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  • 崔尔杰

    崔尔杰(1935-2010),中科院院士,空气动力学家,北京空气动力学研究所研究员,生于山东济南,原籍河北高阳,在国内率先开展航天器非定常气动力和流固耦合问题的研究,突破该领域多项关键技术;提出利用非定常激励进行流动控制获得高升力的方法并揭示其机制;建立和发展复杂飞行器外形考虑气动干扰的气动弹性分析新方法;发展涡致振动的非线性振子模型,提出抑制涡致振动的多种途径。

    编辑摘要
    词云

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 崔尔杰 籍贯: 河北高阳
    国籍: 中国 职业: 空气动力学家
    毕业院校: 北京航空学院

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    人物简介/崔尔杰 编辑

    崔尔杰 崔尔杰

    崔尔杰(1935-2010),中科院院士,空气动力学家。生于山东济南。原籍河北高阳。1959年毕业于北京航空学院空气动力学专业。北京空气动力学研究所研究员。在国内率先开展航天器非定常气动力和流固耦合问题的研究,突破该领域多项关键技术;提出利用非定常激励进行流动控制获得高升力的方法并揭示其机制;建立和发展复杂飞行器外形考虑气动干扰的气动弹性分析新方法;发展涡致振动的非线性振子模型,提出抑制涡致振动的多种途径。领导和主持多项型号关键动力问题攻关和重大工程项目的开发工作。提出建立“地面效应空气-流体力学”的框架设想并对其研究内容作了充实与发展。开拓风工程和工业空气动力学应用研究,在结构风致振动、风力机气动弹性和体育流体研究等方面做出了创新工作。1999年当选为中国科学院院士。2010年12月13日晚因突发心脏病去世,享年75岁。  

    科研情况/崔尔杰 编辑

    崔尔杰(照片1) 崔尔杰(照片1)

    崔尔杰,航天科技集团航天空气动力技术研究院研究员,中国科技大学工程科学学院院长,清华大学和北京航空航天大学兼职教授。曾任中国力学学会理事长、亚洲流体力学会副主席。从事航天飞行器非定常气动力与空气弹性、风工程与工业空气动力学等方面的理论与实验研究。为解决型号研制中遇到的许多空气动力学和空气弹性力学问题做出贡献;在非定常流与流动控制等基础研究方面,取得多项创新成果。对非定常增升机制、钝物体旋涡脱落模式、多物体干扰等提出新见解,发展了涡致振动的非线性振子模型,提出抑制涡致振动的多种途径,对工程实际有重要意义。主持被列入“国家火炬计划”的全垫升气垫船研制和被列入“九五”国家科技攻关计划及国家重大科技成果产业化计划的“地效飞行器”项目的技术工作,解决了一系列关键技术问题,已开发出多种型号投入国内和跨国航线运行。提出建立地面效应空气/流体动力学的框架设想并对其内容作了充实与发展,

    主要贡献/崔尔杰 编辑

    崔尔杰(照片2) 崔尔杰(照片2)

    崔尔杰从事航天飞行器非定常气动力与空气弹性、风工程与工业空气动力学等方面的理论与实验研究。为解决型号研制中遇到的动态气动载荷、颤振、抖振、风致振动、气动噪声、动稳定性等问题做出贡献在非定常流与流动控制等基础研究方面,取得多项创新成果。主持“国家火炬计划”的全垫升气垫船研制和“九五”国家科技攻关计划及国家重大科技成果产业化计划的“地效飞行器”项目的技术工作。

    主要经历/崔尔杰 编辑

    炮火战争年代

    崔尔杰(照片3) 崔尔杰(照片3)

    虽然已年逾七旬,经历人间数度风雨,但在崔尔杰的记忆里始终无法忘怀的是坐落在济南运署街上的济南一中,这是一座有百年历史的名校。自1947年考入该校到1953年高中毕业,六年的时光中,泉城济南大明湖畔的省图书馆和汇泉寺、北极阁这些去处,留下了少年崔尔杰其乐无穷的成长印记。

    令崔尔杰最为难忘的是1948年9月的(阴历8月)中秋节前,解放军围城,解放济南的炮声已经在市郊打响,第二天去学校上课,老师给他们出了个作文题目:《一夜炮声又中秋》,而实际上,炮声响起就没有再停歇,学自然是上不成了。经过七、八天的激战,济南获得解放。不久,接管工作队进驻到一中,工作队的干部们“走家串户”地访问老师和同学,动员大家回校复课。

    解放后的济南百废待兴,为了尽快恢复教学秩序,工作队和老师们一面加紧抢修校舍,一面想出很多办法吸引学生们回校。工作队还分发演出票,让学生们去旧军门巷电影院看宣传队演出《白毛女》、《解放区的天》等节目。崔尔杰回忆说,解放后学校里到处是一片热火朝天的新气象,各班级纷纷出版墙报,《春风》、《野火》、《潮流》……贴满了校园墙壁,同学们评论时政,欢庆解放,气氛非常活跃。“那时候我感觉很新鲜,参加活动也很多,慢慢对解放后的社会有了很多认识。”

