航天电子机械工程的发展 南京航空航天大学机械工程

航天电子机械工程的发展

对于传递或改变运动的产品，采用机电一体化系统，它是电子技术、 精密机械技术与多项航天技术集成的成果。

为保证产品在复合环境效应下运行可靠，大量采用新技术、新材料、 新工艺予以保证。为解决产品在体积小、质量轻、可靠性高与高强度、高刚度的 矛盾，在设计中采用“概率应力--强度分.析技术”等。

航天电子机械在研制中是并行设计，受到多领域、多环节约束，易产 生冲突行为和冲突层次，必须有科学的化解机制。

航天电子机械在设计方法、试验方法、管理方法上，在保证质量与可 靠性所使用的技术与管理措施上也有其特点。

根据上面的分析，笔者认为作为航天电子产品组成的航天电子机械这 一领域应作为宇航学科中的一个专业门类，称为航天电子机械工程为好。它包含 着广泛的技术内容，如机械学、力学、电学、化学、热学、光学、环境防护科学、 工程心理学、计算机技术等多门基础学科的集成应用于航天电子产品的边缘性工 程技术学科,以期探讨。

2电子组装技术推进航天电子机械工程发展 电子元器件的发展有力地推动着组装技术的发展，形放了表面安装技 术（SMT)、多芯片安装技术(MCM)、大园片规模集成电路(WIS)、三维组装技术 (3+D)等。由互连板（印制板、陶瓷厚膜基板等)组装成电路组件，再由微小型连 接技术、各种线缆技术、微小型机电元器件、光电技术、平面显示技术、精密机 械、电磁兼容、三防技术、可靠性技术、环境防护技术的大集成组装成弹、箭、星、船用的各类电子整机和系统。

3现代制造技术是航天电子机械工程发展的基石 现代制造技术正沿着四个方向发展。

3.1传统制造技术的革新拓展 铸、锻、铆、焊、热处理、表面保护、机械加工是传统工程方法，是 量大面广经济实用的技术,正在进行革新与拓展。

3.2精密制造技术 精密制造技术是航天先进制造技术的核心，包括精密加工、超精密加 工、微细加工、超微细加工、微型机械等。精密加工和超精密加工有精密切削、 精密磨削等，加工精度从微米级、亚微米级向纳米级进军。微细和超微细加工是 一种特殊的精密加工，工艺方法有光刻(蚀）、沉积、外延生长、扩散、离子注 入及封装等。

3.3非传统加工方法 非传统加工方法主要是指一些物理的、化学的和髙能密度的加工。如 电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、离子束加工、超塑加工等。

3.4制造系统的自动化、柔性化、集成化和智能化 微电子、计算机、自动化技术与传统工艺及设备相结合，形成了多项 制造自动化单项技术，经过局部和系统集成后，形成了从单机到系统，从刚性到 柔性，从简单到复杂性等不同层次的自动化制造系统，使传统工艺产生质的变化， 提高了生产效率和产品质量。冷加工的发展思路是:数控(NC)-柔性制造系统 (EMC)-计算机集成制造系统(CIMS)-智能制造系统(IMS)。热加工发展的思路是: 优质高效低耗工艺-低成本自动化-综合自动化。

4航天电子机械工程发展探索 4.1设计思想 一是采用系统工程的理论进行科学分析研究，切忌主观性、随意性与盲目性。二是强调继承性。就可做到思路清晰、步骤明确、系统优化、简单、易 于实现，充分利用已有成果。

4.2小型化技术 新一代航天电子设备(系统)要求质量减轻30-50%，而结构部分在体积 和质量中占有相当大的比重。出路在于从结构和电路上同时着手。电子线路应充 分利用微电子技术，在结构上采用轻、小、巧的构成方案，比如“共生结构”等, 采用小型化连接技术和线缆技术，采用轻质材料等，达到强度、刚度、热控制、 内阻尼和可靠性的有机综合。

4.3新材料应用研究 航天新材料制约着航天电子机械工程的发展。铝锂合金较常规铝合金 强度高10%,密度下降10%。铍合金是理想的轻型结构材料。树脂基复合材料的特 点是高比强、高比模、低膨胀系数、疲劳性能好等。金属基复合材料能降低结构 质量和满足一些特殊技术要求。阻尼材料使减振技术由“被动补救措施”转变为 “主动设计”。非金属类阻尼材料能使共振放大倍数由几十倍降至2-10倍。金属类 阻尼材料的减振能力为3-5dB。多种电磁兼容材料用于解决抗扰问题。各类填充 材料使日益突出的散热问题缓解。

