航天技术概论报告

航天技术概论报告 题目：简述F22情况 组员： 发展史与简介 ： 一 ：动力系统 设计分析二 ： 隐身 F-22的维护与保养 ： 完成日期：2012年4月23日星期一 F22发展史与简介 F-22Raptor（猛禽）是由美国洛克希德·马丁（Lockheed Martin）设计的新一代重型隐形战斗机。也是目前专家们所指的第四代战斗机（此为西方，俄罗斯标准则为第五代）。 发展历程 1971年美国战术空军指挥部提出的下一代战机的研发计划。   1986年10月31日洛克希德、波音和通用动力3家公司联合研制 小组的YF-22中标，并按要求制造两架原型机。   1990年9月29日，第1架YF-22首飞，10月26日进行了第1次空中加油。10月30日第2架原型机进行首次飞行。 1994年10月6日，洛克希德航空系统公司开始制造第1架F/A-22的部件。  2001年8月，F-22研制成功10年后，美国终于下定决心投入巨资批量生产F-22战斗机。 2005年在美国空军正式服役的量产型则为“F-22A”。 　　2009年4月6日，奥巴马政府时任国防部长盖茨宣布，国防部将向国会建议删减许多大型武器采购计划，包括在制造生产的187架F-22战机完成后，减少乃至停止生产这一昂贵战机。 F22的性能与基本资料 极速 2,414 公里／时(约等于一秒钟跑4圈北投国小的操场) 巡航速度 1,963 公里／时 最大升限 19,812 公尺(约是39栋101大楼叠起来) 飞送航程 加挂2个外部燃料箱可飞 (约七个台湾的长度) 翼负荷 322 公斤／平方公尺 最大 G 限 −3.0/+ 满载内载燃料 约 (约八十五头刚出生的小象) 现役国 目前只有美国，部署在本土阿拉斯加 造价 US$1亿1000万(约NT36亿)(还持续再涨高) F22-A武器配备 机砲 M2 火神式六管旋转机砲 主要的空对空武器 AIM-120先进中程空对空飞弹、 AIM-9响尾蛇飞弹、 AIM-132短程空对空飞弹 主要的空对地武器 GBU-32联合直接攻击弹药（简称JDAM）、 风偏修正弹药洒布器（简称WCMDs）、 GBU-39小直径炸弹（简称SDB） 个人总结 通过本次的学习，我不仅锻炼了动手能力，进行了F22飞机模型的制作，还锻炼了自己的独立学习能力，在网络上查找相关资料，和小组里的其他同学一起相互配合学习，让我们更有团队协作精神。在学习这门课之前，我对这些方面的知识的了解不是很多，只是略懂皮毛。在老师的指导下和大家相互帮助中，让我对国外的先进航天技术有了一定认识，也让自己更加关心我国此方面技术的发展状况，发现我们和美国在航空航天技术上还有很大的差距和不足。我国自行研制的歼十、歼二十等飞机和美国的相比差距不是一点点。这让身为国防生的我们更有了一种对祖国国防的紧迫感和危机感。未来的战争的胜利更多的在于一个国家的空军的强大与否，我们只有大力发展航空航天技术，装备空军，才能让我们拥有和平安定的家园。 此次学习中我也发现自己有很多不足，对于很多知识的了解并不透彻，有时候只是知道了一些就不再继续学习，对于一些关键性的问题把握还是有一定的不足。学习的时候缺乏耐心，很多时候想一个人完成却忽略了大家的力量，做事情有点一意孤行。这些都是我自存在的问题，在今后的学习生活中我应该多加注意。 F/A22设计分析一：动力系统 F/A-22装两台普拉特•惠特尼公司F119-PW-100加力式涡扇发动机。