    1949年10月新中国宣告成立,就在这一年,崔尔杰和其他几位同学一起加入了青年团,成为他政治生活中的新起点。刻苦学习的同时,他还担任了学生会学习部长,组织同学搞活动,崔尔杰说那是他早年思想过程中的一个转变时期。接受很多新事物,对共产党、对解放后的新政权有了很好的认识。“从那时开始觉得一个人应该为社会作贡献,要关心集体,为人民服务,这样一些朦朦胧胧的思想就开始形成了。”而在此之前,出身于诗书之家的崔尔杰的人生理想是好好念书、孝敬父母,做一个正直的人,没有什么远大的理想抱负。

    激情飞扬的岁月

    崔尔杰(照片4) 崔尔杰(照片4)

    在激情飞扬的青春岁月里,崔尔杰还参加了很多的政治活动。1951年社会上开展“三反”“五反”运动,他和同学们加入宣传大军,深入基层。后来他们又跟随“工商业检查大队”到工厂、商店检查偷税漏税、投机倒把等不法行为,在斗争中接受锻炼与考验。对于崔尔杰的世界观和人生观的形成、发展产生了很大影响。

    实际上,深受传统文化浸润的崔尔杰从小就非常喜欢文学,当年在一中办墙报和校刊,写诗歌、评论,已小有名气。高中二年级时,华东青年报(上海)聘请他为特约通讯员,高考时报的三个志愿全是北大、外交学院的文科专业。要不是受解放后时代新风气和当时“抗美援朝”的感染和影响,崔尔杰很有可能与航空航天这个他为之付出大量精力和心血的领域失之交臂,而他此后在中国航空领域所做出的一系列成绩也就无从谈起了。

    为了增强新中国的国防力量,1950年和1951年学校两次动员同学们报名参加军干校。崔尔杰至今还记得庄子正老师在欢送参军同学离校大会上的慷慨陈词,他勉励留校的同学们:虽不能“仗剑而立,决胜于千里疆场”,也当发愤读书、学好本领、报效祖国。在全校这种“为祖国、为人民、发奋学习”的热潮中,崔尔杰强烈地感觉到国家需要强大的力量来对付外国的侵略,年轻人有责任保卫国家。他毅然决然地放弃了他对文学的兴趣爱好,改学工科。正好当时听说北京新成立了一个航空学院,因为成绩优秀,他和另外几位同学被学校推荐,经考试有四位同学被北航录取了。由此,崔尔杰开始了长达半个多世纪的航空科研生涯。

    在北航的日子里

    崔尔杰(照片5) 崔尔杰(照片5)

    创建于1952年的北京航空学院是今日北京航空航天大学的前身。建国伊始,国家把建立新兴的航空工业作为发展经济和巩固国防的一件重要事情,给予高度重视和大力扶持。与此同时,中央也极为重视航空高等教育事业的建设。1952年,全国高等院校院系调整中,根据周恩来总理要办专门的航空大学的指示,于同年10月25日,在清华大学航空系和四川大学、北京工业学院(现北京理工大学)航空系合并的基础上,成立了新中国第一所航空学院--北京航空学院。建校的第二年,崔尔杰考入该校,学习飞机设计专业。到1956年,为了适应祖国发展航空航天事业的迫切需求,在钱学森、沈元、陆世嘉等老一辈专家学者的倡议和推动下,北航决定成立空气动力学这个新专业,要从飞机系的设计和工艺专业抽调40名同学。但空气动力学是一门很艰深的学问,对学生平时的学习基础和外语水平要求很高。在为北航空气动力学专业成立50周年所写的纪念文章《岁月峥嵘真情难忘》里,崔尔杰深情地回忆了当年北航的年轻学子们对这个新专业的激烈竞争:“当时我们这帮年轻气盛‘不知天高地厚’的年轻人,个个跃跃欲试。记得提出报名申请的很快就达到上百人。”

    入学以后崔尔杰对专业非常热爱,学习热情很高。他说一方面是本身对科学有兴趣,另外就是考虑到国家的需求,因为当时国家航空很落后,需要振兴和发展。再加上受到了当时全国“向科学进军”高潮的鼓舞和一大批学术造诣深厚的教授们教导培育,学业上成长很快。除学好正课以外,他还和同学们一起参加了课外学习小组、研究小组以及学生科技协会的活动。崔尔杰回忆说:记得当时我和几位同学参加了理论力学小组,学习如何开展科学研究工作。同学们在这样环境和气氛中,潜心读书、搞科研、做学问,并有名师的悉心教导,进步很快。这期间,他还曾接受过教研室下达的一项任务,由老师带领,帮助北京的一家钢厂解决生产中遇到的问题。当时北京有些钢铁厂的炼铁炉,在底部周圈同时用四个鼓风机向炉子内吹气,由于几个鼓风机间压力不平衡,使炉子无法正常工作,因此向北航提出要求,希望能帮助解决。老师带着他们三位同学,深入工厂搞调查研究,听取工人师傅们的意见,现场分析问题,获得第一手资料数据,后来他们还真的提出了一个能自动调节,保持风机间压力均衡的解决问题方案。这次任务,使他又一次生动地体会到:空气动力学的生命力就在于密切联系实际。这种体验对于他参加工作后的科研活动,一直产生着巨大的影响。

