張博今

摘 要：隨著機(jī)載光電系統(tǒng)性能指標(biāo)要求的提高，單一的合金類材料已不能滿足高端設(shè)備的需求。以復(fù)合材料、智能材料等為代表的新型材料正逐步進(jìn)入光電設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域，并發(fā)揮著越來越重要的作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)載光電設(shè)備；材料；合金；智能

中圖分類號：V242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）15-0021-02

1 機(jī)載光電設(shè)備及系統(tǒng)發(fā)展概述

隨著科技的不斷發(fā)展以及我國科研水平的不斷提高，以光電設(shè)備為依托的光電技術(shù)逐漸被應(yīng)用在飛機(jī)上。該技術(shù)除了在一些民航飛機(jī)上使用外，更多被用在戰(zhàn)斗類飛機(jī)上，以提升戰(zhàn)斗機(jī)的性能和戰(zhàn)斗機(jī)的實(shí)際作戰(zhàn)能力。戰(zhàn)斗機(jī)通過機(jī)載光電設(shè)備能夠?qū)硻C(jī)進(jìn)行有效偵查，比如對目標(biāo)飛機(jī)的捕獲、測距和對戰(zhàn)區(qū)的偵查等，都有著實(shí)際意義。針對目前國際范圍內(nèi)戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)展，依靠單一合金類材料所生產(chǎn)的光電設(shè)備和光電系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際作戰(zhàn)需要，取而代之的是新型智能材料，新材料的應(yīng)用將使光電系統(tǒng)在飛行中發(fā)揮更大的作用。

2 機(jī)載光電設(shè)備主要材料探究

2.1 傳統(tǒng)單一合金材料

在當(dāng)前的航空光電設(shè)備中，傳統(tǒng)材料仍然占有較大的比重，而其應(yīng)用的機(jī)種多以民航飛機(jī)為主。傳統(tǒng)材料包括鎂合金、鋁合金、鈦合金、鎳合金等，這類材料由于取材方便、價格相對較低、加工成型相對容易、技術(shù)較為成熟，具有十分廣闊的市場，同時，這些材料也為我國機(jī)載光電設(shè)備的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

2.2 新型高科技材料

2.2.1 復(fù)合材料

復(fù)合材料主要是以金屬構(gòu)件為主，在此基礎(chǔ)上添加一定的元素，按照需要強(qiáng)化金屬的性能，比如耐高溫性、抗腐蝕性、高強(qiáng)度、高韌性等。由于加入了非金屬成分，復(fù)合材料的材質(zhì)較金屬材料輕便，在機(jī)載環(huán)境下更具優(yōu)勢。比如在新一代的波音787上，就廣泛利用了新型復(fù)合材料，約占飛機(jī)使用材料總數(shù)的50%，并且工程技術(shù)人員大膽地將復(fù)合材料應(yīng)用于機(jī)翼；我國“大飛機(jī)”計劃中也將復(fù)合材料應(yīng)用于飛機(jī)的客艙等部分，并且飛機(jī)內(nèi)的附屬物大部分也使用了復(fù)合材料；在軍用機(jī)層面，美國的阿帕奇直升機(jī)和軍用運(yùn)輸機(jī)A400M也都大量應(yīng)用了復(fù)合材料。圖1為新型復(fù)合材料。

此外，復(fù)合材料在加工過程中體現(xiàn)了快而省的特點(diǎn)。一般的材料需要傳統(tǒng)工藝加工，而復(fù)合材料可以先由廠商加工成復(fù)合件之后，再由終端生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行組裝，這樣省去了大量的時間，并且能夠保證制造的質(zhì)量。我國機(jī)載設(shè)備有相當(dāng)一部分是由復(fù)合材料制成的，這些復(fù)合材料中最重要的物質(zhì)之一就是碳化硅。碳化硅不僅被廣泛應(yīng)用在我國的飛機(jī)上，還被出口到非洲、南美洲和歐洲國家，比如，由北京機(jī)電研究所研制的相機(jī)鏡筒和遮陽罩等，每年都會有大量產(chǎn)品出口。

