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【科技进步】坚持自主创新发展 科技实力显著提升
2017-12-18

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在科技进步的漫漫征途中,必威官网手机版的科研工作者秉承航天人拼搏奉献的精神,历经风雨,辛勤耕耘,挥洒汗水,不懈求索。

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研究院坚持走自主创新发展道路,科研规模不断扩大,基础研究能力大幅提升。同时积极开展国际技术交流与合作,与俄罗斯、意大利等国家建立了稳定的技术合作关系,积极选派人员参加国际学术交流和培训,邀请国际知名专家学者来院讲学,扩展科研人员专业研究视角。

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“十二五”以来,研究院在空气动力学、无人机、环保、测控等研究领域取得累累硕果,为我国航天技术及武器型号的研制、航天技术产业化发展提供了关键技术支撑,为推动我国从航天大国走向航天强国做出了巨大的贡献。

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一、持续强化空气动力学科基础研究

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以高超声速基础科学研究中心、国防科技创新团队、自主创新研发、创新激励机制为特色的科技创新体系的有力支撑下,大批标志性创新成果不断涌现。建院以来,申请专利1305件,授权专利678件,软件著作权登记22项;在核心刊物发表论文数百篇,获国家级和部委级科技奖数十项。

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以国家重大专项工程和国家安全重大基础研究为重点,在多个领域跻身国内外技术前沿。高超声速可压缩湍流研究项目先后完成了湍流研究方法、湍流实例计算与实验、湍流应用原理与验证、湍流理论发展等4个方面的研究内容,揭示了高超声速飞行器复杂流动机理,发展了测试技术,提出了湍流、转捩的应用途径,在湍流基础理论和湍流应用方面均取得了重要成果,有力地支撑了高超声速飞行器关键技术的研究。

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在国际上首次创立了疏导式热防护的新概念、新理论,科学定义了表征疏导性能的特征参数,揭示了基于热负载平衡原理的快速传热、多相隔热和辐射散热控制三大物理机制,开创了热防护研究新领域,对解决高超声速飞行器非烧蚀热防护难题具有重大意义;突破了高温热管、热相容性、热环境预测与长时间加热地面模拟等关键技术,解决了高温接触热阻和高温热管小型化等难题,实现了以高导固体和气液两相为介质的疏导式热防护途径;国际上首次完成一体化异型尖前缘高温热管防热结构的设计与制备,经地面试验考核,验证了疏导式热防护的显著效果,并通过了地面风洞试验、热振试验等工程应用考核,使高超声速飞行器长时间非烧蚀热防护设计成为可能。

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在探月工程返回器研制任务中,承担90余项急、难、重大攻关任务,完成了返回器气动布局优化、气动力特性预测、气动热环境预测与材料选型烧蚀试验与热分析、热防护、热传导建模计算等关键技术攻关,突破了稀薄流预测、辐射加热、高状态剪切烧蚀、结构件长时间等多项技术难题,为返回器研制提供了有力技术支撑。

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自主研发“星空”系列低成本飞行试验平台并成功开展试验,标志着我国已成功建立了空气动力学研究中除理论研究和地面试验以外的第三种研究手段——飞行试验研究。

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在加强基础条件建设的基础上,充分发挥了空气动力推动和引领型号发展的作用,变被动承担型号试验为主动为型号部门提供设计方案,开展以试验和理论相结合的气动基础和应用基础研究;配套完善了0.6米量级的空气动力试验地面模拟设备,形成了1.2米量级的空气动力试验地面模拟体系,重点建成了1.2米亚跨超声速风洞、Ф1米量级电弧风洞和Ф1米激波风洞试验设备,为国家重点武器装备、大型运载火箭的研制和重大工程的实施提供了必要的试验条件。型号研究、试验手段全面提升,设计参与度和系统集成能力显著提高,试验测试条件普遍改善,科研配套基础整体加强,初步形成了较为完善配套的飞行器研制、生产体系。通过能力建设,改善了原有的型号试验、验证分析手段,初步形成型号验证与分析一体化集成系统,满足了型号优化设计和验证需要,提高了型号设计、验证质量,缩短了研制周期并降低了研制成本。满足了型号试验的需要。特别是,气动热地面模拟试验设备能力得到了很大的提高,具体表现在:电源功率、电弧加热器功率、喷管出口尺寸、运行时间等试验参数指标得到显著提升,并承担了多个重要型号的气动热地面模拟试验。保持着国内相关领域气动热实验的优势。另外,为满足风洞试验需要,配套基础设施建设与风洞建设同步发展,重点解决了真空系统(中、低真空)、中压气供应问题。通过对动力基础设施的补充建设,使各有关单位的水、暖、电、气及管道系统的容量需求得到满足、安全隐患得到有效控制。