    大跃进风潮中

    崔尔杰(照片6) 崔尔杰(照片6)

    在1958年的大跃进风潮中,北航学校里也开始搞大炼钢铁,武光校长和校党委及时发现问题,停止了土高炉大炼钢铁的活动,提出结合专业搞科研。学校开始组织正规的飞机型号研制,“北京一号”、二号、三号、四号……就是在这种情况下纷纷上马的。“北京一号”以空前的速度很快搞成了,试飞中还飞到了济南、上海。崔尔杰当时被分配到“北京四号”研究设计室,这是一个要将一架飞机改造成无人驾驶的任务。他和其他几位老师与同学跟随张桂联先生搞总体和气动设计计算,第一次亲身体会到参加型号研制的光荣与使命,留下了终生难忘的记忆。

    由于这种因缘,崔尔杰的毕业论文《无人驾驶飞机起飞着陆时的稳定性》是在张桂联老师指导下做的,这也是“北京四号”飞机设计中的一个具体课题。这个课题要解决的是飞机近地飞行时,各种气动参数由于“地面效应”产生随高度变化的“气动导数”影响飞行稳定性问题。后来,崔尔杰在当时苏联的《应用数学力学》杂志上,看到苏联学者卡缅阔夫的一篇文章《有限区间稳定性分析》,觉得对他论文里的问题很有用,就向张先生作了汇报,张先生考虑之后,鼓励崔尔杰把它好好看懂,想想怎样应用到自己当前的问题上去。张先生的教导,使他进一步体悟到如何联系实际深入学习,“学以致用”的道理。“四十年后,1995年开始,他承担了一项研制地效飞行器的任务,这是一种掠海飞行的飞行器,其研制关键技术问题,也是近地飞行的稳定性,有了过去的这一段经历,解决问题就感到‘得心应手’,容易多了。1998年地效飞行器试飞成功,在试飞典礼上,他感慨万千,不由自主地想到:四十年后,‘重操旧业’,历史就是这样一种永远也转不完的‘怪圈’。”崔尔杰如是感慨。

    科研工作好时候

    崔尔杰(照片7) 崔尔杰(照片7)

    在几十年的科研生涯中,崔尔杰有很多自己切身的体会。理论研究和实际结合,科研工作要面向工程需求是他终身服膺的原则和准则。要独立思考、工作,不能简单地跟在别人后面亦步亦趋。而早年在北航期间参加多项型号科研工作,使他很早就学到了如何应用理论知识解决实际工程问题的方法。

    大学毕业后,崔尔杰被分配到航天部北京空气动力研究所工作。因为航天部门对人员的政治条件要求很高,崔尔杰那时接受了近半年时间的政治审查,不过他情绪还比较稳定,一直在招待所住着,同时还自学了不少新的知识。在他的心中,想着的始终是如何在业务上学得更好,增强为人民服务的本领。

    进入到空气动力研究所之后,令崔尔杰深深受感动的是我国航天事业迅猛发展的大好形势。当时研究所刚刚正式成立,一批国内最大规模的气动试验设备正在动工建设,由全国各地聚集来得技术骨干、管理干部和大学生,以巨大热情和力量,积极投入各项建设和科研工作。每天晚上过了12点,办公楼里仍是灯火通明,虽然领导一再动员大家回去休息,人们仍迟迟不愿放下手中的工作。

    回首往事,崔尔杰感叹自己当时赶上了科研工作的好时候。1956年国家搞第一个中长期科技发展规划,明确提出要大力发展我国的航空航天事业,1960年以后形势有很大变化,中央提出向科学进军。航空航天广泛吸收各方面人才,参加空气动力研究所的工作成为崔尔杰科学道路上一个很好的起步。当时正值航天型号发展的初期,钱学森提出要建立空气弹性专业。时任空气动力研究所所长的著名空气动力学家庄逢甘根据钱老指示,让他负责新成立的空气弹性专业组。空气弹性力学研究空气动力和结构弹性耦合起来的问题,是崔尔杰此前没有搞过的。但这些并没有难倒崔尔杰。大学期间,他除了学习本专业的知识外,还选修过黄克累老师的《振动力学》课,参加过高为炳老师的“李亚普诺夫运动稳定性”讲座。以前打下的这些基础,对他后来承担空气弹性研究课题有着很大的帮助。

    崔尔杰非常感念老一辈科学家和领导给予的机会,对他来讲,刚参加工作就遇到这些老一辈科学家把握方向,指明道路很重要。并且他也确确实实交出了令人满意的答卷。当时他所带领的空气弹性专业组和另一个搞强度的研究所合作了将近一年,解决了一系列专业技术和型号研制中的问题。在这期间,由于工作进展快,表现突出,当时才25岁左右的崔尔杰曾先后三次立功受奖。这些,同样成为了崔尔杰科学道路上的一段重要历程。

