院士：中国机电耦合问题突出严重制约雷达设计
在极高频段、极端环境下，电子装备的机电耦合问题变得更加突出，严重影响和制约着电子装备性能的提高，深入研究和解决这一问题，对下一代高性能电子装备的研制意义重大。中国工程院院士、西安电子科技大学教授段宝岩，日前在国家自然科学基金委举办的第94期双清论坛“高精度电子装备机电耦合前沿研究”上这样表示。
高性能电子装备广泛应用于陆海空天领域的射电天文望远镜、星载可展开天线、地基大型反射面雷达天线，航空领域的机载雷达天馈系统、通信导航识别系统等航空电子设备，以及航海领域的船载雷达预警系统、通信导航定位系统之中。
“这些装备要么工作在几十甚至上百吉赫兹的频段，要么工作在南北极、临近空间、外太空等极端环境中，要么需要集防护、天线、馈线、信息处理于一体，它们都面临一个共同的问题，即，要在满足结构设计指标的同时，满足电性能指标。”段宝岩介绍说。
但遗憾的是，传统设计却是机电相分离。其设计流程先由电子系统设计人员依据电性能指标，提出对机械结构设计与制造精度的要求，然后由结构设计人员千方百计满足这些要求。
段宝岩介绍说，这就导致了两个问题：一是电子系统设计人员提出的精度指标往往过高，有时甚至超出设计制造能力。以某机载雷达平板裂缝天线为例，这种天线电性能的制造精度，要求其平面度不超过0.1毫米，而实际工程中，经过热加工最高只能做到0.3毫米。
二是满足精度要求，电性能未必合格。以某电调双工滤波器为例，这种滤波器内腔表面具有很高的光洁度要求，为确保成功只能多做几个备份，通过电调来决定选取哪一个，实际上有些产品的光洁度没达到要求，电性能倒可能满足要求。
“通过机电耦合理论与方法的研究，进行机电集成设计可以有效解决电子装备设计中机与电的矛盾，实现电与结构性能的全优，并降低成本、提高成品率、缩短研制周期。”段宝岩说，“我们的研究成果，在深空探测工程的某大型反射面天线等工程实践中已得到了验证和应用。”
段宝岩指出，随着高性能电子装备的发展，未来其将在更高的频段和更极端的环境中工作，此时的机电耦合问题更加突出。
“关于这一领域的研究，国外在部件方面有部分研究与应用，但在极高频段、极端环境方面，尚未见公开报道。”段宝岩说，“国内对此问题的认识比较早，也有初步的理论研究，但尚未涉及极高频段与极端环境。”
段宝岩强调，特别是极高频段、极端环境下的多场耦合理论、结构因素对电性能的影响机理、机电耦合设计，以及机电耦合实验与评价方法等关键科学与技术问题，亟待投入力量进行研究。（记者张行勇）
“太行”改进型发动机试飞关键技术获得突破
近日国内网上流传出一张新型歼-11BS战机配备国产“太行”发动机试飞的照片。从图中看，这款发动机尾部所用的收敛片颜色深黑，与大家熟知的银白色不同，可能系新版的“太行”改进型号。一些消息人士称，这种新发动机将配备给正在定型试飞的歼-16战斗机使用。
发动机一直是“瓶颈”
“太行”发动机（WS-10A）是中国第一台自行研制的具有自主知识产权的大推力加力式涡轮风扇发动机，从20世纪80年代后期开始验证机研制，2006年3月24日正式设计定型。
“太行”发动机采用了带进气可变弯度导向叶片的三级风扇，多级静子可调的压气机，带有复合冷却技术叶片的高压涡轮，弯-扭组合气动设计的低压涡轮，平行进气、分区分压供油的加力燃烧室，全程无级可调收敛——扩散式喷口，以及高、低压转子转向相反的设计等。
“太行”发动机质量一直不稳定，长期处于不稳定生产状态，对中国主力战机的飞行安全构成了极大威胁，一直是困扰中国航空工业发展的瓶颈问题。
究其原因，这主要与中国航空工业当时所掌握的的技术水平有关。如今涡扇航空发动机的零部件工作在高温、高压、高转速条件下，而且要有几千小时的工作寿命，达到很高的可靠性，这对设计、加工以及航空材料的要求非常高。例如涡轮盘出现零点几毫米的安装误差，发动机的性能就会降低10%。在材料方面，早期型号的“太行”发动机仍未使用国外第三代航空动力装置广泛使用的单晶涡轮叶片和整体粉末冶金涡轮盘。上述几方面的差距累计起来，直接导致了目前中国航空发动机落后于飞机型号的局面。
从设计到成熟需要数十年
从近来报道中，我们应该发现，此前在“太行”发动机初始型号上没有应用的一些关键技术，如单晶涡轮叶片和整体粉末冶金涡轮盘，如今均已经突破技术瓶颈，并开始规模化生产。相信此类技术的应用，将在一定程度上提升中国航空发动机的整体制造水平。
经过改进后，“太行”发动机推重比得到显著提升，已处于世界先进水平。虽然与美国F-119发动机推重比相比，“太行”还有很大的改进空间，然而正像中国工程院院士陈懋章所说的那样：航空发动机的研制是一个不断改进的过程，其从设计定型到成熟都需要十几二十年甚至更长。“太行”正在稳步前进，其新改进型将真正成为中国第三代甚至第四代战机的主要动力。
新战机要装“新概念”发动机
“太行”为中国走航空发动机自主发展道路，实现中国第三代战斗机动力装置自给提供了保障，加速了人民空军航空武器装备发展的跨越式步伐。
据报道，改进后的“太行”能用作其他海空主战装备的动力；其未来的改进型还可以用于中国研发中的战略轰炸机、运-20等大型运输机。由“太行”发动机衍生的舰用燃气轮机，则可以作为驱逐舰等大型水面舰只的主动力。
目前，中国正在加紧研制WS-15国产高性能航空发动机，该机属于国际上第四代发动机。它将用于装备国产新一代战机的战略方向已经明晰，世界上仅有少数几家大公司真正掌握着这项技术。预计这种机型会首先满足歼-20、歼-31、运-20及研发中的大型轰炸机的需求，为国产战机追赶世界先进水平奠定坚实的基础。
不仅如此。据中国科学院最新出炉的一份战略研究报告《科技发展新态势与面向2020年的战略选择》透露，中国将很有可能研制出新原理高性能航空发动机，在国际上首次实现超大推重比样机的演示实验，为高速巡航导弹、高机动性能战斗机、临近空间飞行器等提供高性能动力保障。