2.2.2 智能結(jié)構(gòu)與智能材料

所謂“智能材料”，是指能夠根據(jù)外界的變化，通過自身的結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)行自身性能的調(diào)整的材料，由于這種性質(zhì)與生物體的感知、調(diào)整十分類似，我們形象地稱此類材料為“智能材料”。將智能材料應(yīng)用于機(jī)載設(shè)備，有助于航空事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，對于我國無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展更是有著十分重要的意義。從1993年開始，我國的自然科學(xué)基金就與中國科學(xué)院和中國工程院攜手進(jìn)行智能材料的探索與研發(fā)，一些地方高校也參與到其中，比如浙江大學(xué)、清華大學(xué)、中北大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等。在各方的共同努力下，我國在智能材料領(lǐng)域取得的成果頗豐。比如，在飛機(jī)機(jī)翼上加裝的控制系統(tǒng)就是以智能結(jié)構(gòu)為技術(shù)依托的，能夠在飛機(jī)的飛行中根據(jù)客觀情況自動調(diào)整機(jī)翼的形態(tài)，也能夠改善飛機(jī)的機(jī)動性能。在其他航空領(lǐng)域，比如我國的“天宮一號”空間站，其中的射電望遠(yuǎn)鏡等儀器就使用含有鈦金的智能材料，這是一種“記憶”材料，可以在外界撞擊變形后，自動恢復(fù)到原先的形態(tài)和強(qiáng)度。另外，還有很多設(shè)備根據(jù)具體的需要，應(yīng)用了不同的智能材料。

2.2.3 壓電材料

壓電材料之所以被使用，是由于該種材料可以在一定條件下產(chǎn)生流動的電荷。有電荷流動，就能夠形成電壓差，這種電壓差可以使物體出現(xiàn)形變，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期效果。壓電材料被廣泛應(yīng)用于振動控制系統(tǒng)中。常用的壓電材料為壓電陶瓷和壓電聚合物，壓電聚合物主要是由壓電纖維構(gòu)成的。

壓電材料既可作為傳感元件，又可作為驅(qū)動元件。壓電材料的壓電效應(yīng)有較好的線性關(guān)系，便于測量和控制。壓電材料的制備技術(shù)也日趨完善和成熟。目前，壓電陶瓷材料，比如PZT材料，被廣泛應(yīng)用于各種傳感器和制動器中，用于產(chǎn)生精確的位移、聲音以及用于振動測量和主動控制。目前，用壓電陶瓷制成的許多種器件都已實(shí)用化，比如壓電超聲換能器、壓電陶瓷點(diǎn)火裝置、陶瓷濾波器、壓電變壓器和壓電電機(jī)等。

2.2.4 藍(lán)寶石材料

由于藍(lán)寶石波段較寬，人工合成后的光學(xué)性質(zhì)與天然形成的差別不大，常被用于光電設(shè)備，最早可以追溯到20世紀(jì)60年代，當(dāng)時美國軍事部門意識到了藍(lán)寶石在戰(zhàn)斗機(jī)上的應(yīng)用或許會為航空領(lǐng)域帶來一場革命，在國防部的授意下，一些科研部門和高校開始針對藍(lán)寶石與光電設(shè)備進(jìn)行研究。20世紀(jì)80年代，隨著藍(lán)寶石人工合成技術(shù)的成型以及精密機(jī)床的快速發(fā)展，使藍(lán)寶石被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。美國的F-22戰(zhàn)斗機(jī)搭載了有藍(lán)寶石窗口的紅外線目標(biāo)導(dǎo)航系統(tǒng)；英國一些企業(yè)所生產(chǎn)的光電桅桿也取材于藍(lán)寶石，如圖2?？梢灶A(yù)想，隨著科技的發(fā)展，藍(lán)寶石的應(yīng)用將會越來越廣。