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数值模拟方面,随着计算流体力学(CFD)技术在航天型号中越来越广泛的应用,对与CFD软件相配套的计算机硬件条件、辅助软件和应用开发软件的要求也急剧提高。必威官网手机版建设的CFD气动数值模拟系统涵盖了高性能计算系统、存储系统、可视化处理系统、数据管理系统,以及相应的网络保障系统等。浮点运算能力已达到27万亿次,随着正在建设项目的完成,该能力还将成倍提高。建立了CFD气动数值模拟的基础条件,可以完成飞行器从亚、跨、超声速到高超声速各种气动特性分析,包括无粘性流场分析系统、粘性流场分析系统,可以计算真实气体效应的影响;具备机动飞行时大攻角分离流动的气动特性分析能力、高雷诺数下湍流流动对气动特性影响的分析能力、飞行器与推进系统相互作用的一体化分析能力、多体分离的分析能力等。极大地提高了CFD技术为航天型号服务的能力,对加快型号的研制进度,促进新型航天飞行器的创新和发展有很大的推动作用。

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二、大幅提升特种飞行器主业技术实力

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作为高性能中空长航时武装无人机装备,彩虹4在技术上实现了重大创新,拥有自主知识产权,综合技术水平达到国际领先。该项目的主要创新点为:提出了大载弹量和长航时、保持对地威慑压制的优化设计理念,建立了武装无人机新的总体设计方法、流程和指标评价体系,提出了以气动特性最优为核心的飞行器构型设计方案;首创无人机对地攻击自动展位和5000米相对高度即察即打技术,作战灵活度、生存度大幅提升,采用飞行平台和武器综合匹配优化设计方法,设计了指控、火控、飞控一体化作战软件;提出了以载荷、武器操作而非飞行平台操控为中心的设计新理念与系统设计方法,实现高度智能化、低成本、易操作,具有很强的作战环境适应性和系统安全可靠性。

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彩虹5无人机是军民融合的实践先锋,从系统设计之初即考虑了军民两用的需求。该机采用了全新的操作方舱,实现了网络化的指挥控制和对地互动式情报双向分发获取,支持一站多机飞行,操作人员更多,操作更简单。彩虹5无人机利用其强大的载重能力,通过挂载高清光电载、高清相机、高光谱相机、SAR等多种载荷,可以全面覆盖海洋生态环境保护、防灾减灾监测、海域和海岛动态监测、海上维权执法以及应急响应五大海洋监视监测需求。彩虹5无人机还是应用系统是实现海事“三化”建设以及海陆空“空间一体化”海事监管模式的重要保障。在资源勘测方面,彩虹5无人机利用其大尺寸、大载重、长航时的优势,搭配具有强大供电负载能力的飞行器平台,可实现高性能、高效、高精度航空物探应用,可广泛应用于化学填图、矿产勘查、水文地质和环境监测等领域。

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太阳能无人机是一种由太阳能及其再生能源驱动的电推进航空器。研究院从2000年左右开始相关技术论证与系统研究,2004年实现小型太阳能无人机首飞。今年,又在国内首次完成40米翼展太阳能无人机飞行试验,为此类大型临近空间无人飞行平台的发展奠定了坚实基础。目前,太阳能项目团队已验证了气动、结构、能源、推进、飞控等分系统设计技术及各系统之间的工程性系统集成。

