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[关键词]斜坡地基;填挖交界;强夯;K30;地基承载力
[DOI]1013939/jcnkizgsc201623163
1工程概况
河北省清东陵高速公路四标段起点里程K21+500,终点里程K28+707203,全长7207千米。采用双向四车道高速公路标准建设,路基宽度245米,设计速度80千米/小时。设计路基挖方474517万方,填方1323106万方。
本试验段位于遵化市大玉线与清东陵高速交叉口东侧山坡上,本次试验段里程:K25+890~K25+990;选取K25+900(半填半挖路堤)、K25+930(半填半挖路堤)、K25+980(路桥过渡段)三个试验断面。
本试验段为半填半挖路基,为提高路基整体强度、减小填方区与挖方区的不均匀沉降,在铺土碾压至下路床顶面时,对路堤全幅进行强夯处理,并铺设双层双向土工格栅,控制填方路基与挖方路基的不均匀沉降。
2强夯施工工艺
强夯施工可按下列步骤施工:①清理并平整施工场地;②标出第一遍夯点位置,并测量场地高程;③起重机就位,使夯锤对准夯点位置;④测量夯前锤顶高程;⑤将夯锤起吊到预定高度,待夯锤脱钩自由下落后,放下吊钩,测量锤顶高程,若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时,应及时将坑底整平;⑥按设计规定的夯击次数及控制标准,完成一个夯点的夯击;重复步骤③~⑥,完成第一遍全部夯点的夯击;⑦用推土机将夯坑填平或推平,并测量场地高程,计算本次场地夯沉量;⑧在规定的时间间隔后,按上述步骤逐次完成全部夯击遍数,最后用低能量满夯,将场地表层松土夯实,并测量夯后场地高程。
满夯施工可按下列步骤进行:①平整场地;②测量场地高程,放出一遍满夯基准线;③起重机就位,将夯锤置于基准线端;④按照夯印搭接1/4锤径的原则逐点夯击,完成规定的夯击数;⑤逐排夯击,完成一遍满夯,用方格网测量场地高程;⑥场地整平;⑦测量场地高程,放出二遍满夯基准线;⑧重复③~④的步骤完成第二遍满夯;⑨平整场地(若设计满夯为一遍时,步骤⑦~⑨略去);⑩测量场地高程。
3强夯数据分析
夯击次数与累计沉降量、对应沉降量关系曲线见图1和图2。
通过对现场强夯试验的数据分析,得出结论:累积夯沉量随夯击次数增加而增加,每击夯沉量随夯击次数增加而减小。由图1、图2可看出,单点夯击6~7次后,夯沉量趋于稳定,且小于2cm,如果以8次夯击后的夯沉量作为总夯沉量,夯击次数为6~7次时,夯坑累计夯沉量已达总夯沉量的95%左右,因此,6~7次可作为最佳单点夯击数。
4夯后K30试验数据分析
强夯作业后进行K30试验,对强夯作业质量进行检验。在K25+900、K25+930、K25+980三个断面进行试验,K30试验σ与s曲线及线性趋势线如图3所示。
图3K30试验σ与S曲线及线性趋势线对K30试验数据进行分析,强夯作业后,K25+900、930、980三个断面的地基系数K30的值分别为234、241、243MPa/m,远大于设计要求的150MPa/m,说明本次强夯作业对路基承载力提高效果显著。
5结论
通过现场实验数据可以看出,强夯后山区高速公路填挖交界处的地基承载力得到大幅提高,这对半填半挖路基造成的不均匀沉降有很好的控制,建议以后遇到类似工程问题时,先采用强夯法进行路基处理,使承载力得到补偿,同时结合上面铺设的土工加筋材料,使填挖两处的路基形成整体。
参考文献:
[1]罗希文高速公路路基强夯技术应用研究 [J].湖南交通科技,2001,27(1):10-12
从“神五”到“神十”,我国系列载人飞船发射成功后,在全国上下特别是在青少年中引发了一股“航天热”,很多高中毕业生希望报考航天专业,将来从事航天事业,为祖国航天事业的腾飞奉献终生。
那么,航天专业有着怎样神秘的内涵?若想投身于航天事业,应该选择什么专业?在大学时代要做好哪些职业准备?航天专业毕业生的就业前景又如何呢?
专业设置特点
航天是个令人向往又神秘的职业。为了推出本期专题,记者在做了充分案头准备后进行了调查采访,现在,就让我们按照航天器的发射程序走进航天类专业。航天器升空的每一个步骤都涉及很多交叉学科与专业,本文中所列举的,是每一个步骤所对应的比较重要的专业之一,其中有些专业既涉及航空类,也涉及航天类。
小贴士:载人飞船升空分几步?
第一步,随着倒计时口令,点火升空。逃逸塔分离。
第二步,助推器分离。一、二级分离,一级坠落。
第三步,整流罩分离,船箭分离。5次变轨控制后,航天器进入预定椭圆轨道。
第四步,太阳能帆板打开。
第五步,航天员执行空间任务。
第六步,返回大气层。
航空和航天有着密不可分的联系,又有所区别。前者是研究近地面飞行环境及物体的,而后者是研究大气层外高空飞行环境及物体的。航空航天类专业主要研究飞行器的结构、性能和运动规律,培养把飞行器设计制造出来并送上太空的工程技术专业人才。无论是飞机还是航天飞行器,都是综合科学技术的结晶,因此从广义上讲,材料科学与工程、电子信息工程、自动化、计算机等都是航空航天技术不可或缺的学科基础。随着航空航天事业的迅猛发展,近年来又催生出航天运输与控制、遥感科学与技术等新兴专业。
中国有7所国防院校,11家央属国防企业集团。涉及航天领域的专业,排名前三位的高校分别是哈尔滨工业大学、西北工业大学和北京航空航天大学。其中尤属哈工大的航天专业实力强,毕业生中有很多已成为各领域的专家和骨干,如中国航天科技集团副总经理马兴瑞、中国空间技术研究院院长袁家军、海王集团总裁张思民等。
“关行器设计专业,一共包括三个方向:卫星、火箭和导弹。最开始觉得火箭和导弹都比较‘暴力’,所以高考填报志愿时,我选择了与航天工程紧密相连的卫星方向。”北京航空航天大学宇航学院大四的小和介绍说,北航宇航学院下设三个专业:飞行器设计与工程专业、探测制导与控制技术专业和飞行器动力工程专业。其中,飞行器设计与工程专业的学生主要学习飞行器设计方面的基本理论和基本知识,并受到航空航天飞行器工程方面的基本训练;探测制导与控制技术主要负责航天器送入太空后,对其进行制导和各种变轨姿态调整控制;而飞行器动力工程主要负责研制火箭发动机。据宇航学院的学生介绍,这三个专业中,飞行器设计与工程专业最热门,而选择探测与动力专业的人数则要少一些。
航天专业的学业与素质要求
航空航天类专业对学习者的要求是“厚基础、强能力、高素质、重创新”。学生要学习和掌握航空航天技术的基础理论和知识,接受航空航天飞行器工程方面的系统训练,通过各种实践性教学环节,可具备坚实的理论基础,良好的实践能力和分析、解决问题的能力、以及创新能力。毕业生在数学、物理、力学、计算机等方面的基础比较扎实,在逻辑、分析、空间想象力、推理等思维上优势明显,知识面宽,适应力强,发展潜力大。本科毕业生考取研究生的比例很高,申请国外大学奖学金的成功率也较高。
如果你想学习航天专业,那么,除了一腔热情外,还需要做好哪些心理上的准备呢?
