航天电子机械工程的发展论文

2021-02-11 论文

　　1航天电子机械工程的特点

　　航天工业概括为弹、箭、星、船四大行业，而电子产品（系统)是其重要组成部分。弹、箭用电子产品（系统)为一次性使用，经历地面环境和发射环境。星、船用电子产品为长期稳定使用，经历地面环境、发射环境、轨道环境和返回环境。这些产品是以航天电子机械为载体而构成的，其特点是:为确保产品的质量，不仅要有优良的电路设计，而且要以优质的航天电子机械作为安装平台，来纳容电路组合，和对苛刻环境的防护。

　　对于传递或改变运动的产品，采用机电一体化系统，它是电子技术、精密机械技术与多项航天技术集成的成果。

　　为保证产品在复合环境效应下运行可靠，大量采用新技术、新材料、新工艺予以保证。为解决产品在体积小、质量轻、可靠性高与高强度、高刚度的矛盾，在设计中采用“概率应力--强度分.析技术”等。

　　航天电子机械在研制中是并行设计，受到多领域、多环节约束，易产生冲突行为和冲突层次，必须有科学的化解机制。

　　航天电子机械在设计方法、试验方法、管理方法上，在保证质量与可靠性所使用的技术与管理措施上也有其特点。

　　根据上面的分析，笔者认为作为航天电子产品组成的航天电子机械这一领域应作为宇航学科中的一个专业门类，称为航天电子机械工程为好。它包含着广泛的技术内容，如机械学、力学、电学、化学、热学、光学、环境防护科学、工程心理学、计算机技术等多门基础学科的集成应用于航天电子产品的边缘性工程技术学科,以期探讨。

　　2电子组装技术推进航天电子机械工程发展

　　电子元器件的发展有力地推动着组装技术的发展，形放了表面安装技术（SMT)、多芯片安装技术(MCM)、大园片规模集成电路(WIS)、三维组装技术(3+D)等。由互连板（印制板、陶瓷厚膜基板等)组装成电路组件，再由微小型连接技术、各种线缆技术、微小型机电元器件、光电技术、平面显示技术、精密机械、电磁兼容、三防技术、可靠性技术、环境防护技术的大集成组装成弹、箭、星、船用的各类电子整机和系统。

　　3现代制造技术是航天电子机械工程发展的基石

　　现代制造技术正沿着四个方向发展。

　　3.1传统制造技术的革新拓展

　　铸、锻、铆、焊、热处理、表面保护、机械加工是传统工程方法，是量大面广经济实用的技术,正在进行革新与拓展。

　　3.2精密制造技术

　　精密制造技术是航天先进制造技术的核心，包括精密加工、超精密加工、微细加工、超微细加工、微型机械等。精密加工和超精密加工有精密切削、精密磨削等，加工精度从微米级、亚微米级向纳米级进军。微细和超微细加工是一种特殊的精密加工，工艺方法有光刻(蚀）、沉积、外延生长、扩散、离子注入及封装等。

　　3.3非传统加工方法

　　非传统加工方法主要是指一些物理的、化学的`和髙能密度的加工。如电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、离子束加工、超塑加工等。

　　3.4制造系统的自动化、柔性化、集成化和智能化

　　微电子、计算机、自动化技术与传统工艺及设备相结合，形成了多项制造自动化单项技术，经过局部和系统集成后，形成了从单机到系统，从刚性到柔性，从简单到复杂性等不同层次的自动化制造系统，使传统工艺产生质的变化，提高了生产效率和产品质量。冷加工的发展思路是:数控(NC)-柔性制造系统(EMC)-计算机集成制造系统(CIMS)-智能制造系统(IMS)。热加工发展的思路是:优质高效低耗工艺-低成本自动化-综合自动化。

　　4航天电子机械工程发展探索

　　4.1设计思想

　　一是采用系统工程的理论进行科学分析研究，切忌主观性、随意性与盲目性。二是强调继承性。就可做到思路清晰、步骤明确、系统优化、简单、易于实现，充分利用已有成果。

　　4.2小型化技术

　　新一代航天电子设备(系统)要求质量减轻30-50%，而结构部分在体积和质量中占有相当大的比重。出路在于从结构和电路上同时着手。电子线路应充分利用微电子技术，在结构上采用轻、小、巧的构成方案，比如“共生结构”等,采用小型化连接技术和线缆技术，采用轻质材料等，达到强度、刚度、热控制、内阻尼和可靠性的有机综合。

