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第一篇：信息技術(shù)在數(shù)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

12010247253 吳姍姍

信息技術(shù)在數(shù)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

摘 要：教育技術(shù)的發(fā)展要求教師的角色發(fā)生根本性變化，作為教師要改變傳統(tǒng)的教育觀念，努力學(xué)習(xí)新的先進(jìn)的教育教學(xué)理論，積極進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)驗(yàn)。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)這種媒體以其生動(dòng)的圖像、聲音等多媒體效果已越來(lái)越受到各學(xué)科教師的歡迎。傳統(tǒng)的教學(xué)強(qiáng)調(diào)教師講的作用，在課堂上利用的媒體也多是粉筆、黑板和幻燈，教學(xué)過(guò)程顯得非常單調(diào)；而運(yùn)用多媒體信息技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，可使學(xué)生手、腦、眼、耳并用，使學(xué)生有新穎感、驚奇感、獨(dú)特感、直觀感，能喚起學(xué)生的情趣，激發(fā)他們的興趣，從而提高教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞： 信息技術(shù)

數(shù)學(xué)教學(xué)

優(yōu)化激活

以計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為代表的信息技術(shù)，已逐步滲透到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，正日新月異的改變著人們的生產(chǎn)與生活、工作與學(xué)習(xí)方式。教育作為全社會(huì)的一個(gè)重要領(lǐng)域，當(dāng)然也不例外，最令人矚目的信息技術(shù)與學(xué)科的整合。而對(duì)于數(shù)學(xué)，面對(duì)21世紀(jì)的挑戰(zhàn)，學(xué)生數(shù)學(xué)方面發(fā)展的愿望和能力最重要的基礎(chǔ)之一就是現(xiàn)代信息技術(shù)與新的數(shù)學(xué)課程理念的融合，現(xiàn)代信息技術(shù)為數(shù)學(xué)教學(xué)改革提供了切實(shí)可行的方案、方法和工具，營(yíng)造了新的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境。教師運(yùn)用現(xiàn)代多媒體信息技術(shù)對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，發(fā)揮計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的特有功能，在數(shù)學(xué)課堂上，為學(xué)生傳遞了形、聲、光、色、意等大量信息，將枯燥抽象的概念、復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程，轉(zhuǎn)換成形象的畫面，生動(dòng)地展現(xiàn)在學(xué)生面前，使數(shù)學(xué)與生活融為一體，學(xué)生津津樂(lè) “看”、樂(lè)“思”、樂(lè)“學(xué)”?？梢允菇虒W(xué)的表現(xiàn)形式更加形象化、多樣化、視覺(jué)化，有利于充分揭示數(shù)學(xué)概念的形成與發(fā)展，數(shù)學(xué)思維的過(guò)程和實(shí)質(zhì)，展示數(shù)學(xué)思維的形成過(guò)程，激活我們的數(shù)學(xué)課堂，使數(shù)學(xué)課堂教學(xué)收到事半功倍的效果。

一、合理利用信息技術(shù)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

“興趣是最好的老師”，有良好的興趣就有良好的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，但不是每個(gè)學(xué)生都具有良好的學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣?！昂闷妗笔菍W(xué)生的天性，他們對(duì)新穎的事物、知道而沒(méi)有見過(guò)的事物都感興趣，要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性，就必須滿足他們這些需求。而傳統(tǒng)的教學(xué)和現(xiàn)在的許多教學(xué)都是嚴(yán)格按照教學(xué)大綱，把學(xué)生 1 封閉在枯燥的教材和單調(diào)的課堂內(nèi)，使其和豐富的資源、現(xiàn)實(shí)完全隔離，致使學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣日益衰減。將多媒體信息技術(shù)融于教學(xué)課堂，利用多媒體信息技術(shù)圖文并茂、聲像并舉、能動(dòng)會(huì)變、形象直觀的特點(diǎn)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)各種情境，可激活學(xué)生的各種感官的參與，調(diào)動(dòng)學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望，激發(fā)動(dòng)機(jī)和興趣。

