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            網上展室

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            【科技進步】堅持自主創新發展 科技實力顯著提升
            2017-12-18

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            在科技進步的漫漫征途中,中國航天空氣動力技術研究院的科研工作者秉承航天人拼搏奉獻的精神,歷經風雨,辛勤耕耘,揮灑汗水,不懈求索。

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            研究院堅持走自主創新發展道路,科研規模不斷擴大,基礎研究能力大幅提升。同時積極開展國際技術交流與合作,與俄羅斯、意大利等國家建立了穩定的技術合作關系,積極選派人員參加國際學術交流和培訓,邀請國際知名專家學者來院講學,擴展科研人員專業研究視角。

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            “十二五”以來,研究院在空氣動力學、無人機、環保、測控等研究領域取得累累碩果,為我國航天技術及武器型號的研制、航天技術產業化發展提供了關鍵技術支撐,為推動我國從航天大國走向航天強國做出了巨大的貢獻。

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            一、持續強化空氣動力學科基礎研究

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            以高超聲速基礎科學研究中心、國防科技創新團隊、自主創新研發、創新激勵機制為特色的科技創新體系的有力支撐下,大批標志性創新成果不斷涌現。建院以來,申請專利1305件,授權專利678件,軟件著作權登記22項;在核心刊物發表論文數百篇,獲國家級和部委級科技獎數十項。

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            以國家重大專項工程和國家安全重大基礎研究為重點,在多個領域躋身國內外技術前沿。高超聲速可壓縮湍流研究項目先后完成了湍流研究方法、湍流實例計算與實驗、湍流應用原理與驗證、湍流理論發展等4個方面的研究內容,揭示了高超聲速飛行器復雜流動機理,發展了測試技術,提出了湍流、轉捩的應用途徑,在湍流基礎理論和湍流應用方面均取得了重要成果,有力地支撐了高超聲速飛行器關鍵技術的研究。

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            在國際上首次創立了疏導式熱防護的新概念、新理論,科學定義了表征疏導性能的特征參數,揭示了基于熱負載平衡原理的快速傳熱、多相隔熱和輻射散熱控制三大物理機制,開創了熱防護研究新領域,對解決高超聲速飛行器非燒蝕熱防護難題具有重大意義;突破了高溫熱管、熱相容性、熱環境預測與長時間加熱地面模擬等關鍵技術,解決了高溫接觸熱阻和高溫熱管小型化等難題,實現了以高導固體和氣液兩相為介質的疏導式熱防護途徑;國際上首次完成一體化異型尖前緣高溫熱管防熱結構的設計與制備,經地面試驗考核,驗證了疏導式熱防護的顯著效果,并通過了地面風洞試驗、熱振試驗等工程應用考核,使高超聲速飛行器長時間非燒蝕熱防護設計成為可能。

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            在探月工程返回器研制任務中,承擔90余項急、難、重大攻關任務,完成了返回器氣動布局優化、氣動力特性預測、氣動熱環境預測與材料選型燒蝕試驗與熱分析、熱防護、熱傳導建模計算等關鍵技術攻關,突破了稀薄流預測、輻射加熱、高狀態剪切燒蝕、結構件長時間等多項技術難題,為返回器研制提供了有力技術支撐。

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            自主研發“星空”系列低成本飛行試驗平臺并成功開展試驗,標志著我國已成功建立了空氣動力學研究中除理論研究和地面試驗以外的第三種研究手段——飛行試驗研究。