由于航天职业的特殊性,从事航天职业需要三种精神。
1. 刻苦学习精神
航天专业要求高、课程多、任务重,要成长为一个合格的航天人,除了工科的基础课程之外,还要学习诸如发动机设计、自动控制理论、数字电路等专业课程。
以北京航空航天大学飞行器动力工程专业为例,该专业一个本科生成长为博士生,仅力学就要学习20几门,学生们每天自习到11点已是习惯性作息。
同工科专业一样,航天工程对学生的实践能力要求也很强。学生除了修完课程、掌握理论,还要懂技术。因此,动手能力强、有组织协调能力的考生学这个专业很适合。
2. 吃苦奉献精神
“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”被誉为“载人航天精神”。神舟成功发射,被大众熟悉的只有少数几个人,但是背后有数以万计的航天人在默默无闻地工作着。“飞行工作更多的是辛苦,而不是神秘。工作人员需要比较强的抗压能力,以及良好的心理素质。”一位在航天一院702研究所做航天测试测量技术与设备的工作人员告诉记者,他们的工作时间上朝九晚五,但是来了试验任务,就要加班加点不分昼夜地把它完成。具体到个人的职业,航天火箭与飞船的设计制造需要反复测试某些零部件、程序的稳定性及安全性,比如像飞机上的“黑匣子”之类的东西,以保证飞行器、导弹等执行任务时万无一失,并获得飞行中或执行任务时所需要测量的参数。
此外,航天工作人员会经常去酒泉、西昌的靶场执行任务,而靶场是炮弹爆炸或飞船起飞、卫星发射的地方。
3. 团队协作精神
航天系统内部分工精细,一个课题需要众多研究者协作完成,团队协作精神在航天领域体现得更为充分。航天系统内部分工精细,一个课题需要众多研究者协作完成,有的时候自己的成果仅为别人做嫁衣裳而已,因此,在航天领域里少不了团队协作精神,一个人只能完成更多的任务,但是绝对不可能包揽所有的工作。正如一位在航天一院工作的孟先生所说:“航天是一项既神秘又平凡的事业,航天事业是一个巨大的系统工程,需要许多行业、许多不同专业的工程技术人员及科研管理人员共同协作,需要每个人都具有协作意识、吃苦耐劳精神以及奉献精神,安于自己平凡的岗位,做一个螺丝钉,不要太计较个人得失。”
需求趋势与就业前景
近几年,随着神舟飞船的频繁发射,航天专业进一步升温。有媒体报道,最被看好的12类专业中,航空航天专业名列其中。
据哈工大招生就业处负责人介绍,该校航天专业的学生在入学时成绩在全校是数一数二的,录取分数在全校最高,集中了校内的“尖子生”;在就业方面去向也非常好,主要给中国航天科技集团公司和航天科工集团公司输送航天人才。学生毕业时国内的航天科研院所都抢着要。
复旦大学力学与工程科学系博士生导师唐国安教授预测,我国飞行器可供开发的空间很大。载人火箭发射成功,意味着我国准备开始对外空间进行和平开发,航空航天科技工业极具发展前景,对人才的需求会持续旺盛。北京航空航天大学宇航学院党总支书记孟庆春介绍说,我国飞行器可供开发的空间很大,许多应该用到飞行器的民用领域目前还未开发利用,在私人使用上也几乎是空白,因此,飞行器设计与工程专业的人才会是我国将来急需的人才。
航空航天产业将引发对航空航天人才的巨大需求,包括航空航天经营管理、航空航天飞机总体设计与研发、发动机研发与制造、零部件研发与设计、航空航天新材料研发等方向,其中航空航天产品光电通信技术、能源系统设计、力学及环境工程、计算机、仿真、可靠性技术等领域在内的专业人才缺口巨大。
“我想以后在航天五院好好发展,做一名总体设计师。”学飞行器设计与工程专业的小和2012年6月份从北京航空航天大学毕业,去了航天五院深造,完成了他儿时作为一名航天工作者的梦想。
据小和介绍,宇航学院的本科生毕业之后也能找到工作,比如他们班当年就有人去了航天火工、东航、西安飞机强度研究所、北京现代、东风日产、陕西鼓风机等企业。也有很多本科生选择继续深造,读研或读博,并且几乎都去了十大航天院所,如航天一院、二院、三院、五院和八院、沈飞、成飞、西飞等等。“飞行器设计专业是国家自建国以来持续扶植的产业。我国的火箭技术相比于美国俄罗斯还比较落后,为了日后的载人登月计划,必须研制出更强大的火箭。我很看好本专业的就业前景。”
未来十年是我国航空航天事业发展的重大战略机遇期,需要更多更好的人才。为了加强对航空工程骨干专业技术人才的引进和培养,建立高水平、高素质的航空专业技术队伍,航空工业第一、二集团公司在北京航空航天大学、南京航空航天大学、西北工业大学等院校设立了航空奖学金,金额每人每学年7000~11000元不等,以支持立志投身祖国航空事业的学子顺利完成学业,这对于家庭经济比较困难的同学无疑是很好的选择。
同时,除了飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造工程、飞行器环境与生命保障工程等专业外,航空航天事业还涉及信息、能源、制造等技术的综合专业。随着我国国民经济的发展和综合国力的提高,航空航天高科技领域的成果已不仅仅应用于航天飞船上,也在逐渐向电子、机械、汽车等领域渗透。也就是说,学习航空航天类专业的同学一样能在其他领域大展才华。
报考注意事项
航天人才≠杨立伟
高校航天专业的培养目标都是航天工程领域的技术与管理人才,而非培养宇航员。形象地说,航天专业出来的人才可以当戚发轫这样的总设计师或袁家军这样的总指挥。要是想当杨立伟一样飞上太空的宇航员,现阶段在我国只能报考飞行员。
身体条件要求
一些考生和家长误以为报考航空航天类专业,体检的标准要按照军检的标准来进行,其实不然。航空航天类专业主要是培养航空航天领域的专业技术人才,对考生的身体状况没有特殊要求,同学们只要符合《普通高等学校招生体检指导意见》,就可放心报考。
关键词 微机械技术;优越性能;航天传感器技术;应用研究
中图分类号TH16 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2011)43-0184-02
0引言
微机械技术是与微电子技术密切结合的一种新技术,它凭借着智能化、系列化、微型化、分辨力高等一系列的优越性能,迅速在世界得到发展。它成功地开发出了一批微传感器,并在航空航天系统应用中崭露头角,使传统的传感器相形见拙。可见,采用微机械技术制造的各种微传感器必将成为21世纪航天传感器的主流,对航天传感器的发展也有巨大的推动作用。
1微机械技术对航天传感器的作用
微机械技术从开发的传感器看,已由力学量发展到电、光、热、辐射和生物等诸多传感器领域,发展成由表面加工到与体加工相结合的一种三维加工技术,应用前景相当广泛。近年来,我国学术界多次召开了微机械技术研究会议,从一开始也有专家预言,微机械技术会如微电子技术一样发生很大变革,会像微电子一样给社会带来深刻的影响。而当今微机械技术也确实成为了美国、瑞士以及德国等国家当前急需发展的新技术,他们各国先后均花巨资来建立微机械技术研究中心。由此可见,微机械技术的应用前景不可估量。
当前,微机械技术是研制航天传感器,发展先进的导弹、小卫星多目标测控的航天传感器技术的关键。其实,航天工程早在微机械技术发展前期,就应用该技术在短时间内实现了航天传感器的产业化,而微机械技术也凭借它一系列优越的性能占领航天传感器市场。目前,应用微机械技术的产品非常之多,比如:英国采用的航天电容式液位传感器以及法国5号火箭采用的溅射薄膜压力传感器等。另外,微机械技术还与计算机软件技术把传感器推向一个更高的层次, 而这正是未来航天型号安控检测和故障检测系统所需要的。
2 微机械技术在航天传感器技术中的应用研究
2.1发展航天传感器技术的核心技术
发展航天传感器的核心技术就是微机械技术。目前,由于我国航天各型号测控系统的需求,航天系统成功地研制了航天需要的力学量、热学量、运动量等10多种测量参数以及400多个不同规格的传感器变换器系列, 极好的满足了航天各型号测控系统的需求,促进了航天型号的发展。而航天型号的发展也对传感器提出了更高的需求。根据我国航天系统传感器专家研讨,微机械技术拥有一系列优越性能,只有采用微机械技术才能较好的满足航天新型号的新需求。主要体现在以下几个方面:
1)微传感器微型化且智能化
航天武器型号的小型化和机动性要求传感器更加小型化,而采用传统技术制成的传感器,每件的平均重量最低不会少于50g~100g,并且如果进一步对其进行小型化,就会使传感器的的性能下降。特别是现在小卫星、战术导弹和子弹头测控系统更是要求微型化的传感器。
另外,航天传感器的发展方向是实现传感器的智能化和集成化,这对于航天型号的发展和实现型号的安全检测和故障诊断都是十分重要的,并在此基础上开发传感器微系统。这些目标,主要依靠微机械技术才能实现。近几年,航天传感器界也正在热心研究并应用微机械技术。
2)微传感器优质且廉价
微机械技术不仅性能优越,采用微机械加工的传感器更是批量化多元件生产,自然制成的微传感器性能优质且价格低。其性能价格远比传统的单件生产的传感器要高,国外已出现了优质廉价的军用航天传感器,其市场占有率也正在不断扩大。
3)微传感器的可靠性
传统传感器的敏感元件等重要件加工主要是依靠手工操作,而手工操作会存在一定的限制性,使得传感器的可靠性难以提高。而微机械加工是在超净环境中自动化批量生产,能提高航天传感器的可靠性和一致性。所以,只有依靠微机械技术才能实现航天传感器的高度可靠性。
2.2航天传感器技术中的微机械技术
为了发展航天传感器技术,需要研究的微机械技术主要有微传感器的CAD技术。结合航天传感器的使用要求开展的微传感器结构版图设计,通常要在数据库支持下进行仿真和设计,并借助CAD来完成。
2.2.1微传感器后工序工艺技术
其主要技术包括穿线与密封技术、微结构的真空密封技术等。其中穿线与密封技术是微传感器的关键技术,它能提高传感器的性能、成品率,且能降低成本。穿线与密封技术主要是采用横向和纵向两种穿线方法。横向穿线就是先用掺杂多晶硅做出外引线,并在1100℃下高温处理,使磷硅玻璃流动填平表面,随后再淀积钝化层和多晶硅,开出引线孔,这样就可进行静电封接,横向穿线主要是是填平由于横向引线造成的表面不平整。而纵向穿线就是在封接前,用电火花先在玻璃上打通孔,随后封接,然后蒸镀并光刻出欧姆接触电极,最后再用导电胶连接外引线,使之完成密封和引线双重任务。
同时,微结构的真空密封工作也很重要,其在真空中进行静电封接容易出现真空放电,故使得真空密封难度较大,封接后也难以达到高真空。
2.2.2基本加工工艺技术
其主要技术包括深腐蚀加工工艺技术、表面加工工艺技术以及体加工工艺技术。传感器要制造出深度为十微米以上的垂直壁, 就必须对硅作深腐蚀,可用常规的腐蚀方法其侧向腐蚀较严重,所以很难实现硅的深腐蚀。近期来,不仅出现了采用平行度很高的紫外线代替X射线对光敏聚酰亚胺技术,还出现了采用等离子刻蚀垂直深槽的技术,主要工艺就是先制造电镀模具,然后再电镀成型所需的金属结构。
同时,表面加工工艺技术主要是采用硅片作衬底,利用多晶硅层等来制造传感器的微机械结构。近几年,表面加工技术取得了长足的进步。它可以将传感器与集成电路做到一个基片上,而且做好后不仅体积小,成本也低。而体加工工艺要比表面加工工艺复杂得多,但它的机械性能非常好,所以,现在国外许多加速度传感器仍是采用此工艺技术来制作的。
3结论
航天传感器新型号对技术与产品的需求,只有依靠微机械技术才能实现。微机械技术是20世纪末迅速发展的新技术,也必将成为21世纪发展的高技术。采用微机械技术制造的微传感器,也必将占领21世纪传感器市场的主导地位。可以预言,在未来,微机械技术对于科技技术现代化,尤其是航天工程技术的发展必定起到重要作用,航天传感器技术也定会随着微机械技术的发展而有所突破的。
参考文献
[1]陈津.传感器技术应用综述及发展趋势探讨[J].科技创新导报,2008(10).