二、合理利用信息技術(shù)，可以激活學(xué)生的自主探究。

要充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，要讓學(xué)生能根據(jù)自身行動(dòng)的反饋信息來(lái)形成對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的方案。強(qiáng)調(diào)和利用各種信息資源來(lái)支持學(xué)生的學(xué)。為了支持學(xué)習(xí)者的主動(dòng)探索和完成意義建構(gòu)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中要為學(xué)習(xí)者提供各種信息資源。

在教學(xué)實(shí)踐中，老師們充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)最大限度地為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)、自主探索的活動(dòng)機(jī)會(huì)。如在教學(xué)《圓的周長(zhǎng)》一課時(shí)，我首先通過(guò)電腦屏幕演示“圓一周的長(zhǎng)”，使學(xué)生產(chǎn)生形象的感知，然后讓學(xué)生動(dòng)手操作，將課前準(zhǔn)備好的圓分別沿直徑滾動(dòng)一周，觀察討論，滾動(dòng)一周的長(zhǎng)度與圓有什么關(guān)系？通過(guò)交流小結(jié)圓不論大小，圓的周長(zhǎng)總是它直徑長(zhǎng)度的3倍多一些，這個(gè)倍數(shù)是一個(gè)固定不變的數(shù)，這就是圓周率。最后推導(dǎo)公式，通過(guò)以上的觀察、操作、討論、小結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生用簡(jiǎn)潔、完整的語(yǔ)言表達(dá)“圓的周長(zhǎng)”的計(jì)算公式。這樣不僅使學(xué)生主動(dòng)參與公式的推導(dǎo)過(guò)程，而且讓學(xué)生體驗(yàn)知識(shí)由未知、探索、已知的學(xué)習(xí)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生自主探索的精神。在現(xiàn)代信息技術(shù)與數(shù)學(xué)教學(xué)整合的教學(xué)模式中，我們要充分利用信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生認(rèn)識(shí)與實(shí)踐的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生真正成為數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的主人。

三、合理利用信息技術(shù)，可以激活學(xué)生的發(fā)散性思維。

數(shù)學(xué)教學(xué)過(guò)程，事實(shí)上就是學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，對(duì)數(shù)學(xué)問(wèn)題的解決方法進(jìn)行研究，探索的過(guò)程，繼而對(duì)其進(jìn)行延拓，創(chuàng)新的過(guò)程。于是，教師如何設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)問(wèn)題，選擇數(shù)學(xué)問(wèn)題就成為數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng)的關(guān)鍵。而問(wèn)題又產(chǎn)生于情境，因此，教師在教學(xué)活動(dòng)中創(chuàng)設(shè)情景就是組織課堂教學(xué)的核心?，F(xiàn)代多媒體信息技術(shù)如網(wǎng)絡(luò)信息，多媒體教學(xué)軟件等的應(yīng)用為我們提供了強(qiáng)大的情景資源。數(shù)學(xué)是集嚴(yán)密性、精確性、邏輯性、創(chuàng)造性于一身的一門基礎(chǔ)科學(xué)，要想讓學(xué)生逐漸掌握這門科學(xué)，就應(yīng)該注重在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，特別是發(fā)散思維能力。教學(xué)《用地磚密鋪》時(shí)，我用心質(zhì)疑，啟發(fā)學(xué)生放飛思維：地磚的形狀往往是正方 2 形的，也有長(zhǎng)方形的，我們還見過(guò)正六邊形的地磚。無(wú)論是正方形、長(zhǎng)方形還是正六邊形的地磚，都可以將一塊地面不留空隙也不重疊地鋪滿，也就是密鋪。還有什么形狀的圖形可以密鋪地面呢？你知道這些多邊形能鋪滿地面的奧秘嗎？然后借助多媒體課件，通過(guò)各種圖片的 “飛”入“飛”出，把各種顏色的多邊形鋪成各種美麗的圖案，并讓學(xué)生自己親自操作鍵盤，進(jìn)行有趣的拼圖。這樣，學(xué)生很快在動(dòng)手操作、仔細(xì)觀察中揭開了多邊形能夠鋪地面的奧秘，教學(xué)內(nèi)容就由難變易了。