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            在加強基礎條件建設的基礎上,充分發揮了空氣動力推動和引領型號發展的作用,變被動承擔型號試驗為主動為型號部門提供設計方案,開展以試驗和理論相結合的氣動基礎和應用基礎研究;配套完善了0.6米量級的空氣動力試驗地面模擬設備,形成了1.2米量級的空氣動力試驗地面模擬體系,重點建成了1.2米亞跨超聲速風洞、Ф1米量級電弧風洞和Ф1米激波風洞試驗設備,為國家重點武器裝備、大型運載火箭的研制和重大工程的實施提供了必要的試驗條件。型號研究、試驗手段全面提升,設計參與度和系統集成能力顯著提高,試驗測試條件普遍改善,科研配套基礎整體加強,初步形成了較為完善配套的飛行器研制、生產體系。通過能力建設,改善了原有的型號試驗、驗證分析手段,初步形成型號驗證與分析一體化集成系統,滿足了型號優化設計和驗證需要,提高了型號設計、驗證質量,縮短了研制周期并降低了研制成本。滿足了型號試驗的需要。特別是,氣動熱地面模擬試驗設備能力得到了很大的提高,具體表現在:電源功率、電弧加熱器功率、噴管出口尺寸、運行時間等試驗參數指標得到顯著提升,并承擔了多個重要型號的氣動熱地面模擬試驗。保持著國內相關領域氣動熱實驗的優勢。另外,為滿足風洞試驗需要,配套基礎設施建設與風洞建設同步發展,重點解決了真空系統(中、低真空)、中壓氣供應問題。通過對動力基礎設施的補充建設,使各有關單位的水、暖、電、氣及管道系統的容量需求得到滿足、安全隱患得到有效控制。

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            數值模擬方面,隨著計算流體力學(CFD)技術在航天型號中越來越廣泛的應用,對與CFD軟件相配套的計算機硬件條件、輔助軟件和應用開發軟件的要求也急劇提高。我院建設的CFD氣動數值模擬系統涵蓋了高性能計算系統、存儲系統、可視化處理系統、數據管理系統,以及相應的網絡保障系統等。浮點運算能力已達到27萬億次,隨著正在建設項目的完成,該能力還將成倍提高。建立了CFD氣動數值模擬的基礎條件,可以完成飛行器從亞、跨、超聲速到高超聲速各種氣動特性分析,包括無粘性流場分析系統、粘性流場分析系統,可以計算真實氣體效應的影響;具備機動飛行時大攻角分離流動的氣動特性分析能力、高雷諾數下湍流流動對氣動特性影響的分析能力、飛行器與推進系統相互作用的一體化分析能力、多體分離的分析能力等。極大地提高了CFD技術為航天型號服務的能力,對加快型號的研制進度,促進新型航天飛行器的創新和發展有很大的推動作用。

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            二、大幅提升特種飛行器主業技術實力

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            作為高性能中空長航時武裝無人機裝備,彩虹4在技術上實現了重大創新,擁有自主知識產權,綜合技術水平達到國際領先。該項目的主要創新點為:提出了大載彈量和長航時、保持對地威懾壓制的優化設計理念,建立了武裝無人機新的總體設計方法、流程和指標評價體系,提出了以氣動特性最優為核心的飛行器構型設計方案;首創無人機對地攻擊自動展位和5000米相對高度即察即打技術,作戰靈活度、生存度大幅提升,采用飛行平臺和武器綜合匹配優化設計方法,設計了指控、火控、飛控一體化作戰軟件;提出了以載荷、武器操作而非飛行平臺操控為中心的設計新理念與系統設計方法,實現高度智能化、低成本、易操作,具有很強的作戰環境適應性和系統安全可靠性。

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            彩虹5無人機是軍民融合的實踐先鋒,從系統設計之初即考慮了軍民兩用的需求。該機采用了全新的操作方艙,實現了網絡化的指揮控制和對地互動式情報雙向分發獲取,支持一站多機飛行,操作人員更多,操作更簡單。彩虹5無人機利用其強大的載重能力,通過掛載高清光電載、高清相機、高光譜相機、SAR等多種載荷,可以全面覆蓋海洋生態環境保護、防災減災監測、海域和海島動態監測、海上維權執法以及應急響應五大海洋監視監測需求。彩虹5無人機還是應用系統是實現海事“三化”建設以及海陸空“空間一體化”海事監管模式的重要保障。在資源勘測方面,彩虹5無人機利用其大尺寸、大載重、長航時的優勢,搭配具有強大供電負載能力的飛行器平臺,可實現高性能、高效、高精度航空物探應用,可廣泛應用于化學填圖、礦產勘查、水文地質和環境監測等領域。

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            太陽能無人機是一種由太陽能及其再生能源驅動的電推進航空器。研究院從2000年左右開始相關技術論證與系統研究,2004年實現小型太陽能無人機首飛。今年,又在國內首次完成40米翼展太陽能無人機飛行試驗,為此類大型臨近空間無人飛行平臺的發展奠定了堅實基礎。目前,太陽能項目團隊已驗證了氣動、結構、能源、推進、飛控等分系統設計技術及各系統之間的工程性系統集成。