    从1960年开始一直到1979年近20年的时间里,他所作的都是型号方面关键技术问题的研究。工程组后来发展壮大,最多时达三十多人。几十年的科研和工程组管理工作使崔尔杰深切地体会到:科研工作,特别是工程性、应用性的科研,涉及面比较宽,不是一个人能够解决问题的,一定要学会和别人团结共事,发挥群体力量,共同解决问题。改革开放后,国门大开,崔尔杰于1980-1982年被推荐去美国普林斯顿大学机械与宇航工程系做访问学者后又受聘担任客座研究员。继续从事空气弹性方面的研究,在国外发表了多篇研究论文,在专业方面取得新进展。

    经济建设服务

    崔尔杰(照片8) 崔尔杰(照片8)

    从80年代后期至今的20多年时间里,响应国家大力开展军转民科研生产的号召,崔尔杰在完成科研任务之外,将很大一部分精力投向了“军转民”的工作当中。在航天航空技术的民用开拓方面,做出了骄人的成绩。

    在“军转民”工作中,崔尔杰积极倡导,将钝物体空气动力学、旋涡和涡致振动方面的研究成果用于建筑物与工业构筑物的风载、风激振动与结构抗风设计,取得了很好的工程效果。同行专家评审认为该项研究“做出了创造性成果,其水平在国内处于领先地位”。期间崔尔杰曾两次去香港,现场研究解决香港大佛结构抗台风问题。他指导学生完成的亚运会大型照明灯塔设计,至今已经历实际考验完整无损。此外,崔尔杰还承担国家“七五”重点科技攻关项目中的风力机动力学研究,建立了叶片气动弹性分析方法,以及考虑塔架柔性的整机动力学模型和解法,在国内首次完成风力机叶片动稳定性风洞模型试验并提出了建立风力机动力学研究体系的具体建议。

    自从1959年英国制造出世界上第一艘气垫船后,气垫船技术受到许多国家关注。上世纪80年代,航天部领导决定要利用航天技术优势,研制开发我国自己的气垫船,气垫船被列入当时航天部十大民品和国家首批“火炬计划”项目,榜上有名。作为项目负责人,崔尔杰承担了“全垫升气垫船”研制任务,将力学理论应用于工程设计,解决了多项关键技术,开发出多种型号投入国内和跨国航线运行,还首次出口进入国际市场,在国内外产生了重大影响。

    除气垫船这项技术开发取得成功外,崔尔杰感到欣慰的还有他在技术上主持研制的地效飞行器。这项肇始于前苏联、利用地面效应原理,贴近水面(或地面)实现高速航行的运载工具,让崔尔杰看到了光明的应用前景。为此,他和两院院士、我国歼8飞机总设计师顾诵芬院士一起,找到了原航天部老部长、时任中国科技开发院院长、全国人大教科文卫委员会副主任的李绪鄂,得到他的赞同与支持,在他出面协调与组织下,由原航天部空气动力研究所、航空部水上飞机研究所和深圳科技开发院三家机构协作成立了地效飞行器开发中心,并任命崔尔杰担任项目的总工程师。地效中心采取新的管理和运营机制,利用国内存量资源,组织国内有关专家一起,在经费不足、条件比较困难的情况下,开始投入研制工作。几位年过六旬甚至七旬的老专家们牵头,硬是带领研制队伍,从1995年立项到1998年首飞成功,短短3年的时间就实现了飞跃性的突破。1999年6月,TY-1型地效飞行器在浙江湖州举行了首航仪式,正式投入商业运营。在主持这一项目技术工作中,崔尔杰提出建立“地面效应空气-流体动力学”的框架设想并对其内容作了充实与发展,成功地解决了高升阻比气动构形,近地飞行稳定性和动力增冲等一系列关键技术问题。至今,第一个型号已在太湖水面运营多年,载运乘客超过30000多人次,受到国内外广泛关注。英国权威航空刊物“国际飞行杂志”评论:“中国以该型号而成为地效飞行器的主要发展国之一”;俄罗斯“雌鹞号”大型地效飞行器总设计师和他所率领的代表团认为:在这样短的时间搞出来,飞得很好,是了不起的成绩。近十年来,国外同行的赞誉和不断前来考察、交流,证明了中国地效飞行器在世界范围内所处的先进地位和水平。

    最近,崔尔杰和他的同事们在策划研制用于高速海上运输的大型地效飞行器,争取该项技术在军用和民用两方面都能发挥它的更大的作用。像所有新事物在最初所遭遇到的那样,人们对它的认识会有一个过程,而且技术上的难题也有待进一步的攻克。崔尔杰不能忘记李绪鄂临终对他的托付:“咱们搞到现在不容易,我不行了,你一定要坚持下去。”逝者长往矣,但生者还将继续前行。他们为此而不懈地努力着,尽管碰到很多困难,“但我相信会有实现的一天。”对此崔尔杰很有信心,

