航天電子機械工程的發展論文
航天電子機械工程的發展論文
1航天電子機械工程的特點
航天工業概括為彈、箭、星、船四大行業，而電子產品（系統)是其重要組成部分。彈、箭用電子產品（系統)為一次性使用，經歷地面環境和發射環境。星、船用電子產品為長期穩定使用，經歷地面環境、發射環境、軌道環境和返回環境。這些產品是以航天電子機械為載體而構成的，其特點是:為確保產品的質量，不僅要有優良的電路設計，而且要以優質的航天電子機械作為安裝平臺，來納容電路組合，和對苛刻環境的防護。
對於傳遞或改變運動的產品，採用機電一體化系統，它是電子技術、精密機械技術與多項航天技術整合的成果。
為保證產品在複合環境效應下執行可靠，大量採用新技術、新材料、新工藝予以保證。為解決產品在體積小、質量輕、可靠性高與高強度、高剛度的矛盾，在設計中採用“機率應力--強度分.析技術”等。
航天電子機械在研製中是並行設計，受到多領域、多環節約束，易產生衝突行為和衝突層次，必須有科學的化解機制。
航天電子機械在設計方法、試驗方法、管理方法上，在保證質量與可靠性所使用的技術與管理措施上也有其特點。
根據上面的分析，筆者認為作為航天電子產品組成的航天電子機械這一領域應作為宇航學科中的一個專業門類，稱為航天電子機械工程為好。它包含著廣泛的技術內容，如機械學、力學、電學、化學、熱學、光學、環境防護科學、工程心理學、計算機技術等多門基礎學科的整合應用於航天電子產品的邊緣性工程技術學科,以期探討。
2電子組裝技術推進航天電子機械工程發展
電子元器件的發展有力地推動著組裝技術的發展，形放了表面安裝技術（SMT)、多晶片安裝技術(MCM)、大園片規模積體電路(WIS)、三維組裝技術(3+D)等。由互連板（印製板、陶瓷厚膜基板等)組裝成電路元件，再由微小型連線技術、各種線纜技術、微小型機電元器件、光電技術、平面顯示技術、精密機械、電磁相容、三防技術、可靠性技術、環境防護技術的大整合組裝成彈、箭、星、船用的各類電子整機和系統。
3現代製造技術是航天電子機械工程發展的基石
現代製造技術正沿著四個方向發展。
3.1傳統制造技術的革新拓展
鑄、鍛、鉚、焊、熱處理、表面保護、機械加工是傳統工程方法，是量大面廣經濟實用的技術,正在進行革新與拓展。
3.2精密製造技術
精密製造技術是航天先進製造技術的核心，包括精密加工、超精密加工、微細加工、超微細加工、微型機械等。精密加工和超精密加工有精密切削、精密磨削等，加工精度從微米級、亞微米級向奈米級進軍。微細和超微細加工是一種特殊的精密加工，工藝方法有光刻(蝕）、沉積、外延生長、擴散、離子注入及封裝等。
3.3非傳統加工方法
非傳統加工方法主要是指一些物理的、化學的和髙能密度的加工。如電火花加工、電解加工、超聲波加工、鐳射加工、離子束加工、超塑加工等。
3.4製造系統的自動化、柔性化、整合化和智慧化
微電子、計算機、自動化技術與傳統工藝及裝置相結合，形成了多項製造自動化單項技術，經過區域性和系統整合後，形成了從單機到系統，從剛性到柔性，從簡單到複雜性等不同層次的自動化製造系統，使傳統工藝產生質的變化，提高了生產效率和產品質量。冷加工的發展思路是:數控(NC)-柔性製造系統(EMC)-計算機整合製造系統(CIMS)-智慧製造系統(IMS)。熱加工發展的思路是:優質高效低耗工藝-低成本自動化-綜合自動化。
4航天電子機械工程發展探索
4.1設計思想
一是採用系統工程的理論進行科學分析研究，切忌主觀性、隨意性與盲目性。二是強調繼承性。就可做到思路清晰、步驟明確、系統最佳化、簡單、易於實現，充分利用已有成果。
4.2小型化技術
新一代航天電子裝置(系統)要求質量減輕30-50%，而結構部分在體積和質量中佔有相當大的比重。出路在於從結構和電路上同時著手。電子線路應充分利用微電子技術，在結構上採用輕、小、巧的構成方案，比如“共生結構”等,採用小型化連線技術和線纜技術，採用輕質材料等，達到強度、剛度、熱控制、內阻尼和可靠性的有機綜合。
4.3新材料應用研究
