航天電子機(jī)械工程的發(fā)展論文
1航天電子機(jī)械工程的特點(diǎn)
航天工業(yè)概括為彈、箭、星、船四大行業(yè)，而電子產(chǎn)品（系統(tǒng))是其重要組成部分。彈、箭用電子產(chǎn)品（系統(tǒng))為一次性使用，經(jīng)歷地面環(huán)境和發(fā)射環(huán)境。星、船用電子產(chǎn)品為長(zhǎng)期穩(wěn)定使用，經(jīng)歷地面環(huán)境、發(fā)射環(huán)境、軌道環(huán)境和返回環(huán)境。這些產(chǎn)品是以航天電子機(jī)械為載體而構(gòu)成的，其特點(diǎn)是:為確保產(chǎn)品的質(zhì)量，不僅要有優(yōu)良的電路設(shè)計(jì)，而且要以?xún)?yōu)質(zhì)的航天電子機(jī)械作為安裝平臺(tái)，來(lái)納容電路組合，和對(duì)苛刻環(huán)境的防護(hù)。
對(duì)于傳遞或改變運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)品，采用機(jī)電一體化系統(tǒng)，它是電子技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)與多項(xiàng)航天技術(shù)集成的成果。
為保證產(chǎn)品在復(fù)合環(huán)境效應(yīng)下運(yùn)行可靠，大量采用新技術(shù)、新材料、新工藝予以保證。為解決產(chǎn)品在體積小、質(zhì)量輕、可靠性高與高強(qiáng)度、高剛度的矛盾，在設(shè)計(jì)中采用“概率應(yīng)力--強(qiáng)度分.析技術(shù)”等。
航天電子機(jī)械在研制中是并行設(shè)計(jì)，受到多領(lǐng)域、多環(huán)節(jié)約束，易產(chǎn)生沖突行為和沖突層次，必須有科學(xué)的化解機(jī)制。
航天電子機(jī)械在設(shè)計(jì)方法、試驗(yàn)方法、管理方法上，在保證質(zhì)量與可靠性所使用的技術(shù)與管理措施上也有其特點(diǎn)。
根據(jù)上面的分析，筆者認(rèn)為作為航天電子產(chǎn)品組成的航天電子機(jī)械這一領(lǐng)域應(yīng)作為宇航學(xué)科中的一個(gè)專(zhuān)業(yè)門(mén)類(lèi)，稱(chēng)為航天電子機(jī)械工程為好。它包含著廣泛的技術(shù)內(nèi)容，如機(jī)械學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、化學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、環(huán)境防護(hù)科學(xué)、工程心理學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科的集成應(yīng)用于航天電子產(chǎn)品的邊緣性工程技術(shù)學(xué)科,以期探討。
2電子組裝技術(shù)推進(jìn)航天電子機(jī)械工程發(fā)展
電子元器件的發(fā)展有力地推動(dòng)著組裝技術(shù)的發(fā)展，形放了表面安裝技術(shù)（SMT)、多芯片安裝技術(shù)(MCM)、大園片規(guī)模集成電路(WIS)、三維組裝技術(shù)(3+D)等。由互連板（印制板、陶瓷厚膜基板等)組裝成電路組件，再由微小型連接技術(shù)、各種線(xiàn)纜技術(shù)、微小型機(jī)電元器件、光電技術(shù)、平面顯示技術(shù)、精密機(jī)械、電磁兼容、三防技術(shù)、可靠性技術(shù)、環(huán)境防護(hù)技術(shù)的大集成組裝成彈、箭、星、船用的各類(lèi)電子整機(jī)和系統(tǒng)。
3現(xiàn)代制造技術(shù)是航天電子機(jī)械工程發(fā)展的基石
現(xiàn)代制造技術(shù)正沿著四個(gè)方向發(fā)展。
3.1傳統(tǒng)制造技術(shù)的革新拓展
鑄、鍛、鉚、焊、熱處理、表面保護(hù)、機(jī)械加工是傳統(tǒng)工程方法，是量大面廣經(jīng)濟(jì)實(shí)用的技術(shù),正在進(jìn)行革新與拓展。
3.2精密制造技術(shù)
精密制造技術(shù)是航天先進(jìn)制造技術(shù)的核心，包括精密加工、超精密加工、微細(xì)加工、超微細(xì)加工、微型機(jī)械等。精密加工和超精密加工有精密切削、精密磨削等，加工精度從微米級(jí)、亞微米級(jí)向納米級(jí)進(jìn)軍。微細(xì)和超微細(xì)加工是一種特殊的精密加工，工藝方法有光刻(蝕）、沉積、外延生長(zhǎng)、擴(kuò)散、離子注入及封裝等。
3.3非傳統(tǒng)加工方法
非傳統(tǒng)加工方法主要是指一些物理的、化學(xué)的和髙能密度的加工。如電火花加工、電解加工、超聲波加工、激光加工、離子束加工、超塑加工等。
3.4制造系統(tǒng)的自動(dòng)化、柔性化、集成化和智能化