    科研矢志不移

    崔尔杰(照片9) 崔尔杰(照片9)

    古人云:人生七十古来稀。在本应安享晚年的时候,74岁的崔尔杰却依然是非常忙碌,为祖国的航空航天科研事业发挥着热和力。近几年,身为国家几个重大工程项目专家组成员、他频繁出差外地,为重大专项工程出谋划策,奉献自己的力量。

    从1953年进入北航学习到今天,56年的时间里,崔尔杰从未离开过他热爱的航天科研领域。他回想起入学后第一年入选留苏预备生,在北京俄语专修学校留苏预备部(简称俄专)学了九个月的政治和俄语,后因不符合去苏联学习航空专业的政治条件而没去成。当时也曾有人建议他改选食品工业的通心粉专业,俄专也曾提出要他留在学校做老师。热爱本专业的崔尔杰放弃了留苏的机会,谢绝了俄专留他任教的美意,重新回到了北航。文化大革命中,他因“只重业务不重政治,引导年轻人走白专道路”,成了批判对象。但一心扑在科研事业上的崔尔杰对此处之淡然,并未受太大影响,仍然积极“抓革命促生产”,好在刚要受批判时,文化大革命的“16条”一公布,他那点“罪名”也就算不上什么了。

    崔尔杰(照片10) 崔尔杰(照片10)

    回首科研生涯,崔尔杰感叹:搞科研要吃得了辛苦、耐得住寂寞、经得起诱惑,外面的世界虽然很精彩,但科研工作的意义和乐趣,非亲临其境是无法体验的。他回忆起大跃进时期去十三陵劳动和文革中下放胶东军垦农场的经历,农民的朴实可爱和生活的艰苦给他留下了深刻的印象。“想想那段经历,就很容易对生活感到满足。”尽管那段时间劳动很累很苦,但崔尔杰觉得生活很有意义。

    历史的机缘和国家的需要使得曾经怀着文学梦想的崔尔杰最终成为了一名航空领域的专家,但爱读书依然是他多年坚持的习惯。从年轻至今,每晚12点之前,他很少睡眠。崔尔杰读书很多、兴趣广泛,从小爱读岳飞的《满江红》,尤其景仰岳飞的民族气节和爱国情怀。

    这种对家国挚爱的情感在崔尔杰50多年的科研生涯中,已化作一个又一个技术上的突破和成就。无论何时何地,他考虑的始终是科学和实际需求的结合。如果说纯粹基础科学是兴趣驱动使然,以解决认知为目的,对于崔尔杰来说,他终生从事的侧重于应用的科学研究,乃是出于国家的任务需求驱动,是为了解决国家的实际问题。  

    科研情况/崔尔杰 编辑

    发展现状

    一、 空天技术发展历史与现状一般认为距地球表面100公里以下的空间为“空”,100公里以上的空间为“天”,但两者间并没有绝对的分界线。空天一体化是航空航天技术未来发展的趋势,是由现代高新技术发展引发的重大变革。

    崔尔杰(照片11) 崔尔杰(照片11)

    1903年莱特兄弟研制成功世界上第一架带动力飞机,实现了人类远久的飞行梦想。20世纪初,环量和升力理论的建立,奠定了低速飞机设计基础,使重于空气的飞行器成为现实; 40年代中期至50年代,可压缩气体动力学理论的迅速发展,特别是跨声速面积律的发现和后掠翼新概念的提出,帮助人们突破“音障”,实现了跨声速和超声速飞行; 50年代中期研制成功了性能优越的第一代战斗机,如美国的F86、F100,苏联的Mig15、Mig19等。二次世界大战期间,军事航空的需求以及导弹武器的出现和投入使用,促使人们向更高的速度冲击。50年代以后,开始了超声速空气动力学发展的新时期。 第二代性能更为先进的战斗机陆续投入使用,如:美国的F4、F104,苏联的Mig21、Mig23,法国的幻影3等。

    1957年苏联发射了世界上第一颗地球人造卫星,1961年第一艘载人飞船“东方号”升空,被认为是空间时代的开始。60年代以后,苏联、美国先后研制成功一系列载人飞船,如:俄罗斯的载人飞船“东方号”、“上升号”和“联盟号”;美国的“水星号”、“双子星座号”、“阿波罗号”等。70年代,世界各国出现研制发展空天飞机的热潮。1981年美国成功发射了世界上第一架航天飞机“哥伦比亚号”。俄罗斯也在1988年发射了“暴风雪号”航天飞机。航空方面的重点则放在了发展高性能作战飞机、超声速客机、垂直短距起落飞机和变后掠翼飞机。70年代以后,第三代高机动性战斗机陆续问世,。如美国的F15、F16,苏联的Su27、Mig29和法国的幻影2000。

    航天飞机可重复使用,有效载荷能力强,原设想可以大幅度降低发射成本。但实际使用中发现,航天飞机的研制费非常高,每次的发射费用也超出先前预计,而且故障率比较高。2003年,美国“哥伦比亚号”航天飞机失事后,美国意识到,未来进入空间、控制空间、进行太空探索、向空间站运送人员和货物,迫切需要研究和发展新的空天飞行器。