F119是普•惠公司为美国第四代战斗机研制的先进双转子加力式涡轮风扇发动机，其设计目标是：不加力超音速巡航能力、非常规机动和短距起落能力、隐身能力(即低的红外和雷达信号特征)、寿命期费用降低至少25%、零件数量减少40～60%、推重比提高20%、耐久性提高两倍、零件寿命延长50%。在80年代初确定的循环参数范围是：涵道比0.2～0.3；总增压比23～27；涡轮进口温度1649～1760℃；节流比1.10～1.15。 　性能与结构设计： 　普惠公司在60年代后期开始研制的民用发动机(JT9D、PW2037、PW4000)及军用发动机(F100)中，高压转子均采用1-1-0支撑方式，即高压压气机前为滚珠轴承，后支点设在高压涡轮前，高压涡轮是悬臂支撑的，该轴承的负荷是通过燃烧室机匣传出的。　普惠公司在F119发动机的总体设计中，一改以往的作法，将高压转子的支撑方式改用了GE公司惯用的1-0-1且后支点为中介轴承的方式, 在该公司最新的民用发动机PW8000中也采用了1-0-1高压转子支撑方式，这一设计变化，值得注意。 　 　　主要部件设计特点： 　 1. 风扇 3级，第1级风扇叶片采用宽弦、空心设计, 与用于B777的PW4084发动机上的空心叶片结构相同，即叶片由叶盆、叶背两块型板经扩散连接法连接成整体叶片，在连接前，先将两板接合面处纵向地铣出几条槽道形成空腔。这种空心叶片的空心度较小。用钛合金制的3级风扇转子均采用了整体叶盘结构。单个加工好的叶片用线性摩擦焊焊到轮盘上相应的凸块上(凸块与叶片底部均留有少量加工余量)，焊好后再将多余的材料磨去形成完整的整体叶盘，罗-罗公司近期也采用这种加工方法。在YF-22进行验证飞行时所用的YF119中，仅第2、3级风扇采用了整体叶盘。为保证风扇机匣刚性均匀，保持较均匀的叶尖间隙，风扇机匣作成整环的，为此，风扇转子作成可拆卸的，即第2级盘前、后均带鼓环，分别与第1、3级盘连接。风扇进口处采用了可变弯度的进口导流叶片，其结构与F100的类似。第3级静叶均采用了弯曲设计，这种设计也用于PW4084。 　2. 高压压气机 6级，采用高级压比设计，6级转子全采用整体叶盘结构。进口导叶与第1、2级导叶是可调节的，前机匣采用了阻燃"Alloy C"钛合金以减轻重量。为增加高压压气机出口处机匣(该处直径最小，形成了缩腰)的纵向刚性，燃烧室机匣前伸到压气机的3级处，使压气机后机匣具有双层结构，外层传递负荷，内层仅作为气流的包容环，这种结构在大型高涵道比涡扇发动机中得到广泛采用。 　3. 燃烧室短环形，火焰筒为双层浮壁式，外层为整体环形壳体，在壳体与燃气接触的壁面上铆焊有薄板，薄板与壳体间留有一定的缝隙，使冷却两者的空气由缝中流过。为了使薄板在工作中能在圆周与长度上自由膨胀，薄板在圆周与长度上均切成一段段的，形成多片瓦块状的薄板，因此这种火焰筒又可称为瓦片式火焰筒。采用浮壁式火焰筒可改善火焰筒的工作条件，不仅可提高火焰筒的寿命，与燃气接触的瓦片烧坏后还可更换，而且还可使排气污染物减少。这种结构己在V2500、PW4084等民用发动机上采用。 4. 高压涡轮单级，工作叶片用普惠公司的第3代单晶材料制成，采用了先进的气膜冷却技术。涡轮盘采用双重热处理以适应外缘与轮心的不同要求，即外缘采用了提高损伤容限能力的处理，以适应榫槽可能出现的微裂纹；轮心部分则采用提高强度的热处理，这种在一个零件上采用两种要求不同的热处理，实属罕见。工作叶片叶尖喷涂有一层耐磨涂层(在XF119上没有采用)，以减少性能的衰退率，这种措施在大型民用涡扇发动机中应用较多。 　5. 低压涡轮单级，与高压涡轮转向相反。