摘 要：隨著機(jī)載光電系統(tǒng)性能指標(biāo)要求的提高，單一的合金類材料已不能滿足高端設(shè)備的需求。以復(fù)合材料、智能材料等為代表的新型材料正逐步進(jìn)入光電設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域，并發(fā)揮著越來越重要的作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)載光電設(shè)備；材料；合金；智能

中圖分類號：V242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）15-0021-02

1 機(jī)載光電設(shè)備及系統(tǒng)發(fā)展概述

隨著科技的不斷發(fā)展以及我國科研水平的不斷提高，以光電設(shè)備為依托的光電技術(shù)逐漸被應(yīng)用在飛機(jī)上。該技術(shù)除了在一些民航飛機(jī)上使用外，更多被用在戰(zhàn)斗類飛機(jī)上，以提升戰(zhàn)斗機(jī)的性能和戰(zhàn)斗機(jī)的實(shí)際作戰(zhàn)能力。戰(zhàn)斗機(jī)通過機(jī)載光電設(shè)備能夠?qū)硻C(jī)進(jìn)行有效偵查，比如對目標(biāo)飛機(jī)的捕獲、測距和對戰(zhàn)區(qū)的偵查等，都有著實(shí)際意義。針對目前國際范圍內(nèi)戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)展，依靠單一合金類材料所生產(chǎn)的光電設(shè)備和光電系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際作戰(zhàn)需要，取而代之的是新型智能材料，新材料的應(yīng)用將使光電系統(tǒng)在飛行中發(fā)揮更大的作用。

2 機(jī)載光電設(shè)備主要材料探究

2.1 傳統(tǒng)單一合金材料

在當(dāng)前的航空光電設(shè)備中，傳統(tǒng)材料仍然占有較大的比重，而其應(yīng)用的機(jī)種多以民航飛機(jī)為主。傳統(tǒng)材料包括鎂合金、鋁合金、鈦合金、鎳合金等，這類材料由于取材方便、價格相對較低、加工成型相對容易、技術(shù)較為成熟，具有十分廣闊的市場，同時，這些材料也為我國機(jī)載光電設(shè)備的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

2.2 新型高科技材料

2.2.1 復(fù)合材料

復(fù)合材料主要是以金屬構(gòu)件為主，在此基礎(chǔ)上添加一定的元素，按照需要強(qiáng)化金屬的性能，比如耐高溫性、抗腐蝕性、高強(qiáng)度、高韌性等。由于加入了非金屬成分，復(fù)合材料的材質(zhì)較金屬材料輕便，在機(jī)載環(huán)境下更具優(yōu)勢。比如在新一代的波音787上，就廣泛利用了新型復(fù)合材料，約占飛機(jī)使用材料總數(shù)的50%，并且工程技術(shù)人員大膽地將復(fù)合材料應(yīng)用于機(jī)翼；我國“大飛機(jī)”計劃中也將復(fù)合材料應(yīng)用于飛機(jī)的客艙等部分，并且飛機(jī)內(nèi)的附屬物大部分也使用了復(fù)合材料；在軍用機(jī)層面，美國的阿帕奇直升機(jī)和軍用運(yùn)輸機(jī)A400M也都大量應(yīng)用了復(fù)合材料。圖1為新型復(fù)合材料。

此外，復(fù)合材料在加工過程中體現(xiàn)了快而省的特點(diǎn)。一般的材料需要傳統(tǒng)工藝加工，而復(fù)合材料可以先由廠商加工成復(fù)合件之后，再由終端生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行組裝，這樣省去了大量的時間，并且能夠保證制造的質(zhì)量。我國機(jī)載設(shè)備有相當(dāng)一部分是由復(fù)合材料制成的，這些復(fù)合材料中最重要的物質(zhì)之一就是碳化硅。碳化硅不僅被廣泛應(yīng)用在我國的飛機(jī)上，還被出口到非洲、南美洲和歐洲國家，比如，由北京機(jī)電研究所研制的相機(jī)鏡筒和遮陽罩等，每年都會有大量產(chǎn)品出口。