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三、牢牢把握环保主业自主知识产权

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研究院充分利用航天领域空气动力学的技术优势,突破气动脱硫装备技术工艺包优化设计、气动脱硫塔优化设计和智能控制系统设计等关键设计,取得自主知识产权,形成年产多套大型烧结机烟气脱硫装置的能力。累计承担马钢集团、河钢集团等多项大中型工程项目。

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烟气脱硫技术日臻成熟,性能可靠,达到国内领先、国际先进水平。创新核心工艺和核心设备设计,形成气动再生脱硫技术整套工艺包和工程设计技术,打破国外技术垄断,填补国内空白。催化裂化装置气动脱硫除尘技术装备应用日臻成熟,可有效带动国内石化炼油行业烟气治理产业升级,实现经济发展与环境改善的良性互动。

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突破高效、低耗的国产化SCR气脱硝关键技术,形成了适用于大中型火电机组的SCR脱硫工程国产工艺包设计能力和生产能力,提升了国产大中型SCR脱硝装备的技术水平,进一步降低了国内脱硝行业对进口技术的依赖,为SCR脱硝工程国产化设计节约了资金。

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紧跟国家能源产业和环保事业发展形势,研制出具有自主知识产权的烟气气动脱碳工艺和核心气动吸收/解收设备,打破了国外的技术垄断,为未来拓展烟气脱碳市场积累了足够的技术储备。创新研发设计出可达到工业烟气颗粒物排放超低限值的气动旋流高效除尘除雾器结构,已获得3项发明专利和9项实用新型专利授权。创新烟气湿法脱硫除尘超低排放一体化工艺,优化工艺路线、工艺流程、工艺系统,达到超低排放标准。

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四、稳步实现测控主业质的飞跃

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十二五期间,测控主业的发展经历了一个从量变到质变的过程。

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在无人机及导弹舵控技术研制方面,研发团队将“简谐振动”理论创新性地引入到舵机设计过程中,研制了院“彩虹”系列无人机和“射手”系列导弹的舵控系统。目前,舵控产业产能达到1000/年,研发、生产、检测设备齐全,军品生产工艺和管理流程基本成熟。

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成功将游戏开发平台应用于无人机模拟训练装备的研制,该技术可复制应用于其他装备的模拟训练中;成功研制复杂的系统集成产品,为自主研制无人机地面指挥站奠定了基础。提出完整的光电载荷、数据链、地面指控站的系统级解决方案,在小型化、低成本的无人平台市场具有广泛的应用前景。

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基于分布式光纤传感技术的周界应用具备及时识别相应入侵事件、大范围监控、长距离传输、低能源依赖性、高环境耐受性、抗电磁干扰、抗腐蚀等特性,提供了一种全新的安防解决方案。基于该技术的光纤入侵报警系统、光纤油气管道安全预警系统、光纤语音监听系统等技术成果成功应用于多个安防项目。

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可调谐半导体激光吸收光谱技术是国际上最新一代气体传感技术。十一院利用4年时间,完成相关的基础研发工作,掌握了核心器件和核心技术,并根据客户需求,研制出多款基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的具有自主知识产权的气体分析仪。已在多个项目中实现成功应用,未来还可在气象湿度、文物保护、工农业环境监测等领域积极拓展。2016年,“高精度激光调制吸收水汽传感器应用技术”被中国高科技产业化研究会评定为国际先进。2017年,“高精度激光湿度传感器”被授予北京市新技术新产品证书。

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太赫兹人体安检仪迅速打入国内维稳检测市场,技术水平国际一流。采用瞬态高分辨率太赫兹安检成像技术,可以有效提高安检速度和效率,同时规避传统安检手段不能检测非金属武器、易燃易爆液体/固体等弊端,有效扩大可探测禁带品的种类和范围,降低误检率、漏检率,可充分满足机场、火车站、海关、出入境口岸、公检法部门、大型会议活动等人员密集场所的大流量快速安检需求。

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