这种将高、低压转子作成对转的结构，当飞机机动飞行时作用于两转子上的陀螺力矩会相互抵消大部分，因此可减少外传到飞机机身的力矩；另外，对装于两转子间的中介轴承，轴承内、外环转向相反时，会大大降低保持架与转子组合体相对内、外环的转速，对轴承的工作有利，但增加了封严的难度。理论上，高、低压涡轮对转时, 可以不要低压涡轮导向器(YF120上即无)，但F119上仍然采用了导向器。低压涡轮轮盘中心开有大孔，以便安装高压转子的后轴承(中介轴承),这与F404、M88发动机的结构类似。 　6. 加力燃烧室分三区，加力筒体采用"Alloy C"阻燃钛合金以减轻重量，筒体内作有隔热套筒，两者间的缝隙中流过外涵空气对筒体进行冷却，在YF119上采用外部导管引冷却空气对筒体进行冷却，在F119上取消了外部导管。 　7. 尾喷管二元收敛-扩张矢量喷管，喷管上、下的收扩式调节片可单独控制喉道与出口面积，且当上、下调节片同时向上或向下摆动时，可改变排气流的方向，从而改变推力的方向。发动机的推力能在飞机的俯仰方向±20°内偏转，从+20°到-20°的行程中只需1秒钟。推力和矢量由双余度全权限数字电子控制系统控制，用由煤油作介质的作动筒来操纵。调节片设计成可减少雷达散射截面积；为减少红外信号，对调节片进行了冷却。尾喷管也采用"Alloy C"阻燃钛合金以减轻重量。 8. 燃油控制系统为第3代双余度全权限数字电子控制系统。 　维修性与可靠性设计： 1. 维修性在F119设计中，特别强调了维修性，例如大部分附件包括燃油泵和控制系统均作成外场可更换组件(LRU)，每个LRU拆换时间不超过20分钟，所用的工具仅是11种标准手动工具；在外场维修时需进行拆装的紧固件不允许用保险丝、开口销；由于采用"B"型螺母，拧螺母时可不采用限扭扳手；孔探仪的座孔设计成无螺纹内置式的；所有导管、导线均用不同的颜色予以区分；滑油箱装有目视的油位指示器；连接件作成能快卸快装的结构；自动化的综合诊断系统；在外场无须对附件进行调整与微调；以计算机为基础的培训系统；电子技术(即光盘)文件；具有抗外物击伤与抗锈蚀能力；压气机机匣水平对开，以便迅速接近内部零件；所有附件均置于发动机下部等。由于采用了这些措施，使外场级、中修级的维修工作减少75%，基地级维修所用的工具减少60%，平均工具的重量减轻40%。 　2. 可靠性普惠在设计F119时，遵循了采用"经过验证的技术"，以及使发动机结构简单和零件数少的原则，因此，它的性能较前一代发动机F100有较大提高，也采用了一些以前发动机中未采用的新技术，而其可靠性比F100的要高。表3表示F119与F100-PW-220相比，其可靠性和维修性的改进。 F119是美国普惠公司为F-22研制的推重比10一级的加力式涡扇发动机，它采用了普惠公司多年的经验和新研究的技术，在结构和性能上代表了当前最先进的战斗机发动机的水平。可靠性、耐久性和维修性也较前一代向前迈进了一大步。 总结： 通过本次航模制作，我对课本上的航空航天知识有了细致的理解，增加了我对这门课的兴趣。以前对各种航天器的相关参数，技术原理知之甚少，通过这次ppt的制作，我在网络上查询了很多相关资料，详细的了解了很多相关知识。在我们组的完成过程中，我负责F22的动力系统介绍，通过网络上资料的汇总比对，我对F22在动力方面的先进性有了深刻的理解，同时也意识到我们国家在高性能的新型战机方面所处的状况。师夷之长，希望我们国家早日摆脱发动机研制的瓶颈。通过本次分工合作，增加了我与小组成员之间的默契与相互协作的能力，在完成的过程中，感谢老师及同学的帮助，使我收获颇丰。 