2.2.2 智能結(jié)構(gòu)與智能材料

所謂“智能材料”，是指能夠根據(jù)外界的變化，通過自身的結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)行自身性能的調(diào)整的材料，由于這種性質(zhì)與生物體的感知、調(diào)整十分類似，我們形象地稱此類材料為“智能材料”。將智能材料應(yīng)用于機(jī)載設(shè)備，有助于航空事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，對于我國無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展更是有著十分重要的意義。從1993年開始，我國的自然科學(xué)基金就與中國科學(xué)院和中國工程院攜手進(jìn)行智能材料的探索與研發(fā)，一些地方高校也參與到其中，比如浙江大學(xué)、清華大學(xué)、中北大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等。在各方的共同努力下，我國在智能材料領(lǐng)域取得的成果頗豐。比如，在飛機(jī)機(jī)翼上加裝的控制系統(tǒng)就是以智能結(jié)構(gòu)為技術(shù)依托的，能夠在飛機(jī)的飛行中根據(jù)客觀情況自動調(diào)整機(jī)翼的形態(tài)，也能夠改善飛機(jī)的機(jī)動性能。在其他航空領(lǐng)域，比如我國的“天宮一號”空間站，其中的射電望遠(yuǎn)鏡等儀器就使用含有鈦金的智能材料，這是一種“記憶”材料，可以在外界撞擊變形后，自動恢復(fù)到原先的形態(tài)和強(qiáng)度。另外，還有很多設(shè)備根據(jù)具體的需要，應(yīng)用了不同的智能材料。

2.2.3 壓電材料

壓電材料之所以被使用，是由于該種材料可以在一定條件下產(chǎn)生流動的電荷。有電荷流動，就能夠形成電壓差，這種電壓差可以使物體出現(xiàn)形變，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期效果。壓電材料被廣泛應(yīng)用于振動控制系統(tǒng)中。常用的壓電材料為壓電陶瓷和壓電聚合物，壓電聚合物主要是由壓電纖維構(gòu)成的。

壓電材料既可作為傳感元件，又可作為驅(qū)動元件。壓電材料的壓電效應(yīng)有較好的線性關(guān)系，便于測量和控制。壓電材料的制備技術(shù)也日趨完善和成熟。目前，壓電陶瓷材料，比如PZT材料，被廣泛應(yīng)用于各種傳感器和制動器中，用于產(chǎn)生精確的位移、聲音以及用于振動測量和主動控制。目前，用壓電陶瓷制成的許多種器件都已實(shí)用化，比如壓電超聲換能器、壓電陶瓷點(diǎn)火裝置、陶瓷濾波器、壓電變壓器和壓電電機(jī)等。

2.2.4 藍(lán)寶石材料

由于藍(lán)寶石波段較寬，人工合成后的光學(xué)性質(zhì)與天然形成的差別不大，常被用于光電設(shè)備，最早可以追溯到20世紀(jì)60年代，當(dāng)時美國軍事部門意識到了藍(lán)寶石在戰(zhàn)斗機(jī)上的應(yīng)用或許會為航空領(lǐng)域帶來一場革命，在國防部的授意下，一些科研部門和高校開始針對藍(lán)寶石與光電設(shè)備進(jìn)行研究。20世紀(jì)80年代，隨著藍(lán)寶石人工合成技術(shù)的成型以及精密機(jī)床的快速發(fā)展，使藍(lán)寶石被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。美國的F-22戰(zhàn)斗機(jī)搭載了有藍(lán)寶石窗口的紅外線目標(biāo)導(dǎo)航系統(tǒng)；英國一些企業(yè)所生產(chǎn)的光電桅桿也取材于藍(lán)寶石，如圖2?？梢灶A(yù)想，隨著科技的發(fā)展，藍(lán)寶石的應(yīng)用將會越來越廣。