新材料应用基础研究有:测试、分析、性能表征、质量控制、标准化、 失效分析等。

4.4CAD-体化技术 计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)技术，在航天电子机械工程中具 有取代传统方法的挑战性，不但能自动绘制设计模型的立体图和投影图，而且还 能进行各种物理量的分析、模拟，进行各种模型加工，通过网络实现制造的自动 化。

4.5力学环境控制技术 这项通用技术，应用于轻量化、柔性结构和高可靠的电子产品。它以 总体振动分析和振动能量流分析为基础,研究振源控制、振动隔离、阻尼减振及 主动振动控制技术，以极小的质量为代价，成倍减小振动，改善环境,提高可靠 性。侧重点是:大阻尼不均勻结构振动分析,阻尼减振优化技术，主动振动控制技术,电子设备抗振设计技术等。

4.6热控制技术 热控制的主要目标是为航天电子系统的可靠性评定提供数据。力争突 破的技术一是常用半导体 制材料技术、热管技术、热电控温技术、相变控温技术、紧凑式换热 技术、扩展传热面技术、冷板技术、浸没冷却技术、接触热阻研究、热性能测试 等。

4.7电磁兼容技术 抗扰设计的目标是将电子设备产生的电磁辐射或高频辐射控制在容 许的范围内。“分层抗扰”是其主要方法之一，它首先解决系统壳体抗扰，尽量切 断耦合路径，减少穿透效应;其次减少内部电缆、连线间耦合,最后对危险电路危 险器件进行抗扰,还要采取接地、屏蔽、滤波、去耦、隔离、相位抵消等措施。

当今控制干扰的途径是采用模型试验和计算机分析方法。

4.8通用化、系列化、模块化(三化） “三化”是减轻重复劳动，充分利用巳有成果，节省经费,缩短研制周 期，降低研制风险的基本途径，并可以此走基本型派生发展的路子。

通用化发展的途径是对需求和现状分析后,建立通用单元数据库，开 发新的通用单元，在研制中推行通用化。

系列化的途径是根据现状和需求,确定目标,分析主要参数,制订基本 参数系列,编制产品系列型谱，系列化产品设计、研制和生产。

模块化的途径是建立模块系统(确定需要，功能分析和分解，模块划 分，模块设计和开发）,由专用模块、通用模块、专用零部件组合形成新产品。

4.9空间展开机构 空间机构是由柔索、杆系、梁、板等，通过系固、铰接、滑动、折叠、 转动等连接方法组成结构体,用于航天器有效载荷、能源等的收藏与展开。驱动伸展机构的能源有储能释放与动力驱动。它工作在微重力与高真空的环境中，复 杂的空间环境因素将大大影响动态特性。对此应分析运动副并建模，研究动力学 特性，各类支架及伺服系统，真空中的机械润滑技术，模态试验与分析技术，测 量技术，展开试验，研究仿真系统等。

4.10微电子机械系统 微电子机械系统是指微米级到毫米级大小的装置。其制造过程类似于 集成电路的制造工艺，是微电子技术渗透到机械工程各个领域的结果。它在尺度、 结构、材料、制造工艺和工作原理等方面都与传统的机械不同，是21世纪的核心 技术。由于小卫星技术成为热门，航天电子机械装置向微小型化方向发展渐成趋 势。国内已经制出2mm的电动机。利用微电子、微机械、轻型材料等成果,预计 质量为0.1-lkg的卫星将遨游太空。

4.11空间机器人技术 空间机器人研究，不仅在宇宙空间开发广阔的产业市场，而且也有力 地促进工业经济发展和技术进步。宇宙空间一方面提供了微重力和高真空环境, 另一方面复杂的环境将极大地影响机器人的动态特性，因此应重点研究:空间机 器人的实现形式，在失重状态下动力学分析，失重状态下的控制技术，柔性机器 人振动抑制方法，建立系统仿真库等。

5注入新观念，实现预期目标 航天电子产品(系统)是以尖端技术为对象，以电子组装技术和先进制 造技术为依托，以航天电子机械工程为载体，品种繁多，批量小，环境条件苛刻 的工业。在责任重、任务多、困难大、经费约束的挑战面前，航天电子机械工程 注入新观念、新技术已刻不容缓。我们的目标是“三无”(无图设计、无图加工、 无图检验），以用户为上帝，以人为中心，以精简为手段，以零缺陷为目标，成 本不取决于生产批量，供给周期准确无误。

李开明 (上海航天测控通信研究所，上海200086)