隐身 作为一款四代战机，具备隐形，高机动，超巡等这些是必备的基本能力。在四代机中，隐身是非常重要的一个因素，事实上，雷达回波的强度跟被照射物体的形状有很大的关系。它的外形就是上面讲到的倾斜的菱形。这就是洛克希德马丁公司最早的。这就也是F117的方案。 雷达波也是一种波，所以它具有波的普遍特性。一般而言，波长越长它的频率就越低，而波长越短，他的频率就越高。高频率的超声波具有指向性好，精度高，不易受干扰，信号回馈速度快，但传播距离短的特点。而低频率的长波则具有相反的特点，其中频率低的L波段主要用于远程警戒雷达，S波段用于中程警戒与跟踪，X波段由于体积小，所以用于空中或其他移动场合，多普勒导航雷达也是X波段雷达。由于S波段跟X波段是目前应用最广泛，最主要的工作频段，所以隐形飞机的隐形主要就是针对这些波长做文章。 不同波长的电磁波打到飞机上截获的目标截面积RCS（radarcrosssection）的差异很大。总的来讲，主要分三种。 1．低频区：当雷达波的波长大于目标尺寸时，入射场的相位跟振幅都没有什么变化。 2．谐振区：当雷达波的波长跟目标尺寸相近时，入射场的相位跟在目标长度上的变化很明显。 3．高频区：当雷达波的波长小于目标尺寸时候，它的散射符合光学定律，目标形状间的相互作用可以忽略不计。 所以要想有效减小雷达反射面积，采取隐形手段才是最有效的。对于散射回波，主要分有镜面散射波，绕射波和行波，爬行波这几个种类。 1.飞机表面要尽量的平滑过渡，尽量不要有任何缺口，突出物等任何剧烈改变的地方上 2.把强散射源变成弱散射源 3.对强散射源进行遮挡 吸波材料 由于飞机的隐身特殊布局会受到空气动力学的限制，它的作用是有限的。要想进一步降低雷达的RCS，另一个有效方法就是用吸波材料。 吸波材料又分两种，一种是涂上去的，另一种是结构型材料（如复合材料）。对于复合材料，由于他本身就具有一定的透波性和吸波性，而且复合材料比金属材料的强度好，抗疲劳度高等优点，所以现代战斗机越来越喜欢用复合材料. 红外隐身技术 红外线其实也是一种电磁波，当物体具有一定温度的时候，就开始向外发出红外辐射。在红外频谱中，红外辐射的高频段与可见光相连，而红外辐射的低频段与无线电波的“极高频段”相连。 总结： 通过这次对模型飞机的拼装与分析，让我更加清楚了普通战斗机的构造。也是我初步的了解些关于飞机的基本知识。由于我主要负责对飞机的隐身性能进行分析，所以我想浅谈我对隐身有关知识看法，通过对F22隐形性能的分析让我全面的了解了关于一些隐身的方法，以前我只是单方面的认为隐身的主要手段就是依靠对飞机外形的设计达到隐身的效果。但是我这样的认识是错误的，隐身不仅仅是依靠对飞机外形的设计还有对其图层涂料的研究等，这是一个很多门科学汇集解决的问题，我想从隐形性能的发展水平上可以侧面的反应出一个国家的科技水品。当然对于F22这样国际上都很先进的隐形战斗机而言，我想它的隐形性能指导着世界隐形飞机的发展方向。 当然F22也不是是十全十美的，我个人认为F22的技术水平是毋庸置疑的但是我想对于这样的飞机只能是美国用于震慑他国的政治武器与筹码。真正在实际的战斗中我想就算美国这样的大国动用这些飞机都要算算划不划算吧，当然很多国家对于F22身上的科技可望不可即，都想得到一架，我想这些国家的目的也仅仅是出于学习的目的，所以通过以上分析我想F22的缺点和明显它的开发政治因素大于实战因素，这是我个人观点有什么不妥的地方请老师海涵。 