微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化技術(shù)與傳統(tǒng)工藝及設(shè)備相結(jié)合，形成了多項(xiàng)制造自動(dòng)化單項(xiàng)技術(shù)，經(jīng)過(guò)局部和系統(tǒng)集成后，形成了從單機(jī)到系統(tǒng)，從剛性到柔性，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜性等不同層次的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，使傳統(tǒng)工藝產(chǎn)生質(zhì)的變化，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。冷加工的發(fā)展思路是:數(shù)控(NC)-柔性制造系統(tǒng)(EMC)-計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)-智能制造系統(tǒng)(IMS)。熱加工發(fā)展的思路是:優(yōu)質(zhì)高效低耗工藝-低成本自動(dòng)化-綜合自動(dòng)化。
4航天電子機(jī)械工程發(fā)展探索
4.1設(shè)計(jì)思想
一是采用系統(tǒng)工程的理論進(jìn)行科學(xué)分析研究，切忌主觀(guān)性、隨意性與盲目性。二是強(qiáng)調(diào)繼承性。就可做到思路清晰、步驟明確、系統(tǒng)優(yōu)化、簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，充分利用已有成果。
4.2小型化技術(shù)
新一代航天電子設(shè)備(系統(tǒng))要求質(zhì)量減輕30-50%，而結(jié)構(gòu)部分在體積和質(zhì)量中占有相當(dāng)大的比重。出路在于從結(jié)構(gòu)和電路上同時(shí)著手。電子線(xiàn)路應(yīng)充分利用微電子技術(shù)，在結(jié)構(gòu)上采用輕、小、巧的構(gòu)成方案，比如“共生結(jié)構(gòu)”等,采用小型化連接技術(shù)和線(xiàn)纜技術(shù)，采用輕質(zhì)材料等，達(dá)到強(qiáng)度、剛度、熱控制、內(nèi)阻尼和可靠性的有機(jī)綜合。
4.3新材料應(yīng)用研究
航天新材料制約著航天電子機(jī)械工程的發(fā)展。鋁鋰合金較常規(guī)鋁合金強(qiáng)度高10%,密度下降10%。鈹合金是理想的輕型結(jié)構(gòu)材料。樹(shù)脂基復(fù)合材料的特點(diǎn)是高比強(qiáng)、高比模、低膨脹系數(shù)、疲勞性能好等。金屬基復(fù)合材料能降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量和滿(mǎn)足一些特殊技術(shù)要求。阻尼材料使減振技術(shù)由“被動(dòng)補(bǔ)救措施”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)設(shè)計(jì)”。非金屬類(lèi)阻尼材料能使共振放大倍數(shù)由幾十倍降至2-10倍。金屬類(lèi)阻尼材料的減振能力為3-5dB。多種電磁兼容材料用于解決抗擾問(wèn)題。各類(lèi)填充材料使日益突出的散熱問(wèn)題緩解。
新材料應(yīng)用基礎(chǔ)研究有:測(cè)試、分析、性能表征、質(zhì)量控制、標(biāo)準(zhǔn)化、失效分析等。
4.4CAD-體化技術(shù)
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造(CAD/CAM)技術(shù)，在航天電子機(jī)械工程中具有取代傳統(tǒng)方法的挑戰(zhàn)性，不但能自動(dòng)繪制設(shè)計(jì)模型的立體圖和投影圖，而且還能進(jìn)行各種物理量的分析、模擬，進(jìn)行各種模型加工，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)制造的自動(dòng)化。
4.5力學(xué)環(huán)境控制技術(shù)
這項(xiàng)通用技術(shù)，應(yīng)用于輕量化、柔性結(jié)構(gòu)和高可靠的電子產(chǎn)品。它以總體振動(dòng)分析和振動(dòng)能量流分析為基礎(chǔ),研究振源控制、振動(dòng)隔離、阻尼減振及主動(dòng)振動(dòng)控制技術(shù)，以極小的質(zhì)量為代價(jià)，成倍減小振動(dòng)，改善環(huán)境,提高可靠性。側(cè)重點(diǎn)是:大阻尼不均勻結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析,阻尼減振優(yōu)化技術(shù)，主動(dòng)振動(dòng)控制技術(shù),電子設(shè)備抗振設(shè)計(jì)技術(shù)等。
4.6熱控制技術(shù)
熱控制的主要目標(biāo)是為航天電子系統(tǒng)的可靠性評(píng)定提供數(shù)據(jù)。力爭(zhēng)突破的技術(shù)一是常用半導(dǎo)體制材料技術(shù)、熱管技術(shù)、熱電控溫技術(shù)、相變控溫技術(shù)、緊湊式換熱技術(shù)、擴(kuò)展傳熱面技術(shù)、冷板技術(shù)、浸沒(méi)冷卻技術(shù)、接觸熱阻研究、熱性能測(cè)試等。
4.7電磁兼容技術(shù)
抗擾設(shè)計(jì)的目標(biāo)是將電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁輻射或高頻輻射控制在容許的范圍內(nèi)�！胺謱涌箶_”是其主要方法之一，它首先解決系統(tǒng)殼體抗擾，盡量切斷耦合路徑，減少穿透效應(yīng);其次減少內(nèi)部電纜、連線(xiàn)間耦合,最后對(duì)危險(xiǎn)電路危險(xiǎn)器件進(jìn)行抗擾,還要采取接地、屏蔽、濾波、去耦、隔離、相位抵消等措施。當(dāng)今控制干擾的途徑是采用模型試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)分析方法。