1970年4月24日,我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功,拉开了中国人探索宇宙奥秘、和平利用太空、造福人类的序幕。经过几代航天人的接续奋斗,我国航天事业创造了以“两弹一星”、载人航天、月球探y为代表的辉煌成就,走出了一条自力更生、自主创新的发展道路,积淀了深厚博大的航天精神。
2016年10月12日,国家国防科技工业局党组在《人民日报》刊文称,中国将力争在2020年左右实现重点突破,加速迈向航天强国;2030年左右实现整体跃升,跻身航天强国之列;2050年之前实现超越引领,全面建成航天强国。
工业和信息化部副部长、国家国防科技工业局局长、国家航天局局长许达哲说:“‘十三五’是中国航天发展的战略机遇期,发展航天事业,建设航天强国,是我们不懈追求的航天梦。”从航天大国到航天强国,我们还有多少路要走?
我国距离航天强国还有多远?
航天强国有哪些具体指标?中国航天科技集团董事长雷凡培曾在接受采访时表示,航天强国的指标包括100项产品技术指标和27项经济指标。
现在,我国能达到国际先进水平的指标有三分之一。产品技术指标中,载人航天工程、月球探测等一些主要指标上,已达到国际先进水平;经济指标中,有一半的经济规模指标已达到,但人均指标仍有差距。从目前来看,“十三五”乃至未来的一段时间,我国将从重大项目、工程落地和应用层面进行布局。
在重大项目上,围绕国家重大战略需求,我国将选择重点领域,启动实施天地一体化信息网络、深空探测及空间飞行器在轨服务与维护系统、重型运载火箭等一批新的重大科技项目和重大工程。
例如,载人航天工程建成长期有人照料的空间站,开展较大规模的空间应用;探月工程实现“三步走”战略目标,嫦娥五号实现特定区域软着陆及采样返回,嫦娥四号实现人类探测器首次月球背面软着陆;高分辨率对地观测系统全面建成,为形成高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率的综合对地观测体系提供支撑;第二代北斗卫星导航系统覆盖全球,形成高质量定位、导航和授时的全球服务能力。
另一方面,加强空间科学研究,提高人类科学认知水平。充分发挥空间科学在创新、发现和技术牵引方面的重要作用,持续推进载人航天、月球探测以及空间科学先导专项等工程的科学探索,开展空间天文、空间物理、微重力、空间环境、空间生命等空间科学研究,建立可持续发展的空间科学计划,加强空间科学探索研究,在空间科学前沿领域取得重大发现和突破。
而在应用层面,商业航天发展和产业化应用是重要方向。我国将围绕国民经济建设和社会发展重大需求,完善卫星应用体系,拓展卫星应用领域,强化卫星在资源开发与环境保护、防灾减灾与应急反应、社会管理与公共服务、大众信息消费与服务等方面的综合应用。
此外,我国还将进行航天体系的体制改革。例如,推进航天科研院所分类改革和混合所有制企业改革,科学划分航天科研院所类别,坚持生产经营类院所企业化转制,推动建立现代企业制度。
构建航天新业态
雷凡培曾表示,从欧美航天产业发展历程来看,航天产业的直接投入产出比约为1:2,而相关产业的辐射则高达1:7至1:14。我国航天产业的直接投入产出比较欧美略低,相关产业的辐射可以达到1:7至1:10的区间范围。在航天的商业应用上仍有提升空间。
这样的辐射力正在吸引着地方布局商业航天产业。
2016年9月,我国首个国家级商业航天产业基地落户武汉。该基地将以发展商业航天为主导,以新一代航天发射及应用为核心,通过科技创新、商业模式创新和管理创新,打造航天运载火箭及发射服务、卫星平台及载荷、空间信息应用服务、航天地面设备及制造等四大主导产业。
复旦大学航空航天系教授孙刚认为,地方这样的探索尝试,是希望能够在航天商业发展上做出一些产品。但要想达到盈利目的,时间还比较长。
在他看来,国外之所以能出现像SpaceX公司的“猎鹰-9”完成世界首次海上回收火箭这样的实践项目,是因为技术基础较牢靠。“我们能做出一些产品,但后续的产品延保需要大量的技术保障。”
北京航空航天大学通用航空产业研究中心主任高远洋表示,从我国国情来看,吸引社会资本和减低民营企业进入航天领域门槛,也是难点和重点。因为航天航空领域往往自成体系,传统做法是进行体制内配套。未来,可以考虑在准入标准上,进行一些体制机制突破。
这也是今后的一个探索方向。例如,我国将探索推广政府与社会资本合作(PPP)等模式,鼓励和引导社会力量参与国家民用空间基础设施、卫星地面应用系统等建设运营,以及空间信息产品服务,培育“互联网+卫星应用”新业态,建立完善政府购买服务的模式,促进商业航天健康发展。空间站、探测器登月返回等国家重大航天工程将持续实施,服务经济社会发展的北斗导航、高分、海洋等众多卫星项目产生良好而广泛的经济和社会效益……当前和今后一个时期,作为产业链较全的航天大国,中国航天正迎来一个难得的发展机遇。如果能够抓住这个机遇并利用好,将加速实现我国从航天大国向航天强国的历史性跨越,包括具备全面的宇宙空间探索能力,建成完善的国家空间基础设施和航天装备体系,具备引领航天技术发展的自主创新能力,具备实力雄厚的航天国际竞争力和话语权等。
在机遇面前,一方面需要航天大型企业和研究机构不断创新,继续引领整个行业和领域发展:另一方面,也可以看到,一些新的研发机构和民营企业也对民用航天领域充满热情,并具备了跨入门槛的实力。如2015年发射的第一颗新一代北斗导航卫星,由中科院和上海市合作共建的上海微小卫星工程中心研制,采用了不同以往的卫星新平台和新技术,在性价比上比较有优势。如果能够让这些新生力量获得更多参与、成长的机会,整合到航天产业的生态链中,与大型航天企业一起合力构建起更为开放的民用航天创新生态,将为中国航天带来更广阔的创新空间。
此外,国家层面将加快推进航天法立法工作,研究制定民用航天管理条例、空间数据与应用管理条例、宇航产品与技术出口管理条例等行政法规,健全民用航天发射许可、空间物体登记等制度。研究制定国家航天政策,建立完善商业航天、国际合作、知识产权等配套政策,形成社会各类主体公平有序参与航天发展的军民融合开放局面,保障航天事业规范有序发展。