四、合理利用信息技術(shù)，可以優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。

如在教學(xué)《億以內(nèi)數(shù)的讀法和寫法》時(shí)，課前，我安排學(xué)生自己通過(guò)各種途徑（包括上網(wǎng)），搜集有關(guān)數(shù)據(jù)，課上學(xué)生代表匯報(bào)。上課時(shí)，學(xué)生帶來(lái)的材料：有的是查閱課外書籍，世界珍奇樹木的種類，某兩個(gè)星球之間的距離，中國(guó)土地面積大小等；有的是上網(wǎng)查詢，今年中央電視臺(tái)春節(jié)晚會(huì)的收視率，今年報(bào)名參加成人高考的人數(shù)，近期游覽九寨溝風(fēng)景區(qū)游客的人數(shù)等??通過(guò)生動(dòng)、富有教育意義、有說(shuō)服力的數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)材料，學(xué)生不僅輕松的完成本節(jié)課的教學(xué)任務(wù)，而且成功地接受了一次愛(ài)祖國(guó)、愛(ài)社會(huì)主義、愛(ài)科學(xué)的思想教育。教師這樣有意識(shí)地讓學(xué)生自己去查閱資料或進(jìn)行社會(huì)調(diào)查，把學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)由課內(nèi)延伸到課外，不僅開闊學(xué)生的知識(shí)視野、豐富了課余知識(shí)，并且培養(yǎng)學(xué)生自主探求知識(shí)的能力，提高學(xué)生搜集和處理信息的能力。我們正是利用網(wǎng)絡(luò)信息豐富、傳播及時(shí)、讀取方便、交互性強(qiáng)及信息資源跨越時(shí)空界限等特點(diǎn)，將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式引向計(jì)算機(jī)多媒體網(wǎng)絡(luò)信息領(lǐng)域，將信息技術(shù)融合到小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中來(lái)。充分利用各種信息資源，引入時(shí)代活水，與小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，使學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容更加豐富多彩，更具有時(shí)代氣息、更貼近生活，使教材“活”起來(lái)。從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲。

五、合理利用信息技術(shù)，可以優(yōu)化教學(xué)反饋。

知識(shí)的掌握、技能的形成、智力的開發(fā)、能力的培養(yǎng)，以及良好的學(xué)風(fēng)的養(yǎng)成，必須通過(guò)一定量的練習(xí)才能實(shí)現(xiàn)。所以，練習(xí)是學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。在教師的主導(dǎo)作用下，發(fā)揮計(jì)算機(jī)容量大，信息的檢索、提供、顯示及信息類型的轉(zhuǎn)換方便迅速，信息傳播速度快的功能優(yōu)勢(shì)，巧妙設(shè)計(jì)練習(xí)，激發(fā)學(xué)生“樂(lè)學(xué)樂(lè)做”的情感非常重要。因此，在教學(xué)中，應(yīng)廣泛借助多媒體為學(xué)生提供更多的 3 練習(xí)素材，更多的練習(xí)和表現(xiàn)自己能力與成就的機(jī)會(huì)。同時(shí)，也為教師提供及時(shí)獲得學(xué)生準(zhǔn)確、真實(shí)的學(xué)習(xí)成效和學(xué)習(xí)態(tài)度及反饋信息的方法和途徑。

時(shí)代的發(fā)展，要求競(jìng)爭(zhēng)者提高自身素質(zhì)，也要求學(xué)校教育走在發(fā)展的最前端，學(xué)校發(fā)展的方向要求教師更新教學(xué)手段，教學(xué)手段的更新首先要教師們轉(zhuǎn)變教育觀念，真正把現(xiàn)代信息教育技術(shù)融入到我們新課標(biāo)所倡導(dǎo)的合作，探究性學(xué)習(xí)模式之中。在師生互動(dòng)的教與學(xué)過(guò)程中，信息技術(shù)已成為產(chǎn)生數(shù)學(xué)問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生思維擴(kuò)散的路標(biāo)。

不過(guò)它僅僅是課堂教學(xué)的一個(gè)輔助工具，我們不能盲目的使用信息技術(shù)，用它來(lái)取代教師在教學(xué)活動(dòng)中的地位。所以，正確客觀合理的將信息技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)，積極探索現(xiàn)代信息技術(shù)于課堂教學(xué)整合方法，才是現(xiàn)代教師在新課標(biāo)教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)轉(zhuǎn)變的觀念。