我想这次的小组合作我们分工明确，每个人都有很高的积极性，大家都很乐意去才与此次活动中，当然这使我充分的感觉到很多人合作的力量是大于个人的力量的。 F-22的维护‘压力较大’ 美国空军新一代F-22“猛禽”战斗机存在严重缺陷,存在保养和维护难题。该战斗机每在空中飞行一小时,就需要进行30多个小时的保养。这使得其飞行成本超过每小时4.4万美元,大大高于它将要替代的老式机型。据悉,保养难题的根源在于该战斗机的外表金属涂层防水效果差,而且易于磨损。 F－22表面吸收雷达波的金属涂层，是造成维护麻烦的主要原因，这种涂层一旦被雨水侵蚀或磨损伤害，就会发生问题。大多数飞机在生产制造体系进入成熟期之后，会更易于维修，花费也更少。 　　　美国国防部作战试验与评估办公室说：“从2004年至2008年，每飞行1小时后，F－22的平均维护时间由20小时增加到34小时。其中修复表面涂层就占一半以上的维修时间和费用。” 　　自2001年投入量产后，F－22开始在一系列测试中出现结构问题，工程师们对飞机的结构和油路进行了改动，计算机系统上出现的问题，经常迫使工作人员反复测试几百万行的程序代码。价值百万美元、能躲避雷达探测的战机座舱盖也存在问题。一名空军官员说，当它出现剥落现象，强度降低，然后就报废。美国空军中将C·D·穆尔和五角大楼军购部门高官戴维·埃亨承认，座舱盖透明度下降速度快于预期，平均每飞行331小时，座舱盖就会出现棕色斑点和剥落，而规定时间是800小时，每次修复费用就达12万美元。 　缺陷居然“不可撤销” 　　F－22设计于上世纪80年代初，旨在赢得与苏联先进战斗机的格斗，确保美国在空战中的长期优势。难怪有批评者称：“F－22设计于30年前，是为了与冷战的对手较量，如今这种单价昂贵的飞机面对小型战争和恐怖主义威胁显得不合时宜。” 　　　　比埃尔·斯普利在上世纪七八十年代曾担任F－16战斗机和A－10攻击机的设计师，他说自从F－22项目开始那天起，空军就把这个项目设计得“太大而不可推翻，因此也是不可撤销的”。斯普利进一步解释，当初洛·马将F－22的1000多份子分发给了40多个州的承包商，这样做的目的就在于，当批评者们指责“那些失败的试验和惊人的费用时”，这使得F－22项目作为一个既成事实而“不可撤销”。 F－22项目就在这种形势下启动了。达罗尔·奥尔森是一位飞机隐形涂层专家，1995～1999年在洛·马公司的试验室任职，他说：“我发现了F－22涂层存在的问题后，曾建议‘告诉空军，我们存在困难’，但公司不允许我这样做。”洛·马公司后来解雇了他，他离开公司后，在2005年听到以前的同事说，“F－22的涂料与吸收雷达波的材料问题依旧存在。”但洛·马否认奥尔森的说法。比埃尔·斯普利则透露，F－22的工程师们说子承包商太多了，造成质量控制太差，以至于同样的部件都不能互换，给后续的维护保养工作带来了大量困难。 因此说,维护已成为F-22的一个真实存在且需要解决的问题. 总结: 通过这次组装与查阅,我看到了新一代战机的全新面貌 ,同时认识到了差距与不足.作为世界上第一款投入服役的第四代战斗机，F-22在航空史上具有划时代的意义，一问世就受到了全世界广泛的关注，众多航空爱好者、五角大楼和美国空军也对此寄予了厚望。虽然在某些方面还不够完备,但其技术含量不可小觑. 全面隐形、不开加力超音速巡航、超机动性、高可维护性，装矢量推力发动机、简易维护、短距起降、高度信息化等都将其放在了世界前列.看到这些,我急切希望中国也能在最短的时间内造出自己的新一代战机.使我国的军事能力进一步提高,从而,更好的维护世界和平与稳定.