摘 要：隨著機(jī)載光電系統(tǒng)性能指標(biāo)要求的提高，單一的合金類材料已不能滿足高端設(shè)備的需求。以復(fù)合材料、智能材料等為代表的新型材料正逐步進(jìn)入光電設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域，并發(fā)揮著越來越重要的作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)載光電設(shè)備；材料；合金；智能

中圖分類號：V242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）15-0021-02

1 機(jī)載光電設(shè)備及系統(tǒng)發(fā)展概述

隨著科技的不斷發(fā)展以及我國科研水平的不斷提高，以光電設(shè)備為依托的光電技術(shù)逐漸被應(yīng)用在飛機(jī)上。該技術(shù)除了在一些民航飛機(jī)上使用外，更多被用在戰(zhàn)斗類飛機(jī)上，以提升戰(zhàn)斗機(jī)的性能和戰(zhàn)斗機(jī)的實(shí)際作戰(zhàn)能力。戰(zhàn)斗機(jī)通過機(jī)載光電設(shè)備能夠?qū)硻C(jī)進(jìn)行有效偵查，比如對目標(biāo)飛機(jī)的捕獲、測距和對戰(zhàn)區(qū)的偵查等，都有著實(shí)際意義。針對目前國際范圍內(nèi)戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)展，依靠單一合金類材料所生產(chǎn)的光電設(shè)備和光電系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際作戰(zhàn)需要，取而代之的是新型智能材料，新材料的應(yīng)用將使光電系統(tǒng)在飛行中發(fā)揮更大的作用。

2 機(jī)載光電設(shè)備主要材料探究

2.1 傳統(tǒng)單一合金材料

在當(dāng)前的航空光電設(shè)備中，傳統(tǒng)材料仍然占有較大的比重，而其應(yīng)用的機(jī)種多以民航飛機(jī)為主。傳統(tǒng)材料包括鎂合金、鋁合金、鈦合金、鎳合金等，這類材料由于取材方便、價格相對較低、加工成型相對容易、技術(shù)較為成熟，具有十分廣闊的市場，同時，這些材料也為我國機(jī)載光電設(shè)備的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

2.2 新型高科技材料

2.2.1 復(fù)合材料

復(fù)合材料主要是以金屬構(gòu)件為主，在此基礎(chǔ)上添加一定的元素，按照需要強(qiáng)化金屬的性能，比如耐高溫性、抗腐蝕性、高強(qiáng)度、高韌性等。由于加入了非金屬成分，復(fù)合材料的材質(zhì)較金屬材料輕便，在機(jī)載環(huán)境下更具優(yōu)勢。比如在新一代的波音787上，就廣泛利用了新型復(fù)合材料，約占飛機(jī)使用材料總數(shù)的50%，并且工程技術(shù)人員大膽地將復(fù)合材料應(yīng)用于機(jī)翼；我國“大飛機(jī)”計劃中也將復(fù)合材料應(yīng)用于飛機(jī)的客艙等部分，并且飛機(jī)內(nèi)的附屬物大部分也使用了復(fù)合材料；在軍用機(jī)層面，美國的阿帕奇直升機(jī)和軍用運(yùn)輸機(jī)A400M也都大量應(yīng)用了復(fù)合材料。圖1為新型復(fù)合材料。

此外，復(fù)合材料在加工過程中體現(xiàn)了快而省的特點(diǎn)。一般的材料需要傳統(tǒng)工藝加工，而復(fù)合材料可以先由廠商加工成復(fù)合件之后，再由終端生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行組裝，這樣省去了大量的時間，并且能夠保證制造的質(zhì)量。我國機(jī)載設(shè)備有相當(dāng)一部分是由復(fù)合材料制成的，這些復(fù)合材料中最重要的物質(zhì)之一就是碳化硅。碳化硅不僅被廣泛應(yīng)用在我國的飛機(jī)上，還被出口到非洲、南美洲和歐洲國家，比如，由北京機(jī)電研究所研制的相機(jī)鏡筒和遮陽罩等，每年都會有大量產(chǎn)品出口。