參考文獻(xiàn)：

余文森等.《新課程的深化與反思》［M］.北京：首都師范大學(xué)出版社，2004 孔企平.《數(shù)學(xué)教學(xué)過(guò)程中的學(xué)生參與》[M].上海:華東師大出版社,2003尹啟泉.論課堂教學(xué)中的問(wèn)題意識(shí)培養(yǎng)[J].中小學(xué)教師培訓(xùn),2005,03:57

第二篇：數(shù)字藝術(shù)在藝術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用

數(shù)字藝術(shù)在藝術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用

彭曉輝

（江漢大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，湖北，武漢 430056）

摘要：數(shù)字藝術(shù)是集科學(xué)、藝術(shù)、技術(shù)為一體的現(xiàn)代藝術(shù)品締造的綜合性學(xué)科。它是通過(guò)數(shù)字化設(shè)備和軟件來(lái)表達(dá)藝術(shù)語(yǔ)言和設(shè)計(jì)思想的藝術(shù)形式。它不僅為設(shè)計(jì)師提供了前所未有的藝術(shù)形式和創(chuàng)意空間，它還具有方便的交互功能，設(shè)計(jì)中的所有物理操作將由機(jī)器代勞，工作效率得以提高。

關(guān)鍵詞：數(shù)字藝術(shù)；藝術(shù)設(shè)計(jì)；輔助設(shè)計(jì)；創(chuàng)新；

The Application of Digital Arts in the Field of Art Design

PENG Xiao-hui

(From Art College of Jianghan University, Wuhan 430056, Hubei Province, China)

Abstract: Digital arts is a comprehensive course created by modern art objects combining science, art and technology and an art form expressing art language and design ideas by digital equipment and software.It not only provides designers with an unprecedented art form and creative space but also has convenient interactive function.As all of the physical operations are performed by the machine, the working efficiency can be improved.Key words: digital arts, art design, aided design, innovation

1引 言

數(shù)字藝術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用幾乎涉獵了藝術(shù)設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域：視覺(jué)傳達(dá)設(shè)計(jì)、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)、服裝設(shè)計(jì)、影視動(dòng)畫、工業(yè)造型等。數(shù)字藝術(shù)能有如此蓬勃的發(fā)展，既表現(xiàn)了數(shù)字化技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)方式的沖擊，也是科技與藝術(shù)的完美結(jié)合的體現(xiàn)?？萍嫉陌l(fā)展為現(xiàn)代藝術(shù)創(chuàng)作提供了新的載體，它不僅豐富了藝術(shù)設(shè)計(jì)的構(gòu)成語(yǔ)言和視覺(jué)效果，同時(shí)增強(qiáng)了藝術(shù)作品的感染力。設(shè)計(jì)者只需提供具體數(shù)據(jù)和完整的設(shè)計(jì)思想，即可快速高效完成現(xiàn)代數(shù)字藝術(shù)設(shè)計(jì)作品。計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)數(shù)字藝術(shù)的推動(dòng)和數(shù)字藝術(shù)在藝術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用是值得關(guān)注的。

2數(shù)字藝術(shù)的科技依賴性

數(shù)字藝術(shù)的造型與表現(xiàn)手段依賴于計(jì)算機(jī)技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)圖形圖像和軟件技術(shù)。數(shù)字藝術(shù)主要涉及計(jì)算機(jī)圖形圖像在藝術(shù)設(shè)計(jì)不同研究方向的應(yīng)用與實(shí)踐，特別是圖像處理及影視動(dòng)畫軟件技術(shù)的應(yīng)用。軟件，從核心來(lái)講，是算法和編程的集合，它們具有更友好和人性化的界面、圖形編輯工具及操作環(huán)境，為設(shè)計(jì)師打造了更自然、更方便的設(shè)計(jì)空間，而把繁雜的算法語(yǔ)言、編程邏輯和運(yùn)算公式都隱藏在“后臺(tái)”。因此軟件開發(fā)和程序設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)工程師的事情。這并