1.智能设备的应用极大地方便了人们的生活与工作。通信工程技术为人们的生活与工作创造了极大的便利,当有事情需要解决之时,只需拿起手机等智能设备便可进行相关信息的通知与获取。20世纪80年代初,只有少数家庭拥有座机电话,大多数家庭不具备安装电话的条件。在当时,以电话为主的通信工程技术是一种身份的象征,很多单位中会在多个部门进行一部电话的安装,各部门人员只能排队使用,手机更是令很多人不敢想象的通讯设备,只有极少数人使用“大哥大”手机,价格也十分昂贵,多为2万元以上。大部分人在互通有无之时只能约好地方等候,遇到突发状况便无法取得及时的联系。而如今,借助于各种通信技术,双方联系极为方便与快捷,视频技术也已发展得十分成熟。可以说,现阶段几乎所有的工作人员、退休人员以及学生都人手至少一部手机,大多数家庭安装有电脑等先进设备,在与人建立联系、进行事务的处理之时几乎不再面临任何障碍。2.移动网络与无线信息等通信技术的应用提高了办公自动化的水平。利用简单便捷的电子邮件或聊天软件,人们便可以互致问候,目前,网络会议中兴起了即时QQ聊天、即时视频通话等内容,这一切都应归功于通信工程技术的迅猛发展。若让科学家进行近年来发展最为迅速的新型技术的选择,首选必然也是通信技术。简单地说,以往一个大型集团公司在进行全国性大规模会议的举办之时,各地区工作人员都需要考虑航空、火车、汽车等交通票的提前预定,他们会经过数天的时间到达统一的会议地点,极为费时、费力、费财。而现在,很多大公司都会通过视频的方式举办会议,在满足简便、快捷要求的同时,很好地向各地区员工传达会议精神,有效地连接起地区之间的沟通,对公司由于时间延迟而带来的隐性成本予以大幅度的降低,加固信息传递实效性,有利于公司更高利益的获取。也就是说,利用通信工程技术进行信息的传递,提高了企业办公自动化的水平,在对资源进行无缝对接的同时对以互联网经济为依托的衍生产业予以推进,信息化社会的形成为国民经济创造了新的增长方式与运作平台。3.光纤通信技术等的应用推动了载人航天、卫星通信以及导航监控等工程的发展。通信工程技术在载人航天与卫星中的应用是监控火箭与飞船目标的飞行状态,进行飞行实况景象的摄录,并对所跟踪到的数据加以测量,最终对一些科学实验数据予以传送等。迄今为止,通信技术系统在我国航天工程中的应用规模最大、覆盖面最广、实效性最高、前景最为广阔,利用卫星通信与光纤通信等多种方式,对覆盖整个国土与三大洋的通信网络进行组织,最多且最佳化了通信方向与运行效益。在GPS系统不断升级以及卫星通信技术不断发展的背景下,人们不仅清晰地看到了地球卫星图片,还从逼真且立体的画面中实现了对世界各地风貌的全方位了解。北斗导航卫星的应用提供了可靠的技术支持于我国不同行业的进步与发展,针对部分GPS与数据接收不到位的现象,北斗导航卫星得以产生与兴起,它对全国各领域予以覆盖,有力地支撑起国家的抗震救灾、国民经济发展等工作。
二、通信工程技术的发展前景
通信行业的迅猛发展日益提高了其在我国国民经济增长中的市场份额,成为国民经济建设的一个新的出发点。未来的通信工程及其技术发展依赖于国家及成员的不断努力与开拓进取,本文认为,通信工程技术必然会朝着网络融合、技术互补、应用创新以及信息个体化等方向加速发展。1.实现未来网络趋势的融合体。分析通信工程及其相关技术的现有发展水平,接入网的不同是为了对应用场合中的差异化需求予以满足,因而通信网络会在不同范围内具有互补特征。由此,多种技术主导下的通信工程技术将与计算机实现更大规模的融合,这样不仅会便利化网络环境的检测工作,提高检测效率,还能够在一定程度上降低不同用户之间的通信干涉。所以,未来网络融合体的实现必然会成为现代通信工程技术的一种发展趋势。2.通信技术之间的互补性会日益加强。以无线与移动通信技术为例,不同的接入方式差异化了通信技术的适用范围、覆盖面以及接入速度等内容。WLAN的提出是为了解决距离中的数据传输问题,3G技术则是以对移动漫游中需求的满足为其开发目标。由此,为了使通信工程技术在发展过程中更加具有多元化特征,各技术之间的互补性必然会在技术的不断完善中得到提升,最终推动现代通信工程技术实现更好与更大规模的开发、应用与发展。3.技术应用的创新趋势会日益明显。由于不同行业会对通信工程技术提出差异化的需求,这就要求通信工程中的各类技术与不同学科之间建立起有效的连接,以对不同用户的多样化需要予以满足,这必然会在无形之中加速并实现通信工程技术的跨行业发展,日益凸显技术发展过程中的创新趋势,以更好地推动现代通信工程技术的改革与完善工作。4.通信信息将更加个体化。在现代通信工程技术的逐步完善过程中,个体信息化的发展需求会得到越来越优质的满足。通信技术的广泛应用不仅仅在前文所述的航天、卫星等领域有所体现,在智能手机与电脑、电视等家庭与办公设备上占据的分量更加不容忽视,这在无形之中推动着通信工程技术更加快速的发展,并对用户的通信工程技术服务要求予以大幅度增加。由此可见,现代通信工程技术必然会呈现出一种信息个体化的发展大趋势。
三、加强专业人才培养,提升通信工程技术应用价值
针对我国通信工程人才储备量较为不足的现状,文章认为今后的通信工程应强化人才的培养工作。而为了使人才发挥更好的作用,提升通信工程技术在国民经济中的应用价值,通信工程专业技术应用型人才又应具备以下基本能力:熟悉通信系统、电路与信号分析、信号传输、交换以及处理等基础理论;对专业要求的基础知识予以掌握,初步具备系统或软硬件的设计能力;熟知通信网络、系统以及设备等的组成与基本原理;培养通信设备安装、调试、维护运行等初级能力;掌握计算机操作以及计算机软硬件开发技能;具备项目研发、运营与营销等管理知识,能够独立工作并对知识进行更新;可以熟练阅读专业涉及到的外文资料,检索科技情报;工作作风严谨,沟通、表达能力以及团队合作精神强。借鉴国外先进经验,与我国通信工程专业发展的实际情况相结合,技术应用型人才的培养应对“平台+模块”培养模式予以采用,针对公共基础知识,应遵循“必须、够用、管用”的培养原则,合理地缩短该类知识传授的时间。整个平台在进行专业理论知识传授之时,应有针对性、有目的性地整合一些通信原理、电路与信号分析、电子技术、数字电路、电磁场与电磁波以及高频电子电路等基础性的理论知识,重组并合理地配置理论内容,加强计算机技术、操作系统、接口技术、数据库技术等的实践操作技能培养。具体到专业培养模块中,应对专业方向进行细分,以此来细致化人才的培养工作,通过关键技术的分类,对同类技术的应用性与技术性特征予以突出,强化具体的工程实训,提高工程应用能力的培养效率。划分专业方向的工程技术培养方案是合理且必须的。近年来,通信工程技术的发展十分迅速,对应用型人才的分工提出了越来越细且越来越严格的要求,现有的通信工程师已有9种类型的划分:有线传输类、无线通信类、电信交换类、数据通信类、移动通信类、电信网络类、通信电源类、计算机网络类以及市场营销类。为了对各类型工程师的实践技能与功能能力予以强化,满足通信工程技术应用型人才的培养要求,应加强对实践培养的重视,在人才培养的实践过程中增加工程训练、科技制作、综合设计以及企业实习等内容。与应用型人才的培养要求相配合,还要加强与完善通信工程技术的实验室建设,对实验中心机制以及各项功能予以完善,阶段性地开放管理模式,通过高综合性与高设计性的实验培养人才的实践技能。
四、结语
在今后的社会发展过程中,通信工程作为不可或缺的一部分将会呈现出网络融合、技术互补、应用创新以及信息个体化等特征。为了将各类通信技术的应用价值更大程度地发挥出来,应加强对专业人才的培养,增大通信工程人才的储备量,使更多、更优质的应用型人才投身于通信工程技术发展中去。
作者:丁欢 单位:西安航空职业技术学院
参考文献:
[1]张立志,张长波.浅析通信工程技术在国民经济中的应用[J].黑龙江科学,2014,(6):140.