　　4.3新材料应用研究

　　航天新材料制约着航天电子机械工程的发展。铝锂合金较常规铝合金强度高10%,密度下降10%。铍合金是理想的轻型结构材料。树脂基复合材料的特点是高比强、高比模、低膨胀系数、疲劳性能好等。金属基复合材料能降低结构质量和满足一些特殊技术要求。阻尼材料使减振技术由“被动补救措施”转变为“主动设计”。非金属类阻尼材料能使共振放大倍数由几十倍降至2-10倍。金属类阻尼材料的减振能力为3-5dB。多种电磁兼容材料用于解决抗扰问题。各类填充材料使日益突出的散热问题缓解。

　　新材料应用基础研究有:测试、分析、性能表征、质量控制、标准化、失效分析等。

　　4.4CAD-体化技术

　　计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)技术，在航天电子机械工程中具有取代传统方法的挑战性，不但能自动绘制设计模型的立体图和投影图，而且还能进行各种物理量的分析、模拟，进行各种模型加工，通过网络实现制造的自动化。

　　4.5力学环境控制技术

　　这项通用技术，应用于轻量化、柔性结构和高可靠的电子产品。它以总体振动分析和振动能量流分析为基础,研究振源控制、振动隔离、阻尼减振及主动振动控制技术，以极小的质量为代价，成倍减小振动，改善环境,提高可靠性。侧重点是:大阻尼不均勻结构振动分析,阻尼减振优化技术，主动振动控制技术,电子设备抗振设计技术等。

　　4.6热控制技术

　　热控制的主要目标是为航天电子系统的可靠性评定提供数据。力争突破的技术一是常用半导体制材料技术、热管技术、热电控温技术、相变控温技术、紧凑式换热技术、扩展传热面技术、冷板技术、浸没冷却技术、接触热阻研究、热性能测试等。

　　4.7电磁兼容技术

　　抗扰设计的目标是将电子设备产生的电磁辐射或高频辐射控制在容许的范围内。“分层抗扰”是其主要方法之一，它首先解决系统壳体抗扰，尽量切断耦合路径，减少穿透效应;其次减少内部电缆、连线间耦合,最后对危险电路危险器件进行抗扰,还要采取接地、屏蔽、滤波、去耦、隔离、相位抵消等措施。当今控制干扰的途径是采用模型试验和计算机分析方法。

　　4.8通用化、系列化、模块化(三化）

　　“三化”是减轻重复劳动，充分利用巳有成果，节省经费,缩短研制周期，降低研制风险的基本途径，并可以此走基本型派生发展的路子。

　　通用化发展的途径是对需求和现状分析后,建立通用单元数据库，开发新的通用单元，在研制中推行通用化。

　　系列化的途径是根据现状和需求,确定目标,分析主要参数,制订基本参数系列,编制产品系列型谱，系列化产品设计、研制和生产。

　　模块化的途径是建立模块系统(确定需要，功能分析和分解，模块划分，模块设计和开发）,由专用模块、通用模块、专用零部件组合形成新产品。

　　4.9空间展开机构

　　空间机构是由柔索、杆系、梁、板等，通过系固、铰接、滑动、折叠、转动等连接方法组成结构体,用于航天器有效载荷、能源等的收藏与展开。驱动伸展机构的能源有储能释放与动力驱动。它工作在微重力与高真空的环境中，复杂的空间环境因素将大大影响动态特性。对此应分析运动副并建模，研究动力学特性，各类支架及伺服系统，真空中的机械润滑技术，模态试验与分析技术，测量技术，展开试验，研究仿真系统等。

　　4.10微电子机械系统

　　微电子机械系统是指微米级到毫米级大小的装置。其制造过程类似于集成电路的制造工艺，是微电子技术渗透到机械工程各个领域的结果。它在尺度、结构、材料、制造工艺和工作原理等方面都与传统的机械不同，是21世纪的核心技术。由于小卫星技术成为热门，航天电子机械装置向微小型化方向发展渐成趋势。国内已经制出2mm的电动机。利用微电子、微机械、轻型材料等成果,预计质量为0.1-lkg的卫星将遨游太空。

　　4.11空间机器人技术

　　空间机器人研究，不仅在宇宙空间开发广阔的产业市场，而且也有力地促进工业经济发展和技术进步。宇宙空间一方面提供了微重力和高真空环境,另一方面复杂的环境将极大地影响机器人的动态特性，因此应重点研究:空间机器人的实现形式，在失重状态下动力学分析，失重状态下的控制技术，柔性机器人振动抑制方法，建立系统仿真库等。

　　5注入新观念，实现预期目标

　　航天电子产品(系统)是以尖端技术为对象，以电子组装技术和先进制造技术为依托，以航天电子机械工程为载体，品种繁多，批量小，环境条件苛刻的工业。在责任重、任务多、困难大、经费约束的挑战面前，航天电子机械工程注入新观念、新技术已刻不容缓。我们的目标是“三无”(无图设计、无图加工、无图检验），以用户为上帝，以人为中心，以精简为手段，以零缺陷为目标，成本不取决于生产批量，供给周期准确无误。

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