不意味著數(shù)字藝術(shù)設(shè)計(jì)師不需要學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，目前很多特效和交互設(shè)計(jì)都需要用計(jì)算機(jī)編程來(lái)定制，而一般的應(yīng)用軟件并沒(méi)有這些特殊的模塊。如：FLASH數(shù)字藝術(shù)設(shè)計(jì)中的交互動(dòng)畫就需要設(shè)計(jì)師動(dòng)的ActionScript編程知識(shí)；這些知識(shí)對(duì)于平面設(shè)計(jì)、游戲設(shè)計(jì)等都是非常重要的。因此，設(shè)計(jì)師不僅要懂得使用軟件，還要能夠輔助編程來(lái)實(shí)現(xiàn)僅通過(guò)軟件所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的藝術(shù)效果。

數(shù)字藝術(shù)對(duì)技術(shù)的依賴與傳統(tǒng)藝術(shù)對(duì)創(chuàng)作材料的依賴有所不同，傳統(tǒng)的繪畫藝術(shù)的創(chuàng)作依賴于畫筆、畫布、顏料等物質(zhì)材料，而觀賞者對(duì)作品的欣賞并不依賴于這些物質(zhì)材料。但在數(shù)字藝術(shù)中，創(chuàng)作者和觀賞者對(duì)硬件的依賴是相同的，如二者都需要電腦或網(wǎng)卡等。所不同的是，創(chuàng)作者依賴于更多的創(chuàng)作軟件。于是藝術(shù)家就必須成為技術(shù)人員，因?yàn)樗麄儽仨氄莆者\(yùn)用軟件，而IT技術(shù)的發(fā)展迅猛，軟件更新快，這促使藝術(shù)者必須不斷學(xué)習(xí)。技術(shù)的迅速發(fā)展，使藝術(shù)家不斷地思考如何利用一種新的創(chuàng)作資源進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)新，這種創(chuàng)作資源使藝術(shù)家可以極其逼真地再現(xiàn)任何形象，也可以隨意塑造任何形象[1]。

3數(shù)字藝術(shù)的應(yīng)用

3.1 數(shù)字藝術(shù)在視覺(jué)傳達(dá)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

視覺(jué)傳達(dá)設(shè)計(jì)包括平面設(shè)計(jì)、包裝設(shè)計(jì)、書籍設(shè)計(jì)、廣告設(shè)計(jì)、電子視傳設(shè)計(jì)等。在所有設(shè)計(jì)行業(yè)中，視覺(jué)傳達(dá)設(shè)計(jì)最易受到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的影響。其中，計(jì)算機(jī)桌面排版技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形工作站以及相關(guān)藝術(shù)設(shè)計(jì)軟件的發(fā)展，引起了設(shè)計(jì)行業(yè)乃至整個(gè)印刷工業(yè)的巨大變革，計(jì)算機(jī)輸入、輸出設(shè)備的研發(fā)也因此得到迅速發(fā)展。

在視覺(jué)傳達(dá)設(shè)計(jì)中，數(shù)字藝術(shù)設(shè)計(jì)具有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手段無(wú)法比擬的強(qiáng)大優(yōu)越性，它能快速有效地進(jìn)行圖像的編輯；印刷分色打樣等許多印前工作也都可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；可以很出色地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜而精確的點(diǎn)、線、面的繪制；可模擬特殊效果的圖像，如浮雕效果等；它還可以將多幅圖像進(jìn)行疊加、羽化，產(chǎn)生虛擬而又真實(shí)的視覺(jué)效果；也可迅速修改畫面中任何部分的色彩和形狀，設(shè)置各種字體，拷貝設(shè)計(jì)元素，并將畫面存儲(chǔ)以便隨時(shí)調(diào)出使用、調(diào)整，這大大提高了工作效率[2]。

3.2 數(shù)字藝術(shù)在服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

服裝行業(yè)最初是為了提高生產(chǎn)效率才實(shí)施計(jì)算機(jī)化的。首先是服裝樣版的數(shù)字藝術(shù)設(shè)計(jì)，這樣就可以用最少的材料進(jìn)行合理的安排。服裝效果圖也可以在計(jì)算機(jī)上完成，利用計(jì)算機(jī)數(shù)字藝術(shù)軟件可以很輕松地對(duì)服裝設(shè)計(jì)效果圖進(jìn)行繪制和色彩調(diào)整；利用服裝打版軟件可以直接完成服裝制版、做縫份、牙口、記號(hào)、開省、貼邊、剪接等傳統(tǒng)制圖方法[2]?？梢宰詣?dòng)排版及人機(jī)交互式排版，同時(shí)開