矢志不移,执著追求
γ高度表工作是神舟飞船飞行任务的最后环节,是飞船安全着陆的关键设备。该设备的成功与否,直接关系着交会对接任务的圆满完成。然而,长期以来γ高度表在技术上却一直受制于国外,一直引进使用国外产品,成为飞船上唯一没有实现国产化的单机设备。“誓把‘中国制造’的γ高度表送上天!早日实现神舟飞船的全面国产化”已成为大家共同的梦想。
在γ高度表研制的18年的艰苦历程中,由于多方原因,高度表课题曾经前景黯淡,人员大量流失。留下来的都是热爱这项事业,并乐于奉献的人。王征2000年一参加工作就坚守在该项目组,矢志不移,潜心求索,遇到多少困难也咬牙坚持,与项目组成员一起摸索前行,解决工程技术关键课题,克服种种困难,确保交付“万无一失”的高质量产品。
在项目研制期间,王征同志作为主任设计师,统筹全局,在产品研制、生产、组织管理、试验验证、外协配套及条件建设等工作中发挥了重要作用。为了对比验证产品的技术参数,王征同志多次操作放射源,身体受到了一定程度的放射性损伤,导致轻度脱发、身体虚弱,转氨酶指数高出正常值4倍,医院要求住院治疗,他却收起病假条更加忘我地投入到攻关任务中。经过不懈努力,他带领项目组成员一同攻克了光子测距机理、测距精度、可靠性设计等关键技术。
由于该表的特殊性,大量外场试验不是在寒冬,就是在酷暑,环境十分恶劣。多少个冰雪严寒,虽然穿着军大衣和毛皮鞋,人被冻得膝盖以下没有了知觉。夏天40多度的天气,外场在荒无人烟的大片空地,没有遮挡物,太阳似乎要把人蒸发掉。王征面对这一切总是一副以苦为乐、不屈不挠的硬汉精神,是三院人的执着追求和拼搏进取精神的缩影。
为了确保产品生产高质量,他更是亲历亲为,带领项目组成员逐个工序的跟踪、检查和记录,掌握第一手资料。2010年,国内唯一一家给神舟产品配套生产某重要配件的厂家要搬迁,生产线即将停产。王征闻讯火速赶赴该厂,几次三番找厂长协调沟通,最终他执着的精神感动了厂长,生产线暂时不搬直到生产完该配件。
潜心钻研,忘我工作
立志航天报国,是王征的坚定信念与不懈追求,他早已把这些信念转化为实际行动投入到工作中。在γ高度表研制进度最紧张的日子里,王征身先士卒,在完成本职工作的同时,还统筹全组所有的科研进度,常常加班到深夜。在他的时间表里已经没有了“8小时工作制”和周六周日的概念,用他自己的话说:“现在赶时间,就是为以后争取时间。”一次,在产品的试验过程中,外协件出现了故障,飞船总体要求必须在9天内完成归零工作。他不分白天黑夜,吃住在实验室,一边进行故障模式分析,一边组织外协单位开展工作。那段时间,他与时间赛跑,“国家利益高于一切”在他身上得以最好的诠释。通过反复试验,按时间节点完成了归零工作,按期交付飞船总体,首次参加XX试验中出色的表现,获得了上级的好评,坚定了上级领导使用国产γ高度表的信心。
为保证产品研制符合载人航天的要求,他结合质量保证要求和载人航天器可靠性安全性设计要求,多次跑到高能物理研究所、紫金山天文台、图书馆找专家调研学习,翻阅有关资料,编制了产品保证大纲,规范产品质量控制要求,他提出的可靠性试验方案及研制流程得到总师及评审委的一致认同。王征带领他的项目组用奉献的精神,严谨的作风,按照标准严格要求,不放过任何一点问题。他总是说:“我们做的是载人航天工程,我们的工作要保证宇航员安全着陆,不能有一丁点儿差错,这是人命关天的大事。”他在工作中提出要严格遵守“交付的产品确保不带任何问题,到了外场参加各种测试不带隐患上天”。积极开展可靠性安全性设计工作,认真分析总结历次试验过程,从元器件、原材料、外协外购件和加工工艺等方面,固化产品技术状态。在研制过程中,他还逐渐总结出一系列管理制度和生产规章,使科研流程更科学合理。
在神舟八号初样研制期间,王征同志带领项目组以严肃认真、一丝不苟的态度,争时间、抢进度,积极配合总体单位开展工作,详细比对数据,配合总体完成仿真分析工作,查找问题机理,协助总体优化改进措施,保证了工程进度,得到了总体单位领导和技术人员的一致好评与认可。正是他的精益求精,保证了神舟八号飞船γ高度表的无质量问题,试验一次性通过。
以身作则,言传身教
王征作为主任设计师,平时不仅抓技术,还注重研制队伍的建设。他每次给新职工讲的第一课就是航天传统精神教育,他讲述该项目组几代人的不懈努力与艰苦奋斗,讲述航天新人应以什么样的责任来承担任务,给新职工以无限的鼓舞。通过阶梯式培养,两年来共培养了3名新职工。他严细慎实的工作作风和质量为先的管理理念,得到了大家的一致认可。
关键词:力学 力学性能 实践 应用
中图分类号:G42 ? 文献标识码:A??文章编号:1672-3791(2015)02(b)-0000-00
力学是物理学中最基础最古老的一门学科,它的研究范围包括从一般的物体的机械运动到天体的运动。小到基本粒子的碰撞、衰变、相互作用的轨迹,大到宇宙探测、航天、航空都属于力学的问题。其应用的范围包括最早的土木工程、桥梁道路、水利工程、航海造船、机械冶金方面的应用,到后来的航空航天、防灾减灾、环保能源、生物化工等领域。其应用范围之广,令人吃惊。基于此,本文针对力学性能进行进一步深入的探究,并且介绍了有关力学能力的几个实践应用。
1 力学简介
1.1 力学定义
力学是一门独立性较强的基础学科,其主要研究的便是力和能量以及它们与液体、固体以及气体间的平衡、变形以及运动的关系。力学不仅仅是一门基础性较强的学科,而且其也是一门技术性较强的学科,其包含有很多有关工程技术的理论基础,并且在广泛的实践应用中不断的壮大。力学在军事工程以及土木工程方面都起着举足轻重的作用。目前,工程学领域已经拥有多个分支,而这各个分支当中很多重要的进展都十分依赖于力学有关的运动规律、强度以及刚度等等。力学与工程学之间的结合,促进了整个工程力学的形成与发展,现如今,不仅是历史较为久远的土木工程、水利工程、建筑工程等需要工程力学的贡献,而且核技术工程以及航空航天工程等新兴学科中工程力学也起着至关重要的作用。力学既是基础学科又是技术学科的二重性使得其为沟通人类认识与改造自然方面均做出了重要贡献。
1.2 力学的分类
力学大致可以分为静力学、动力学以及运动学这三部分,其中静力学所研究的是物体所受的力在平衡状态或者是物体在静止状态下的问题;而动力学则讨论的是物体在受力的作用下与物体运动之间的关系;运动学仅仅考虑物体是怎样进行运动的,而对其与所受力之间的关系则不予讨论。
根据研究对象的不同对力学进行分类,则可以分为固体力学、流体力学以及一般力学这三方面,其中流体不仅包括液体,而且还包括气体,通常将固体力学和流体力学统称为连续介质力学,一般采用连续介质的模型进行研究。而一般力学通常指的是以质点、刚体、质点系和刚体系为研究对象的力学,有时还会将抽象力学纳入一般力学的范畴,一般力学不仅要研究离散系统的基本规律,还会研究一些与工程技术相关的新兴学科的理论。固体力学、流体力学以及一般力学这三个力学分支在发展过程当中,会根据对象以及模型的不同出现了不同的研究领域和分支学科。其中材料力学、结构力学、弹塑性力学、断裂力学等均属于固体力学;而水力学、水动力学、气体动力学、空气动力学、渗流力学、多相流体力学等均属于流体力学;而理论力学、分析力学、振动理论、刚体动力学、运动稳定性、陀螺力学等均属于一般力学。而各个学科在交叉融合的过程当中又产生了流变学、气动弹性力学以及粘弹性力学等等。
力学在工程技术方面的实践应用结果形成了工程力学以及应用力学的各个分支,例如岩石力学、土力学、爆炸力学、环境空气动力等等。而力学在于其他基础学科进行结合的同时也产生了一些交叉性的学科分支,例如与天文学相结合而形成的天体力学。