4.8通用化、系列化、模塊化(三化）
“三化”是減輕重復(fù)勞動(dòng)，充分利用巳有成果，節(jié)省經(jīng)費(fèi),縮短研制周期，降低研制風(fēng)險(xiǎn)的基本途徑，并可以此走基本型派生發(fā)展的路子。
通用化發(fā)展的途徑是對(duì)需求和現(xiàn)狀分析后,建立通用單元數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)新的通用單元，在研制中推行通用化。
系列化的途徑是根據(jù)現(xiàn)狀和需求,確定目標(biāo),分析主要參數(shù),制訂基本參數(shù)系列,編制產(chǎn)品系列型譜，系列化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研制和生產(chǎn)。
模塊化的途徑是建立模塊系統(tǒng)(確定需要，功能分析和分解，模塊劃分，模塊設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)）,由專(zhuān)用模塊、通用模塊、專(zhuān)用零部件組合形成新產(chǎn)品。
4.9空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)
空間機(jī)構(gòu)是由柔索、桿系、梁、板等，通過(guò)系固、鉸接、滑動(dòng)、折疊、轉(zhuǎn)動(dòng)等連接方法組成結(jié)構(gòu)體,用于航天器有效載荷、能源等的收藏與展開(kāi)。驅(qū)動(dòng)伸展機(jī)構(gòu)的`能源有儲(chǔ)能釋放與動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。它工作在微重力與高真空的環(huán)境中，復(fù)雜的空間環(huán)境因素將大大影響動(dòng)態(tài)特性。對(duì)此應(yīng)分析運(yùn)動(dòng)副并建模，研究動(dòng)力學(xué)特性，各類(lèi)支架及伺服系統(tǒng)，真空中的機(jī)械潤(rùn)滑技術(shù)，模態(tài)試驗(yàn)與分析技術(shù)，測(cè)量技術(shù)，展開(kāi)試驗(yàn)，研究仿真系統(tǒng)等。
4.10微電子機(jī)械系統(tǒng)
微電子機(jī)械系統(tǒng)是指微米級(jí)到毫米級(jí)大小的裝置。其制造過(guò)程類(lèi)似于集成電路的制造工藝，是微電子技術(shù)滲透到機(jī)械工程各個(gè)領(lǐng)域的結(jié)果。它在尺度、結(jié)構(gòu)、材料、制造工藝和工作原理等方面都與傳統(tǒng)的機(jī)械不同，是21世紀(jì)的核心技術(shù)。由于小衛(wèi)星技術(shù)成為熱門(mén)，航天電子機(jī)械裝置向微小型化方向發(fā)展?jié)u成趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)已經(jīng)制出2mm的電動(dòng)機(jī)。利用微電子、微機(jī)械、輕型材料等成果,預(yù)計(jì)質(zhì)量為0.1-lkg的衛(wèi)星將遨游太空。
4.11空間機(jī)器人技術(shù)
空間機(jī)器人研究，不僅在宇宙空間開(kāi)發(fā)廣闊的產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)，而且也有力地促進(jìn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。宇宙空間一方面提供了微重力和高真空環(huán)境,另一方面復(fù)雜的環(huán)境將極大地影響機(jī)器人的動(dòng)態(tài)特性，因此應(yīng)重點(diǎn)研究:空間機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)形式，在失重狀態(tài)下動(dòng)力學(xué)分析，失重狀態(tài)下的控制技術(shù)，柔性機(jī)器人振動(dòng)抑制方法，建立系統(tǒng)仿真庫(kù)等。
5注入新觀(guān)念，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)
航天電子產(chǎn)品(系統(tǒng))是以尖端技術(shù)為對(duì)象，以電子組裝技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)為依托，以航天電子機(jī)械工程為載體，品種繁多，批量小，環(huán)境條件苛刻的工業(yè)。在責(zé)任重、任務(wù)多、困難大、經(jīng)費(fèi)約束的挑戰(zhàn)面前，航天電子機(jī)械工程注入新觀(guān)念、新技術(shù)已刻不容緩。我們的目標(biāo)是“三無(wú)”(無(wú)圖設(shè)計(jì)、無(wú)圖加工、無(wú)圖檢驗(yàn)），以用戶(hù)為上帝，以人為中心，以精簡(jiǎn)為手段，以零缺陷為目標(biāo)，成本不取決于生產(chǎn)批量，供給周期準(zhǔn)確無(wú)誤。
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