2.2.2 智能結(jié)構(gòu)與智能材料

所謂“智能材料”，是指能夠根據(jù)外界的變化，通過自身的結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)行自身性能的調(diào)整的材料，由于這種性質(zhì)與生物體的感知、調(diào)整十分類似，我們形象地稱此類材料為“智能材料”。將智能材料應(yīng)用于機(jī)載設(shè)備，有助于航空事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，對于我國無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展更是有著十分重要的意義。從1993年開始，我國的自然科學(xué)基金就與中國科學(xué)院和中國工程院攜手進(jìn)行智能材料的探索與研發(fā)，一些地方高校也參與到其中，比如浙江大學(xué)、清華大學(xué)、中北大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等。在各方的共同努力下，我國在智能材料領(lǐng)域取得的成果頗豐。比如，在飛機(jī)機(jī)翼上加裝的控制系統(tǒng)就是以智能結(jié)構(gòu)為技術(shù)依托的，能夠在飛機(jī)的飛行中根據(jù)客觀情況自動調(diào)整機(jī)翼的形態(tài)，也能夠改善飛機(jī)的機(jī)動性能。在其他航空領(lǐng)域，比如我國的“天宮一號”空間站，其中的射電望遠(yuǎn)鏡等儀器就使用含有鈦金的智能材料，這是一種“記憶”材料，可以在外界撞擊變形后，自動恢復(fù)到原先的形態(tài)和強(qiáng)度。另外，還有很多設(shè)備根據(jù)具體的需要，應(yīng)用了不同的智能材料。

2.2.3 壓電材料

壓電材料之所以被使用，是由于該種材料可以在一定條件下產(chǎn)生流動的電荷。有電荷流動，就能夠形成電壓差，這種電壓差可以使物體出現(xiàn)形變，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期效果。壓電材料被廣泛應(yīng)用于振動控制系統(tǒng)中。常用的壓電材料為壓電陶瓷和壓電聚合物，壓電聚合物主要是由壓電纖維構(gòu)成的。

壓電材料既可作為傳感元件，又可作為驅(qū)動元件。壓電材料的壓電效應(yīng)有較好的線性關(guān)系，便于測量和控制。壓電材料的制備技術(shù)也日趨完善和成熟。目前，壓電陶瓷材料，比如PZT材料，被廣泛應(yīng)用于各種傳感器和制動器中，用于產(chǎn)生精確的位移、聲音以及用于振動測量和主動控制。目前，用壓電陶瓷制成的許多種器件都已實(shí)用化，比如壓電超聲換能器、壓電陶瓷點(diǎn)火裝置、陶瓷濾波器、壓電變壓器和壓電電機(jī)等。

2.2.4 藍(lán)寶石材料

由于藍(lán)寶石波段較寬，人工合成后的光學(xué)性質(zhì)與天然形成的差別不大，常被用于光電設(shè)備，最早可以追溯到20世紀(jì)60年代，當(dāng)時美國軍事部門意識到了藍(lán)寶石在戰(zhàn)斗機(jī)上的應(yīng)用或許會為航空領(lǐng)域帶來一場革命，在國防部的授意下，一些科研部門和高校開始針對藍(lán)寶石與光電設(shè)備進(jìn)行研究。20世紀(jì)80年代，隨著藍(lán)寶石人工合成技術(shù)的成型以及精密機(jī)床的快速發(fā)展，使藍(lán)寶石被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。美國的F-22戰(zhàn)斗機(jī)搭載了有藍(lán)寶石窗口的紅外線目標(biāo)導(dǎo)航系統(tǒng)；英國一些企業(yè)所生產(chǎn)的光電桅桿也取材于藍(lán)寶石，如圖2。可以預(yù)想，隨著科技的發(fā)展，藍(lán)寶石的應(yīng)用將會越來越廣。