2 力学能力的潜在研发
2.1 材料的力学性能
材料在不同温度、湿度以及介质条件下,在受到扭转、弯曲或者交变应力的作用下,所表现出来的力学性能是不同的。
(1)脆性
脆性指的便是材料在受到外力作用下几乎没有发生塑性变形就遭受断裂破坏的一种特性。材料的脆性与材料的韧性以及塑性是相反的。通常情况下,脆性材料是没有屈服点的,但是其有断裂强度以及极限强度,这两者几乎是一样的,混凝土、铸铁以及陶瓷等均属于脆性材料,脆性材料与其它工程材料相比,其在拉伸方面的性能较为脆弱,脆性材料一般情况下采用压缩试验来进行评定。
(2)塑性
塑性指的是材料在拉力或者冲击力的作用下能稳定地产生的永久变形而不被破坏其完整性能力。材料的塑性变形一般会发生在材料所承受的荷载超过其弹性极限之后,材料发生不可逆的形变。材料发生塑性形变之后,不能恢复到初始状态,在这一情况下,材料会保留一部分或者是全部荷载时的变形。
(3)强度
材料在外荷载的作用下,用以抵抗塑性变形以及断裂的能力。可以根据外力作用的性质进行分类,可以分为抗拉强度、屈服强度、抗压强度以及抗弯强度等等,工程上经常用到的是屈服强度以及抗拉强度,而这两个强度一般可以通过拉伸试验测得。强度是衡量材料承载能力的一个重要指标。
(4)弹性
材料的弹性一般指的是其在外力作用下从而发生的一系列形变,而当外力消除后能够能够恢复到原来的大小以及形状的性质。在一定的限度之外,在外力消除之后材料并不能恢复原来形状,则这一限度称为弹性限度,同一物体的弹性限度是并不是固定不变的,它会随着温度的升高而有所减小。
2.2 力学性能的研究方法
力学研究的方法所遵循的基本法则便是理论联系实际,然后再将其应用于实践,应该根据对自然现象的观察,尤其是对定量观测的结果进行分析,从而总结出一系列经验以及数据,或者是为特定的目的从而设计的一系列科学实验所测定的结果,从而得出量与量之间的定性以及数量的关系。这一过程便是模型建立的过程,质点、质点系、弹性体、刚体以及连续介质等均是不同的力学模型,在建立模型的基础上可以根据已知的一些力学以及物理学的规律,结合合适的数学工具,对其进行理论上的演绎工作,从而得出新的结论。对于所得理论所建立的模型是否合理,则应该进行新一轮的观测,并将其进行工程实践或者进行科学的实验进行论证,对于理论的演绎当中,为了使得理论能够更具概括性以及实用性,经常会采用诸如雷诺数、泊松比等无量纲的参数,而这些参数不仅能够对物理本质进行很好的反应,而且由于其是单纯的数字,所以不会受尺寸、工程性质以及实验装置等的牵制。现代的力学实验设备,通常需要多工种、多学科间的协作,对物体力学能力的应用研究不仅需要更为细致、独立的分工,而且还需要进行更为综合以及全面的协作。
3 力学能力的实践应用
3.1 力-热-电-磁耦合效应
在固体力学当中,经典的连续介质力学将可能会被突破,而一些新的力学模型以及力学体系,将会能够概括某些对宏观力学行为起敏感作用的细观以及微观方面的因素,以及关于这些因素方面的演化,从而使得一些复合材料的韧化、强化以及功能化能够产生量的提升和质的飞跃。固体力学能够将力、热、电以及磁等效应进行融合,目前,机械力与热、电以及磁等效应的相互转化以及控制大都还局限于测量以及控制的元件之上,而这些效应的结合将会带来更大的用途,近年来出现的微电子元器件,已经十分迫切的要求对这类力、热、电的耦合效应做更深入的研究,而以“Mechronics”为代表的微工艺、微控制以呈及微机械等方面的发展,会极大的推动对力、热、电、磁耦合效应的研究。
3.2 航空航天方面的应用
流体力学的发展能够推动航天飞机以及新一代的超声速民航机的成功研制,目前,在对高温空气的有关热动力学进行研究中,必须对原先的热力学平衡的假定进行放弃,而且对超声速流毕节层的控制、降噪以及减阻等也带来了一些列新的问题。在流体力学的指导下,所取得的工程技术成就不胜枚举,最突出的便有人类登月、在月球建立空间站、航天飞机等为代表的航天技术,以速度超过5倍声速的军用飞机、起飞重量超过300t、尺寸达到大半个足球场的民航机为代表的航天技术都是力学能力在航天航空方面的实践应用。
3.3 一般力学
目前,关于一般力学的研究已经开始进入了对生物体运动问题的研究,开始研究了人以及动物的行走以及奔跑当中所产生的一系列力学问题,而且有关这一方面的研究,已经产生了一系列新的结果,对于这一方面的研究,不仅能够对生物的进化方向产生一系列的理性认识,而且也可以为人类进一步提高某些机构以及机械性能方面的要求提供一些理论性的指导。其中在进行一般力学的研究时应该重视对固体的非平衡理论、塑性与强度的统计理论、原子乃至电子层次上子系统的动力理论,为了能够更加深入的进行这些研究,应当充分利用与开发计算机模拟与现代宏观、细观以及微观实验与观测技术。工科中的各项实践也离不开力学,因此,在工科的基础课当中,也开设了不同的力学课程,其中包括理论力学、材料力学、结构力学等等。
3.4 环境力学的兴起
环境力学是将力学以及环境相互结合从而形成的一门新兴交叉学科,主要是对自然环境当中的破坏、变形、迁移以及其所伴随产生的一些列的物理、化学以及生物过程和导致的物质、能量运输、动量对环境的演化规律以及对人类所生存环境所产生的影响进行描述。环境力学的发展不仅能够深化人们对环境问题中的物理过程以及基本规律的认识,而且能够在一定程度上促进环境问题的定量化研究。现阶段对环境力学的研究,不仅要对该学科发展的自身规律以及要求有一定的重视,在此基础上,还应该与国家所需求的和工程实际进行紧密结合,能够将理论研究、规律分析以及防治措施进行有机的结合。而关于中国的环境力学的研究则必须抓住一复杂介质流动和多过程耦合为基础、沿海和西部这两个经济发展地区、水环境、大气环境、灾害与安全,从而对重点发展领域进行确立,促进学科的多方面发展。对于环境力学的研究,能够解决一些实际方面的问题,例如对于西部干旱、半干旱环境治理的动力学问题;重大环境灾害发生的机理以及预报;以水或者是气为载体的物质运输过程等方面的研究。
3.5 生物力学的兴起
目前,生物力学已经有了很大的发展,生命科学以及包括力学在内的基础以及工程科学交叉、融合已经成为了当今生命科学研究的热点,已经为生物力学的发展提供了新的方向。现代分子以及细胞生物学不仅提出了大量的新课题,而且带来了很多新的研究工具,推动了生物力学开始由着宏观向微观深入,而且开始强调了有关宏观和微观方面的融合。现阶段生物力学的发展特点可以归纳为内涵扩大、有机融合、微观深入以及宏观与微观相结合,但是宏观生物力学仍旧为当今主流。有关生物力学的实践应用,更加促进了以解决与应用所相关的工程技术问题为目标的新的生物工程学的发展。在实践应用方面,组织工程、药物设计与输运、血流动力学、骨、肌肉关节力学等已经得到了临床以及工业界的一致认同,已经相继解决了一系列关键技术方面的问题。
4 结论
力学作为基础性与技术性相互结合的一门学科,随着当今社会的快速发展,已经在社会的各个领域当中得到了广泛的应用。随着工程学的越分越细,其各个分支当中的关键性的进展都十分依赖于力学当中有关的运动规律、强度以及刚度等理论知识。因此,我们应该在充分了解有关力学的定义以及分类的基础上,对物体的力学性能进行深入的探究,充分了解其力学性能,并且能够将其利用于社会的各个领域,而有关环境力学以及生物力学等新兴学科的研究与应用,也是力学以后研究的重要方向。
参考文献:
[1]郑哲敏,钱学森的技术科学思想与力学所的建设和发展[J],力学进展,2006(l):8――11.
[2]李中华,刘本芹,宣国祥,南水北调输水对航道水流条件的影响计算分析报告,南京水利科学研究院,2003.