    发展计划

    美国早在90年代初期开始执行“国家空天飞机”(NASP)的发展计划。该计划自1982年起步,由于在高超声速马赫数范围内,作为动力系统的超燃发动机的技术储备不足,而在短期内难以突破其技术关键,因此不得不于1994年下马,历时10余年,花费30多亿美元。此后,NASA(美国航空航天局)开始执行新的HyperX计划,该计划有三个主要目标:一是对采用的设计方法进行飞行验证;二是继续发展以超燃为动力的飞行器设计工具;三是降低由于气动力、推进系统、结构/发动机/结构一体化预估不准确可能带来的风险。1996年开始研制以火箭为动力的空天飞行器X33、X34。由于对新型轻质材料的强度、韧性和防热性能等研究不足,2001年3月也宣布下马。

    2001年6月,以超燃发动机为动力的空天飞行器X43A首次试飞,在飞行速度达到Ma=1时,由于助推器失控,飞行器脱离B52载机时偏离预定轨道,不得不引爆砸毁。

    2004年3月27日,X43A试飞获得成功,以超燃冲压发动机为动力的飞行器的可控制飞行速度达到了每小时8000公里(Ma=7),持续飞行8秒钟,飞行高度达到28000米。X43A还只是一个试验飞行器,进入实用还有很多问题,例如:超燃发动机的防热问题。目前,X43A采用的是热沉式冷却设计,而进气道唇口是开式全耗损水冷,这种冷却技术维持10秒左右的飞行时间还可以,时间长了,冷却就是一个大问题。此外,如采用更实用的碳氢化合物燃料,点火则比氢要困难得多。进一步提高飞行Ma数也面临更多难题。

    近年来美俄等国在空天技术的研究与探索方面从未停止过。美国在2004年1月宣布的太空新计划中提出,在2010年前,研制新一代“载人探索飞船”(CEV)。可一次将一组航天员及设备送往太空或月球,使载人飞船的功能得到显著提升。俄罗斯也在2004年3月公布:正发展称之为“空间快船”的新一代航天飞船,以取代老的“联盟号”。它的飞行重量是“联盟号”的2倍,可以乘载6名航天员,重复使用25次以上。据称只要研制经费能够及时到位,五年时间便可建成。

    美国国防部还宣布要发展可重复使用的“跨大气层空天飞行器”,认为它将成为未来最重要的新型空天飞行作战平台,可以为21世纪的空天运输和攻防对抗提供非常有价值的能力。它与目前正在使用的飞船和航天飞机相比有很大不同,在发射成本、可维护性、重复使用、飞行性能等诸多方面具有突出优点。它能以低价格、高可靠性代替运载火箭发射卫星,代替飞船或航天飞机进行天地往返,运送人员和货物;在军用方面,能迅速机动地进入太空空间,在两小时内实现“全球到达”,完成侦察、作战任务,还能作为各种天基作战武器的发射平台,也可长期在轨运行,执行空间预警和作战指挥。

    此外,美、俄和欧洲在空间探测和空间站建设方面也开展了大量工作。空间探测除探月外还发射了一系列行星探测器,飞往火星、金星、土星、木星等。自1962年苏联发射“火星1号”探测器以来,人类已向火星发射了30多个探测器,2/3失败。 2003年6月到7月,美国先后发射“勇气号”和“机遇号”火星车,历经半年时间,于2004年1月在火星成功着陆,现已陆续将大量极其珍贵的信息传送回地球。在空间站建设方面,美俄日加等16个国家共同建设的国际空间站,由6个实验舱、1个居住舱、3个节点舱、平衡系统、供电系统、服务系统和运输系统等组成,其总重量为500吨,可容纳7~15名宇航员同时在太空工作。该工作开始于1998年,预计投资500亿美元,工作寿命15年以上。原计划2006年建成,现在看来进度将会拖延。

    重要意义

    二、 空天技术的重要意义与作用在国家综合国力的构成要素中,航空航天技术占据着非常重要的地位,是国家实力和科技水平的象征。纵观近年来发生的多次局部战争,无一不是从空中打击开始的。除陆地、海洋外,来自空天的攻击将成为对国家安全最严重的威胁。

    以伊拉克战争为例,2003年美英等国联军出动各种飞机18000架,并首次动用了先进的F/A18E/F战机。充分利用空天地一体化信息系统的强大支持,空中作战武器平台的信息化程度比以前任何一次战争都高,共投下近3万枚炸弹,其中68% 是制导炸弹和导弹。由于掌握了绝对的空天优势,结果用了不到四周时间、死亡仅115人的代价,就推翻了萨达姆政权,充分展示了空天优势在现代化战争中的作用。