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            三、牢牢把握環保主業自主知識產權

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            研究院充分利用航天領域空氣動力學的技術優勢,突破氣動脫硫裝備技術工藝包優化設計、氣動脫硫塔優化設計和智能控制系統設計等關鍵設計,取得自主知識產權,形成年產多套大型燒結機煙氣脫硫裝置的能力。累計承擔馬鋼集團、河鋼集團等多項大中型工程項目。

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            煙氣脫硫技術日臻成熟,性能可靠,達到國內領先、國際先進水平。創新核心工藝和核心設備設計,形成氣動再生脫硫技術整套工藝包和工程設計技術,打破國外技術壟斷,填補國內空白。催化裂化裝置氣動脫硫除塵技術裝備應用日臻成熟,可有效帶動國內石化煉油行業煙氣治理產業升級,實現經濟發展與環境改善的良性互動。

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            突破高效、低耗的國產化SCR氣脫硝關鍵技術,形成了適用于大中型火電機組的SCR脫硫工程國產工藝包設計能力和生產能力,提升了國產大中型SCR脫硝裝備的技術水平,進一步降低了國內脫硝行業對進口技術的依賴,為SCR脫硝工程國產化設計節約了資金。

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            緊跟國家能源產業和環保事業發展形勢,研制出具有自主知識產權的煙氣氣動脫碳工藝和核心氣動吸收/解收設備,打破了國外的技術壟斷,為未來拓展煙氣脫碳市場積累了足夠的技術儲備。創新研發設計出可達到工業煙氣顆粒物排放超低限值的氣動旋流高效除塵除霧器結構,已獲得3項發明專利和9項實用新型專利授權。創新煙氣濕法脫硫除塵超低排放一體化工藝,優化工藝路線、工藝流程、工藝系統,達到超低排放標準。

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            四、穩步實現測控主業質的飛躍

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            十二五期間,測控主業的發展經歷了一個從量變到質變的過程。

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            在無人機及導彈舵控技術研制方面,研發團隊將“簡諧振動”理論創新性地引入到舵機設計過程中,研制了院“彩虹”系列無人機和“射手”系列導彈的舵控系統。目前,舵控產業產能達到1000/年,研發、生產、檢測設備齊全,軍品生產工藝和管理流程基本成熟。

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            成功將游戲開發平臺應用于無人機模擬訓練裝備的研制,該技術可復制應用于其他裝備的模擬訓練中;成功研制復雜的系統集成產品,為自主研制無人機地面指揮站奠定了基礎。提出完整的光電載荷、數據鏈、地面指控站的系統級解決方案,在小型化、低成本的無人平臺市場具有廣泛的應用前景。

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            基于分布式光纖傳感技術的周界應用具備及時識別相應入侵事件、大范圍監控、長距離傳輸、低能源依賴性、高環境耐受性、抗電磁干擾、抗腐蝕等特性,提供了一種全新的安防解決方案?;谠摷夹g的光纖入侵報警系統、光纖油氣管道安全預警系統、光纖語音監聽系統等技術成果成功應用于多個安防項目。

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            可調諧半導體激光吸收光譜技術是國際上最新一代氣體傳感技術。十一院利用4年時間,完成相關的基礎研發工作,掌握了核心器件和核心技術,并根據客戶需求,研制出多款基于可調諧半導體激光吸收光譜技術的具有自主知識產權的氣體分析儀。已在多個項目中實現成功應用,未來還可在氣象濕度、文物保護、工農業環境監測等領域積極拓展。2016年,“高精度激光調制吸收水汽傳感器應用技術”被中國高科技產業化研究會評定為國際先進。2017年,“高精度激光濕度傳感器”被授予北京市新技術新產品證書。

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            太赫茲人體安檢儀迅速打入國內維穩檢測市場,技術水平國際一流。采用瞬態高分辨率太赫茲安檢成像技術,可以有效提高安檢速度和效率,同時規避傳統安檢手段不能檢測非金屬武器、易燃易爆液體/固體等弊端,有效擴大可探測禁帶品的種類和范圍,降低誤檢率、漏檢率,可充分滿足機場、火車站、海關、出入境口岸、公檢法部門、大型會議活動等人員密集場所的大流量快速安檢需求。

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