关键词:航空航天材料;专业英语;教学;改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)40-0092-02
航空航天材料是指飞行器及其动力装置、附件、仪表所用的各类材料,是航空航天工程技术发展的决定性因素之一,也是材料科学中富有开拓性的一个分支。飞行器及其装置的设计,不断地向材料工程提出新的课题,推动了航空航天材料科学的进步。各种先进材料的出现也为飞行器及其装置的设计提供更多的可设计性,极大地促进了航空航天技术的发展。因此,先进航空航天材料的开发、研究与应用反映了一个国家的工业水平与航空航天技术,关系到一个国家的综合实力与国际影响力。因此,各国都把先进材料的研究和开发放在重要地位。尽管我国近年来在航空航天材料的研发方面取得了巨大进展,但仍然与发达国家存在较大的差距。因此,需要不断学习和引进国外的先进技术和经验。而国外相关资料都是英文出版,这就需要航空航天材料方向的学生具有较高的材料科学与工程专业英语的听、说、读、写能力,以完成获取专业所需信息等任务。
材料科学与工程专业英语是一门语言应用与材料专业知识紧密结合的课程。它不但涉及英语科技文体的语法特征和材料专业技术文献的语言特点,而且涉及一定的专业技术内容及科技信息交流。课程目标是培养学生具有较强的专业文献的阅读能力,进一步提高学生的听、说、写、译能力,使学生能够熟练应用英语交流、获取知识。同时促进学生掌握良好的语言学习方法,提高文化素养,以适应社会发展和航空航天技术进步的需要。课程的教学目标是:掌握一定量的与材料科学与工程专业有关的常用单词和常用词组,并掌握一定的构词法知识,具有识别生词的能力,能顺利阅读专业相关的英文原版教科书、参考书及专业论文。但现行的教学模式在教学管理与培养方式中存在许多问题亟待解决,目前也没有针对航空航天方向的材料科学与工程专业英语教材。因此,迫切需要完善教学内容,优化教学方式,改编教材,以全面提高材料科学与工程专业英语的教学质量。
一、改编现有专业教材,扩展学生专业视野
浏览现有大部分的《材料科学与工程专业英语》教材可发现,内容基本是《材料科学概论》或《材料科学基础》的英文版本的改编,实际是英文版的专业教材,不具专业英语教材特点。而且教材内容的更新速度慢,与国际上材料科学的快速发展不相适应,学生阅读起来单调、枯燥。因此,在现有教材的基础上,急需编写新版实用性教材。新版教材需兼顾英语的语法特点和材料专业技术知识,既强调专业基础理论知识又涵盖国际研究前沿趋势。
从提高学生的听、说、读、写及翻译的综合能力着手,按照从难到易的教材内容顺序,突出航空航天行业背景及新技术特点,完成《材料科学与工程专业外语》教材的设计与撰写。从教材章节编排上,按照先介绍语言知识后介绍材料专业的顺序布局。可以在开始的章节介绍科技英语的构词、语法的特点以及专业学术文章的撰写规则。随后的几个章节,简单介绍材料的基础理论知识,学生可以结合以前学习的材料专业知识进行这部分的学习。目的是给学生介绍英文专业词汇,让学生逐渐熟悉专业英语的阅读。随后,在材料学的专业知识内容上,结合专业基础课程,着重介绍和航空航天技术紧密相关的材料研究内容,例如飞机结构复合材料、高温材料、隐身材料、非晶材料、太阳能材料等。同时,为了进一步提高学生阅读和理解专业文献资料的能力,提高学生从专业文献中获取重要信息和跟踪学术研究前沿的能力,教材还可以向学生介绍利用互联网站和相关的学术期刊网站获取最新专业文献的方法。并且,从材料专业高质量的国际期刊上精心选取一些难度适中的综述性和研究型的论文作为课堂教学内容。由于这些论文内容新颖且紧密跟踪本领域的研究前沿,学生也易于接受。这样,既提高了教学效果,也使学生对专业英语的重要性有了更深地认识和理解。
二、丰富课堂教学内容,夯实学生基本功
调研各高校材料专业的本科生教学计划,发现专业英语课程设置在第七至第八学期,大四学生对英语学习逐渐变得陌生,如果直接面对专业英语的学习,势必会造成学生学习的困难。因此,教师除了教授教材的内容外,可以适当拓展相关内容的英语学习,提高学生的学习兴趣。
从知识结构设置上,可以根据学生毕业后学习、就业及工作的实际需要,突出对学生专业英语实际应用能力的培养和训练。为了突出实际应用能力培养及常用交流,可按照先读后写,先听后说的思路,来对学生进行专业英语实际应用能力的训练。通过由学习模仿到实际应用的教学模式,重点培养撰写英文摘要、写推荐信、求职信、会议常用发言以及模拟求职对话等能力。除此而外,还可以就学生即将面临的毕业设计论文撰写,展开介绍和讲评。“学以致用”,而实际应用是学生学习的动力。学生一旦体会到能从专业外语的学习中获益,便会提高学习的积极性,促进专业英语的教学。
为了增加教学内容的趣味性,在实际教学过程中增加一些与课文内容相关的最新外文视频。材料科学与工程是一个大专业,其中又有金属材料、高分子材料及陶瓷材料等二级专业,因此除了完成教材的教学内容外,还应针对不同专业分门别类地介绍材料的最新的实际应用。介绍时,可以从互联网上搜索最新的文字资料,也可以搜索最新的视频资料,其中视频资料更生动,因此受到学生们的欢迎。比如在讲解金属材料和复合材料时,可以给学生播放波音、空客等制造飞机发动机及机身结构的最新技术视频。还可以通过播放如太阳能电池、风力发电技术及3D打印技术等视频,加深学生对陶瓷材料、功能材料及复合材料在新能源及新技术领域的应用认识。因此,通过利用多媒体技术的视频资料,不但可以提高学生的英语听力,扩充学生的词汇量,还可以使学生在轻松的学习氛围中了解相关技术的应用前沿,深化在学生对航空航天材料科学与工程的认识。
三、改革课堂教学方法,提高课堂教学质量
材料专业英语是一种正规的书面体,专业词汇多词形复杂、句子长,且与专业知识结合紧密,相对于基础英语来说,缺少文学作品中的韵律、节奏感,读起来抽象、枯燥,造成教师讲授、学生学习的兴趣不高。如果采用传统的专业课程的讲课为主的教学方法,势必不能有良好的教学效果。因此,应该结合英语课堂教学和专业课的教学特点,采取多元化的教学方法,对学生进行课堂教学。
可以采取英语课堂的教学,让学生随堂朗读教材内容,学生在读的过程中,既熟悉了教材内容,又对英语的“说”有提高。随后,对学生进行分组,讨论分析教材内容,或者也可以提出一个小话题,学生可进行问题的分析并提出解决方案。这样,既提高了学生的英语口语技能,也加强了学生分析专业问题的能力。课后布置适量的课后翻译作业,可以是对教材内容的翻译也可以是对课堂增补内容的翻译,通过英汉互译的环节,巩固课堂教学内容。在课程结束前,还可以穿插学生就自己的毕业设计方向,做一个简短的英文讲座,既可以对课堂教学效果进行测试,也可以提高同学们的口头表达能力,增加同学们英语交流的信心。
在进行课堂教学的时候,如前所述,可以围绕课堂教学时的内容,充分利用互联网技术,为学生补充国际上航空航天材料的最新研究成果和先进的应用实例,可以是文字资料也可以是视频文件的学习。进行文字资料的学习时,可以采用先朗读后分析、翻译的方法,逐步分解。进行视频资料的学习时,教师应提前将语音资料转换成文本资料,课堂上可以进行边视听边进行讲解,让学生在愉快的氛围中进行学习,进而达到良好的课堂效果。
四、结语
我国航空航天技术的发展对航空航天材料的研究提出更高要求。航空航天材料的研究人员必须及时关注国际发展,密切和国外学术交流,才能保障材料领域的不断进步,这就对科技人员的专业英语要求也不断提高。因此,通过对航空航天材料专业英语教材、课堂教学内容与方法的改革与优化,来全面培养学生的读、听、说、写、译的综合能力,增强学生的国际竞争力,为航空航天材料技术领域输送优秀人才。
参考文献:
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火星探测:一路坎坷
中国月球探测工程已经发射了嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号和嫦娥五号T1总计4颗探测器,未来还将发射嫦娥五号取样返回探测器、月球背面着陆的嫦娥四号和地月L2轨道的中继星,不仅过去的成就举世瞩目,更有未来的锦绣前程。相比之下,中国火星探测工程2016年才正式立项,未来更有很大的不确定性。两个工程看起来是两个阶段的事情,很少有人留意到,其实中国的火星探测和月球探测几乎是同时起步的。
探月工程正式启动于2004年,嫦娥一号发射升空则是2007年10月24日。而早在2005年11月,中俄两国总理定期会晤中就考虑制定联合双边太空探索计划,到2007年3月26日,两国签署联合探测火星和火卫一的合作协议。根据中俄两国的协议,俄罗斯将利用福布斯-土壤号是探测器空余的空间和运力,为中方搭载一颗火星探测器。这就是萤火一号的由来。