    空天优势是未来高技术战争条件下赢得胜利的战略制高点。美国总统肯尼迪早在20世纪60年代就说过:“谁控制了空间,谁就控制了地球。” 1998年美航天司令部公布的《2020设想》,1999年公布的《美国防部最新航天政策》中都提出要“发展控制空间的能力”。未来20年,大力发展空天技术,提高“进入空间、利用空间、控制空间”的能力,将成为确保国家安全和国际地位最具重要意义的问题。

    空天技术的发展对国民经济和社会进步有极为重要的作用,它的发展大大提高了人民的生活质量。以民用航空的发展为例:从20世纪60年代起,随着150座以上喷气客机的出现,航空运输在人类交通运输业中成为重要的交通工具。世界航空客运今后每10年将增长1.6万亿人公里,货运周转量平均年增长率将达到5%~7%。到2020年,世界航空客运量估计将达到6.4万亿人公里。2001-2020年,全世界航空公司大型喷气飞机总需求量将超过1. 8万架,总价值将超过1. 4万亿美元。 我国是世界上民航运输增长最快的地区之一。1999年全国民航年运输总周转量和旅客周转量已经上升为世界第9位和第6位。2003年,全国126个通航机场,飞机起降210多万架次,旅客吞吐量为17000万人次,货邮吞吐量520万吨。空运又是现有运输方式中最安全的。2003年全球共发生空难162起,死亡1204人,达到1945年以来的最低值。其中商务运营中发生事故25起,死亡677人。

    广泛享用

    航天技术与国民经济、社会发展和人民生活也有极其密切的关系,人们正广泛享用着航天技术的成果,如:卫星广播通信、气象观测预报、卫星导航定位、地球资源普查、生物育种、材料制备、医药合成等。以气象卫星为例,世界上现在有几十颗气象卫星,已构成全球观测网,120个国家建立了气象卫星数据接收利用服务站,昼夜不停地对大气环境变化进行观测预报,及时准确地对台风、暴雨、洪涝、干旱等自然灾害作出预报,大大减少了人员伤亡和财产损失。1988年以来我国已发射了“风云”系列气象卫星7颗,卫星数据已在我国天气预报、气象研究、农业规划、灾害监测等方面发挥了重要作用。航天育种是空天技术又一重要应用领域,利用太空环境高真空、高洁净、微重力、多种宇宙射线、重离子和交变磁场等特点,进行诱变育种,引起株型、穗型、果型异变,大幅度提高产量,显示了非常诱人的前景。

    迫切需要

    三、 空天技术的未来展望进入21世纪后,世界各先进国家更加重视空天技术的发展。可以预料,今后十年或更长一些时间(2020年以前),航空航天技术必将有更大发展。正在研制和有可能进入型号研制的航空航天飞行器主要有:高机动性作战飞机、可重复使用的高超声速空天飞行器、大型高速民航机和军用运输机、新一代战略战术作战武器、军/民用卫星、空间实验室、无人侦察作战飞机、武装直升机、地效飞行器、微型飞行器、智能控制可变形体飞行器和激光、动能等新概念武器等。

    “天翼1号”根据预测,在未来的十年中, 航空方面,由于空气动力学的发展,飞机的阻力将下降15%~20%,由于材料和设计技术的进步,飞机的结构重量将下降20%,由于元器件可靠性提高和制造工艺的改进,飞机的事故率将下降80%。新一代军用飞机将具有超音速巡航、过失速机动、短距起降、隐身等能力,配备更先进的电子武器系统,作战能力比现有飞机提高10倍;民用飞机将向更大、更快、更安全、更经济、对环境污染更小的方向发展。500~1000座的民航机可望投入使用。航天方面,包括运载火箭、卫星、可重复使用跨大气层飞行器和空间作战飞行器等在内的航天运输系统,将沿着高速、高机动、高可靠性、高隐形、精确打击、实时按需发射、可靠进入空间、迅速部署、扩展和维护、经济廉价、功能强、可重复使用等方向发展;控制空间将成为未来高技术战争条件下的战略制高点。要控制空间首先必须能进入空间,因此,发展进入空间的运载手段成为一项紧迫任务;远程、大纵深、精确打击将成为进攻力量的主体;建立全方位、多层次、灵活机动、快速反应的空天防御体系成为迫切需要。

    高度重视

    四、 面对挑战的我国空天技术20世纪50年代新中国刚刚成立不久,航空航天事业的发展就受到党和国家的高度重视。1956年制定的《科技发展远景规划纲要》,把火箭与推进技术列入七个重点项目之一。50多年来,我国的航空航天事业飞速发展,获得巨大成就。航空方面,1954年试制成功第一架飞机初教5),1956年国产歼5喷气飞机首飞成功,1960年我国自行研制成功强5飞机,1984年,我国自行研制的歼8飞机首飞成功。近年来,我国又自行研制成功歼10飞机,其战术技术性能已达到国外正在服役的第三代歼击机的水平。