航天新材料制約著航天電子機械工程的發展。鋁鋰合金較常規鋁合金強度高10%,密度下降10%。鈹合金是理想的輕型結構材料。樹脂基複合材料的特點是高比強、高比模、低膨脹係數、疲勞效能好等。金屬基複合材料能降低結構質量和滿足一些特殊技術要求。阻尼材料使減振技術由“被動補救措施”轉變為“主動設計”。非金屬類阻尼材料能使共振放大倍數由幾十倍降至2-10倍。金屬類阻尼材料的減振能力為3-5dB。多種電磁相容材料用於解決抗擾問題。各類填充材料使日益突出的散熱問題緩解。
新材料應用基礎研究有:測試、分析、效能表徵、質量控制、標準化、失效分析等。
4.4CAD-體化技術
計算機輔助設計和製造(CAD/CAM)技術，在航天電子機械工程中具有取代傳統方法的挑戰性，不但能自動繪製設計模型的立體圖和投影圖，而且還能進行各種物理量的分析、模擬，進行各種模型加工，透過網路實現製造的自動化。
4.5力學環境控制技術
這項通用技術，應用於輕量化、柔性結構和高可靠的電子產品。它以總體振動分析和振動能量流分析為基礎,研究振源控制、振動隔離、阻尼減振及主動振動控制技術，以極小的質量為代價，成倍減小振動，改善環境,提高可靠性。側重點是:大阻尼不均勻結構振動分析,阻尼減振最佳化技術，主動振動控制技術,電子裝置抗振設計技術等。
4.6熱控制技術
熱控制的主要目標是為航天電子系統的可靠性評定提供資料。力爭突破的技術一是常用半導體制材料技術、熱管技術、熱電控溫技術、相變控溫技術、緊湊式換熱技術、擴充套件傳熱面技術、冷板技術、浸沒冷卻技術、接觸熱阻研究、熱效能測試等。
4.7電磁相容技術
抗擾設計的目標是將電子裝置產生的電磁輻射或高頻輻射控制在容許的範圍內。“分層抗擾”是其主要方法之一，它首先解決系統殼體抗擾，儘量切斷耦合路徑，減少穿透效應;其次減少內部電纜、連線間耦合,最後對危險電路危險器件進行抗擾,還要採取接地、遮蔽、濾波、去耦、隔離、相位抵消等措施。當今控制干擾的途徑是採用模型試驗和計算機分析方法。
4.8通用化、系列化、模組化(三化）
“三化”是減輕重複勞動，充分利用巳有成果，節省經費,縮短研製週期，降低研製風險的基本途徑，並可以此走基本型派生髮展的路子。
通用化發展的途徑是對需求和現狀分析後,建立通用單元資料庫，開發新的通用單元，在研製中推行通用化。
系列化的途徑是根據現狀和需求,確定目標,分析主要引數,制訂基本引數系列,編制產品系列型譜，系列化產品設計、研製和生產。
模組化的途徑是建立模組系統(確定需要，功能分析和分解，模組劃分，模組設計和開發）,由專用模組、通用模組、專用零部件組合形成新產品。
4.9空間展開機構
空間機構是由柔索、杆系、梁、板等，透過系固、鉸接、滑動、摺疊、轉動等連線方法組成結構體,用於航天器有效載荷、能源等的收藏與展開。驅動伸展機構的`能源有儲能釋放與動力驅動。它工作在微重力與高真空的環境中，複雜的空間環境因素將大大影響動態特性。對此應分析運動副並建模，研究動力學特性，各類支架及伺服系統，真空中的機械潤滑技術，模態試驗與分析技術，測量技術，展開試驗，研究模擬系統等。
4.10微電子機械系統
微電子機械系統是指微米級到毫米級大小的裝置。其製造過程類似於積體電路的製造工藝，是微電子技術滲透到機械工程各個領域的結果。它在尺度、結構、材料、製造工藝和工作原理等方面都與傳統的機械不同，是21世紀的核心技術。由於小衛星技術成為熱門，航天電子機械裝置向微小型化方向發展漸成趨勢。國內已經制出2mm的電動機。利用微電子、微機械、輕型材料等成果,預計質量為0.1-lkg的衛星將遨遊太空。
4.11空間機器人技術
空間機器人研究，不僅在宇宙空間開發廣闊的產業市場，而且也有力地促進工業經濟發展和技術進步。宇宙空間一方面提供了微重力和高真空環境,另一方面複雜的環境將極大地影響機器人的動態特性，因此應重點研究:空間機器人的實現形式，在失重狀態下動力學分析，失重狀態下的控制技術，柔性機器人振動抑制方法，建立系統模擬庫等。
5注入新觀念，實現預期目標
航天電子產品(系統)是以尖端技術為物件，以電子組裝技術和先進製造技術為依託，以航天電子機械工程為載體，品種繁多，批次小，環境條件苛刻的工業。在責任重、任務多、困難大、經費約束的挑戰面前，航天電子機械工程注入新觀念、新技術已刻不容緩。我們的目標是“三無”(無圖設計、無圖加工、無圖檢驗），以使用者為上帝，以人為中心，以精簡為手段，以零缺陷為目標，成本不取決於生產批次，供給週期準確無誤。