萤火一号:出师未捷身先死
萤火一号火星探测器是中国航天少有的国际合作项目,选择借船出海而不是自力更生,是因为我们实在缺乏深空探测能力。举例来说,当年中国发射的距离地球最远的卫星是双星计划中的探测一号,由于火箭入轨控制问题,远地点比原计划高了一万多千米!要向距离地球最近也有5500万千米的火星发射探测器,火箭的导航制导控制系统恐怕暂时无法满足需求。
即使火箭有可能改进以满足需求,测控系统的不足也是一个大问题。中国的航天测控网络当时只具备对地球轨道目标的测控能力,为了满足嫦娥一号月球探测器的测控任务,要在喀什站和青岛站各新建一座18米的统一S波段测控天线,还要借用中科院的大型射电望远镜通过甚长基线干涉(VLBI)技术进行测控。所以说,当时的中国从硬件到经验都不支持开展独立的火星探测。
深空探测具有全球性、科学性等特点,国际合作是其主流发展模式。前不久英国BBC采访中国探月和火星计划总师吴伟仁时,英国人不无恶意地评论,中国在合作日益增强的太空探测活动中被认为是一匹孤狼。这并不是我们闭关锁国,而是被美国封锁的困境使然。中国航天始终欢迎国际合作,萤火一号项目的实施就是一个范例。国际合作的萤火一号项目,有助于中国弥补能力和经验的短板,多快好省地开展火星探测。国际合作对中国航天是有利和必要的,只可惜后来的发展可谓计划赶不上变化。
即便有俄国人交流帮忙,火星探测对中国航天来说仍然充满未知,无论是深冷温度环境的控制还是超低剩磁的控制,或是超远距离的测控和通信,都是不小的挑稹5是上海航天八院在研制萤火一号探测器的过程中陆续解决了这些技术难题,用23个月就完成了一般5年才能完成的研制任务。
但遗憾的是,由于俄罗斯方面研制进度滞后,福布斯-土壤号探测器无法在2009年10月如期发射,发射日期推迟到大约26个月之后的下一次发射窗口。而更糟糕的是,2011年11月9日福布斯-土壤号探测器发射后,主发动机没能进行启动点火最后坠落太平洋,导致萤火一号探测器也跟着出师未捷身先死。
萤火一号的失败,虽然不是中国航天的原因,但仍给了中国火星探测当头一棒。在嫦娥一号探测器的成功发射和中国航天技术全方位进步的鼓舞下,嫦娥一号总师叶培建等人雄心勃勃地表示,中国应该独立进行火星探测。
独立火星探测:屡败屡战
继萤火一号之后,独立的火星探测方案不断出炉,其中既有上海航天八院的萤火一号改进型方案,也有北京航天五院的嫦娥探测器改进方案。上海八院的方案中,火星探测器以萤火一号为主体,增加了推进巡航段,使探测器具备了独立飞向火星和进行制动进入火星轨道的能力,还增加了两个30~50千克的火星穿透撞击器用于研究火星地质构造。北京五院的方案更为大胆,他们以嫦娥一号平台为基础,更换了用于火星探测的载荷,并增加了一个约50千克的小型试验着陆器,将使用气动刹车辅助减速进入火星轨道,验证火星环绕探测和火星大气进入、下降和着陆的技术,总体水平上类似欧洲的火星快车。
这些方案并没有停留在纸面上,且不说上海成熟的萤火一号改进方案,北京五院也进行了大量的研究,突破了火星测控通信的轻型应答机和轻质量天线,以及深空导航制导技术,还进行了火星着陆技术的研究,实际开展了软着陆气囊原理样机的空投演示试验。火星探测技术的研究同时使中国航天的运载火箭和测控网络都有了巨大的发展,探月工程中三号火箭就改进提高了制导精度,而喀什站35米、佳木斯站64米专用深空测控天线的建成,也让中国的深空测控能力有了飞跃性的进步。
遗憾的是,福布斯-土壤号探测器两年的拖延和2011年的失败,无情地粉碎了这一切,将中国火星探测计划打入冷宫。然而中国科学家并没有放弃独立开展火星探测的希望,2011年后仍然不断提出火星探测的倡议,但始终没有得到国家批准立项,只能眼睁睁地看着印度的曼加里安号火星探测器于2013年成功发射并于2014年成功入轨。
或许是由于印度的成功,2013年中国航天火星探测的构想也有了较大的变化,从以轨道器为主外加撞击器或试验性着陆器,演进升级为轨道器、着陆器和巡视器三位一体,预定发射时间为2018年。
尽管从技术上看,火星探测对中国人来说已经不再遥远,但国家始终没有正式立项,而火星探测26个月一个窗口的限制,意味着错过一次就要再等两年多,于是计划于2018年发射的火星探测绕落巡探测器,也只能推迟到2020年再发射了。
有优势,有风险,也有机遇
2016年1月11日,中国自主火星探测项目终于正式立项。根据目前公布的消息,中国的首个火星探测器将是一个环绕、着陆和巡视结合的空前复杂的项目,其复杂度不仅超过了美国在航天竞赛时射的水手号和海盗号探测器,也比欧空局的火星快车复杂得多。
中国首次火星探测就选择了难度极高的绕落巡一体方案,这种选择并非无的放矢。开展深空探测,既有航天竞赛时代提高国家威望的理由,也有提升航天工业技术水平的需求,还有探索未知获取新发现的意义。无论从哪个角度说,中国的绕落巡火星探测方案都有其必要性。
从政治上说,我们一直津津乐道于中国是第三个独立掌握载人航天能力的国家,那么同样备受关注的空间科学和深空探测领域,中国自然不能长期缺席。
2020年是一个火星探测的热门年份,不仅中国和印度均有探测器发射飞向火星,美国的2020年火星车、俄欧联合的地外火星车、阿联酋的希望号探测器届时也将发射升空,中国火星探测任务将吸引更多的关注并带来更大的影响,这意味着我们不能为了提高首次任务的成功率而简化火星探测器设计。
绕落巡一体的设计看似十分激进,但仔细分析其跨度并不是太大:火星轨道器对今天的中国航天来说不是什么问题;火星着陆器的预研也一直在进行,除了2011年就已经进行过的气囊缓冲试验,2016年3月航天五院508所还进行了超音速降落伞风洞试验;至于火星巡视器,玉兔号月球车面对的月球环境温差要比火星苛刻得多,所以做一个能用的火星巡视器同样不是太大的难题。
简而言之,对于今天的中国航天而言,火星环绕、着陆和巡视探测技术都有一定的基础,绕落巡一体探测可以发挥技术牵引作用,有利于以更少的经费更快地提高中国深空探测的水平,先发射验证性的火星轨道器并非必不可少。
从这个意义上说,中国首次火星探测技术上最大的难点在于着陆,而最有科学价值的部分在于巡视探测,这个结合环绕、着陆和巡视的火星探测方案,兼顾了经费投资、工程技术和科研任务,这些都使得首次火星探测任务更具难度和复杂性。虽然存在着一定风险,但也是目前形势下最好的选择。
中国火星探测的未来
中国的月球探测计划循序渐进的绕落回三步走给人留下了深刻印象,2017年肩负月球取样返回任务的嫦娥五号即将发射,那么火星探测又有怎样的规划和未来呢?
在中国航天和中科院早期的规划中,火星探测同样打算谨慎地进行绕落回三步走,但随着技术和能力的提高,火星环绕和着陆探测已经合二为一,于是三步走也就成了两步走,首次火星探测绕落巡任务完成之后,中国将进行空前难度的火星取样返回任务。
火星取样返回任务是火星无人探测皇冠上的明珠,它不仅具有极高的技术难度,花费同样不菲。美国从20世纪60年代以来进行了火星飞掠、火星环绕、火星着陆和火星车巡视探测,但在火星取样返回任务上仍然充满挑战,而目前估算的高达50亿~90亿美元的任务开支,让财大气粗的美国航天局也不得不拉上欧空局联合进行。
中国航天打算挑战火星取样返回这样的旗舰级任务,可不仅仅是勇气可嘉,而是认真开展了各种预研准备工作。目前中国九号重型运载火箭已经进入关键技术攻关和方案深化论证阶段,重型火箭使用的500吨级液氧煤油发动机已在2016年8月完成首次燃气发生器―涡轮泵联动试验,未来的重型火箭火星转移轨道运力可达44吨,足以支持一次大型火星取样返回任务。
火星取样倒不一定非要使用SLS或九号级别的重型火箭,美欧联合的火星取样返回任务也提出过3枚宇宙神5型火箭或是一枚宇宙神5型火箭加一枚阿里安5型火箭的轻量级设计。2015年国际宇航大会上,中国投递的论文中恰好也有类似的方案,即使用一枚三号乙或七号火箭加一枚五号火箭执行发射任务。总之,未来火星取样返回任务的运载工具不会是个问题。
火星取样返回任务中样品的转移一向是个难题,而在2017年的嫦娥五号任务中,中就将验证月球样品的轨道转移,在这项技术上中国遥遥领先于包括美国在内的任何其他国家。更有趣的是,2015年中国火星取样返回的论文中,甚至直接借用了嫦娥五号的概念,提出使用一个330千克的钟形返回舱携带火星样品返回。至于火星取样返回任务中的火星着陆和取样技术,也将在2020年火星绕落巡探测任务和2017年嫦娥五号任务中得到验证。