    圆满成功

    航天方面,1960年中国自己制造的弹道导弹发射成功,开始了中国航天的新时代。1965年11月DF1中近程弹道导弹研制成功,1966年12月我国自行研制的DF2中导弹试飞成功,1970年成功发射我国第一颗人造地球卫星。1970年4月“长征1号”运载火箭发射成功,到80年代中期已初步形成系列化。 经过40年的努?Γ?嗉萄兄瞥晒Χ嘀衷嗽鼗鸺??⑸淞私?匚佬恰⒌厍蛲?健⑻?敉?健⒃厝朔纱??70多颗航天器。1990年开始进入国际商业卫星发射市场,成功发射了20多颗国外卫星。中国航天取得了令人瞩目的成就。1992年开始发展我国载人航天,并确定载人航天应当从载人飞船起步。

    1992年9月中国载人飞船工程被批准立项并开始实施。历经七年的论证、研究、设计、建造、试验后,1999年11月20日,“神舟1号”飞船发射升空,在太空正常运行1天后,准确着陆在预定区域。 “神舟1号”至“神舟4号”飞船的飞行试验,积累了大量实际经验,为载人飞行奠定了基础。2003年10月15日“神舟5号”发射成功(图26),我国首次实现载人航天飞行。2003年10月16日“神舟5号”胜利返回地面,首次载人航天飞行获得圆满成功。

    此外,2000年,我国建成了由两颗卫星组成的区域性的“北斗”导航试验卫星系统。2003年5月26日,我国又在西昌卫星发射中心成功将第三颗“北斗1号”导航定位卫星送上太空,标志着我国已成功建立了自主的卫星导航系统--第一代“北斗”卫星导航定位系统。

    在空间探测方面,我国与欧洲航天局合作的“双星计划”,利用两颗轨道相互交叉的卫星进行大范围的磁层空间同步探测。双星将与欧洲航天局发射的“团星Ⅱ”四颗卫星一起,形成人类第一次从太阳到地球空间的6点立体探测体系。这是我国与欧洲航天局合作的第一个科学探测卫星项目,也是我国航天史上第一个真正意义的空间探测计划。

    未来发展

    关于我国航天的未来发展,国家航天局公布的《中国航天白皮书》宣布:今后10年或稍后一些时期,我国将大力发展能够长期稳定运行的对地观测卫星体系;建立自主经营的卫星广播通信系统、导航定位卫星系统;建立新型科学探测与技术试验卫星体系;进一步发展载人航天技术、空间实验室、月球探测及深空探测技术、载人航天和天地往返运输系统、天/地一体化信息系统。军用航天(各类侦察、通信、导航卫星和其他航天器)、空天作战武器等在重大需求推动下也必将有很大发展。

    2003年3月1日,中国国家航天局宣布启动月球探测计划,定名为“嫦娥工程”。经过半个世纪在航天技术方面的努力,我国实施该计划的时机和条件已经成熟,探月的路径已经确定,一些关键技术也有突破。预计两年内,我国将发射绕月球飞行的月球探测卫星。

    可重复使用的航天器,由于在发射费用、发射准备周期、有效装载能力和运营效益等方面的优越性,而受到世界各国的广泛关注。我国在这一领域也正在积极开展研究工作。

    未来空天飞行器平台的显著特点是多采用具有大升阻比的升力体构型。其结构是超轻质、高强和功能/结构一体化的,具有最先进的高超声速动力系统、结构防热系统、控制系统和安全保障系统。这类飞行器所具有的复杂外形和飞行环境引起一系列极为复杂的流动现象,如:激波,分离,漩涡,湍流,化学反应和等离子体流动,力、热、光、电磁多场耦合等;它们独特的服役条件和特定的作战使命要求,引出一类对现有科学知识具有挑战性的新的课题,如:强-短时载荷的耦合效应、高应变率-高温升率与结构间的非平衡耦合效应、智能材料与结构、智能自主控制技术、微流体力学和微系统动力学等。

    努力奋斗

    21世纪前50年,空天技术的发展将非常类似20世纪前半叶航空的发展。今后若干年内,在强大的空/天/地一体化信息系统的支持下,战争将是全方位、大纵深、立体化的,一改过去传统的单一武器独立作战模式,变成海、陆、空、天、电五位一体,进攻与防御间的体系对抗。从空中(空间)作战支援发展到空中(空间)格斗以及从空中(空间)向地面实施远距离精确打击,将逐步成为具有战略意义的行为。这些都对空天技术发展提出了多方面严格要求。

    航空航天技术是涉及多种学科的高技术领域,空天飞行器研制中面临的基础性的关键技术问题也是多方面的,我们现有的科学技术基础尚不足以圆满解决所面临的各种复杂而困难的问题。大力加强基础理论研究,不断改进和提高地面模拟实验、数值计算以及理论分析能力,仍然是十分迫切的任务。在这里,我们要特别强调基础研究和工程应用有机结合和协调发展的重要性。航空航天工业作为高技术产业,基础研究更应先行一步。

    要“以人为本”,鼓励创新,大力营造鼓励创新的主客观条件与宽松环境,积极培养大批优秀的年轻航天科技人才。继承和发扬“两弹一星”和“载人航天”精神,为加速发展我国航空航天事业而努力奋斗。

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