啟服裝設(shè)計(jì)圖與打版圖，使設(shè)計(jì)觀念具體化；可以建立常用的打版符號(hào)作為版型的制圖標(biāo)示，讓打版師與縫制工人達(dá)到最佳的協(xié)調(diào)，使作業(yè)流程連貫化。

服裝設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用使得設(shè)計(jì)表現(xiàn)手法多種多樣，可以運(yùn)用三維動(dòng)畫軟件將模特的形體數(shù)據(jù)化，在計(jì)算機(jī)中形成一個(gè)虛擬空間中的模特，然后將設(shè)計(jì)的服裝也轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，在虛擬空間中與虛擬的模特進(jìn)行位置結(jié)合，通過(guò)視頻輸出，有助于設(shè)計(jì)師對(duì)其作品的細(xì)節(jié)和整體效果的把握，在還沒(méi)有成批量生產(chǎn)之前，通過(guò)虛擬數(shù)字藝術(shù)設(shè)計(jì)將其做得盡善盡美。服裝面料的印染重塑也主要使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用藝術(shù)設(shè)計(jì)軟件將圖案紋樣編輯好，然后進(jìn)行菲林制作和感光制版。目前服裝行業(yè)軟件存在多版本不統(tǒng)一的問(wèn)題，企業(yè)使用的和學(xué)生所學(xué)的并不一致。這種矛盾有待教育機(jī)構(gòu)、服裝企業(yè)和軟件開發(fā)商協(xié)同解決。

3.3 數(shù)字藝術(shù)在工業(yè)造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

工業(yè)造型設(shè)計(jì)涉及產(chǎn)品造型、色彩、美學(xué)、人機(jī)、標(biāo)志等方面的內(nèi)容。未來(lái)的造型設(shè)計(jì)不僅要表現(xiàn)產(chǎn)品的三維效果，而且還要模擬產(chǎn)品的工作狀況，它可以研究用戶對(duì)產(chǎn)品的反應(yīng)，也可以從生產(chǎn)的角度來(lái)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)。產(chǎn)品模型用三維建模軟件來(lái)制作，然后用動(dòng)畫軟件表現(xiàn)產(chǎn)品要完成的預(yù)想功能，這樣使用者就能全方位觀察產(chǎn)品并體會(huì)產(chǎn)品在使用甲的感覺(jué)。

數(shù)字藝術(shù)中，概念設(shè)計(jì)的魅力就在于你要設(shè)計(jì)一款仿佛真的存在于特定世界的物品，它在那個(gè)世界應(yīng)該是高效率的，可用的。這要建立在對(duì)已存在的機(jī)械結(jié)構(gòu)和工業(yè)設(shè)計(jì)的深刻理解上。計(jì)算機(jī)將概念設(shè)計(jì)圖通過(guò)數(shù)字藝術(shù)軟件轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)創(chuàng)意，渲染生成效果圖方案；這還為生產(chǎn)制作提供數(shù)據(jù)，從CAD到CAM等系統(tǒng)，還有新開發(fā)的CIMS計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)參與整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程[3]。

汽車工業(yè)設(shè)計(jì)就是較早運(yùn)用計(jì)算機(jī)數(shù)字藝術(shù)設(shè)計(jì)的行業(yè)之一。20世紀(jì)80年代中期，世界上大多數(shù)大型的汽車制造商都安裝了計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并開始認(rèn)識(shí)到運(yùn)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)汽車要比傳統(tǒng)的方法更為有效。計(jì)算機(jī)技術(shù)在設(shè)計(jì)車身的同時(shí)，還能顯示出汽車的所有表面特征和材質(zhì)效果，它比實(shí)物攝影更靈活。由于虛擬的場(chǎng)景中沒(méi)有一粒塵埃，所以產(chǎn)品的效果也可以一塵不染。這種模型的質(zhì)量和精準(zhǔn)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了手工技法，使設(shè)計(jì)師能建造出更為逼真的模型。

