复合材料在航空发动机冷端部件(风扇机匣、压气机叶片、进气机匣等)和发动机短舱、反推力装置等部件上得到广泛应用。如JTAGG验证机的进气机匣采用碳纤维增强的PMR15树脂基复合材料,比采用铝合金质量减轻26%；F136发动机采用与F110-132发动机相似的复合材料风扇机匣,使质量减轻9kg。

(2)碳化硅纤维增强的钛基复合材料[7]

凭借密度小(有的仅为镍基合金的1/2),比刚度和比强度高,耐温性好等优点,碳化硅纤维增强的钛基复合材料在压气机叶片、整体叶环、盘、轴、机匣、传动杆等部件上已经得到了广泛应用。

(3)陶瓷基复合材料[8]

目前主要的陶瓷基复合材料产品是以SiC或C纤维增强的SiC和SiN基复合材料。凭借密度较小(仅为高温合金的1/3-1/4),力学性能较高,耐磨性及耐腐蚀性好等优点,陶瓷基复合材料,尤其是纤维增强陶瓷基复合材料,已经开始应用于发动机高温静止部件(如喷嘴、火焰稳定器),并正在尝试应用于燃烧室火焰筒、涡轮转子叶片、涡轮导流叶片等部件上。

3.航空隐身材料上的应用

新型隐身材料对于飞机和导弹屏蔽或衰减雷达波或红外特征，提高自身生存和突防能力，具有至关重要的作用。在雷达波隐身材料方面，除涂层外，复合材料作为结构隐身材料正日益引起人们的关注，主要为碳纤维增强热固性树脂基复合材料（如C/EP、C/PI或C/BMI）和热塑性树脂基复合材料（如C/PEEK，C/PPS），目前已经得到了某些应用。

四.发展前景

复合材料是未来发展我国航空航天工程最有前途的材料,在未来的研制中涡轮发动机材料必须在抗拉强度、蠕变阻力、低和高循环疲劳、耐高温腐蚀和耐冲击损伤等方面满足要求。提高复合材料高耐热性、强度和韧性是发展复合材料的关键,今后在耐高温材料上应重点研制结构陶瓷、陶瓷复合材料, 和微叠层复合材料。同时要在研究低成本复合材料的制造技术上加大力度。

参考文献

[1]中国复合材料网

[2] 科学研究动态监测中心.战略高技术研究动态监测快报[R].成都: 中科院成都文献情报中心, 2005 [3] 孙晋良.当前中国尖端材料发展的现状和趋势[R].上海: 中国复合材料学会, 2004.[4] OKOJIE R S, SAVRUN E, NGUYEN P, et al Relirbility Evaluation of Direct Chip Attached Silicon Carbide Pressure Transducers[A].3rd International Conference on Sensors[ C].Vienna, Austria: 2004.24-27.[5] 张佐光.功能复合材料[M].北京: 化学工业出版社, 2004.22-30.[6] 邓云, 王欣, 李建国, 等.新型海冰调查设备--冰样压缩机[J].海洋技术, 2006, 25(1): 50-53 [7] 张世银, 汪仁和.多功能冻土三轴试验机的研制与应用[J].试验技术与试验机, 2007, 47(1): 67-70 [8] 高向群, T.H.Jacka.人造冰和冰芯冰蠕变和方位组构发展对比[J].冰川冻土, 1995, 17(4): 343-349

对所学专业的认识和发展的打算

飞行器设计与工程专业（代码 082501）属于工学大类，航空航天类。一般设有飞行器设计、飞行力学与控制、直升机设计、空气动力学、飞行器结构强度等专业方面，主要研究的是各种航天飞行器，包括人造卫星、宇宙飞船、空间站、深空探测器运载火箭、航天飞机等空间飞行器及导弹的设计。

飞行器设计与工程专业毕业生一般可从事飞行器结构工程、民用机械、交通运输工程、船舶与海洋工程、工业与民用建筑工程、软件工程等方面的设计与科研、教学工作，从事航天器、火箭、导弹等的设计、实验、研究、运行维护等工作，还可从事航空和其他国民经济部门的技术和管理工作。主要从事飞行器(包括航天器与运载器)总体设计、结构设计与研究、结构强度分析与试验，并从事通用机械设计及制造的工作。

随着我国经济实力的强大，在国际上的地位逐渐提高，以及国际间综合国力竞争的日趋激烈，国家会对本专业相关职、行业的发展给以足够的重视。而且，次新科技革命的兴起、信息化时代的到来，对飞行器设计与工程专业的教育与科研也是一次极大的推动。借助这样的国际环境和国内经济的发展，以及良好的政策氛围和广阔的消费市场，本专业在未来肯定会有一个质与量的飞跃。

由于国家大力发展航空及相关事业，所以近年来飞行器设计与工程专业的毕业生在找工作时真可谓炙手可热、供不应求，北京、上海、西安等地航天科技院所的骨干和其他高新技术的研制与开发人员多半是从这一专业走出。但本专业的毕业生在择业时，应时刻谨记自己肩上的历史重任，把在学校所学到的过硬专业知识无私地奉献给祖国的蓝天事业，力争将“好钢用在刀刃上。”不要因为贪图了眼前一时的利益，被暂时物质利益所诱惑，而放弃了自己多年的专业学习。我国的空间技术研究的历史还不是很长，这方面的后备人才非常短缺。而培养出一个专门人才，国家会付出太大的代价，太多的时间。如此，出于对国家的利益，择业时的选择应该拿准。近年来，本专业的毕业生还有一个趋势——出国深造。这种选择未尝不可。到国外学习了他人先进的技术，再回国为祖国的空间技术献计献策献力，走一条“师夷长技以制夷”的捷径，可以缩短自己在黑暗中摸索的时间。

个人的计划打算是，毕业后先不急于寻找工作，先去读研深造，等自身有了较强的专业知识和较高的能力水准后再投入到工作中去!从而可以发挥更大的价值！