隨著工業(yè)造型設(shè)計(jì)在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用，設(shè)計(jì)師提出了數(shù)字三維建模和其他數(shù)字藝術(shù)軟件結(jié)合，進(jìn)行高質(zhì)快速的應(yīng)用設(shè)計(jì)，縮短了工業(yè)造型設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)成本，使造型設(shè)計(jì)和生產(chǎn)加工更方便、更迅速、更精確。數(shù)字藝術(shù)和工業(yè)造型設(shè)計(jì)的成熟結(jié)合，將為未來(lái)的工業(yè)造型設(shè)計(jì)師提供更為豐富的造型語(yǔ)言和創(chuàng)新手段。

3.4 數(shù)字藝術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)已成為環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)人員不可缺少的重要工具，數(shù)字藝術(shù)軟件不僅可以繪制線稿圖，還可以繪制高質(zhì)量的環(huán)境效果圖。隨著計(jì)算機(jī)硬件的不斷升級(jí)和設(shè)計(jì)師對(duì)軟件的熟練掌握，環(huán)藝設(shè)計(jì)效果圖在質(zhì)量上有了令人矚目的提高。

數(shù)字藝術(shù)的設(shè)計(jì)模式使設(shè)計(jì)師從繁重的手工繪圖中解放出來(lái)，利用計(jì)算機(jī)可以完成從方案設(shè)計(jì)、施工圖紙到效果圖的全部設(shè)計(jì)工作。目前進(jìn)行環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的軟件很多，應(yīng)用AutoCAD, 3DS MAX和Photoshop組合軟件即可取得很優(yōu)秀的效果，它們可以完成平面設(shè)計(jì)圖到三維效果圖、三維動(dòng)畫、虛擬現(xiàn)實(shí)的全套操作 [4]。

數(shù)字藝術(shù)的可視化應(yīng)用也越來(lái)越受到環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)師的重視。設(shè)計(jì)者可以把天空、樹木、湖泊、人物以及規(guī)劃區(qū)域附近的保留性景點(diǎn)通過(guò)數(shù)碼相機(jī)拍攝下來(lái)，并將這些素材輸入計(jì)算機(jī)，當(dāng)我們?cè)谌S軟件中將規(guī)劃模型建好并調(diào)整角度后，便將它們一同合成到計(jì)算機(jī)中，這樣就能直觀地觀察規(guī)劃方案和周邊環(huán)境是否和諧統(tǒng)一，如需調(diào)整、修改，也很方便、直接。三維動(dòng)畫在計(jì)算機(jī)平臺(tái)的推廣和應(yīng)用，我們可以始終身臨其境地在三維環(huán)境里進(jìn)行直觀、真實(shí)的創(chuàng)作和設(shè)計(jì)[5]。數(shù)字藝術(shù)這一信息時(shí)代的寵兒在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，越來(lái)越多地影響和改變著傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和觀念，它將為環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)開辟更廣闊的新天地，使環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)師的工作更加流暢、完善。

3.5數(shù)字藝術(shù)在多媒體動(dòng)畫設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

多媒體是基于數(shù)字藝術(shù)的媒體，是文本、圖形、圖像、聲音、動(dòng)畫和視頻等諸多成分的交織組合。數(shù)字動(dòng)畫是指利用計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)生成具有空間維度的動(dòng)態(tài)連續(xù)運(yùn)動(dòng)畫面的一種形式。它是建立在傳統(tǒng)動(dòng)畫基礎(chǔ)上，采用計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一門高新技術(shù)。它利用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作軟件和輸入輸出設(shè)備直接在計(jì)算機(jī)構(gòu)建的虛擬空間中制作數(shù)字模型和材質(zhì)，配合模擬燈光和攝像機(jī)，再為模型或攝像機(jī)設(shè)置運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)最終的渲染從而在計(jì)算機(jī)顯示器上顯示出運(yùn)動(dòng)的連續(xù)畫面。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫所生成的是一個(gè)虛擬的世界，虛擬景物并不需要真正去建造，物體、虛擬攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)也不會(huì)受到什么限制，動(dòng)畫師可以自由地去創(chuàng)造虛幻世界。動(dòng)畫使得多媒體信息更加生動(dòng)，富于表現(xiàn)力[6]。

基于數(shù)字藝術(shù)的多媒體動(dòng)畫首先應(yīng)用于傳媒娛樂(lè)，也就是電影、游戲等。許多電影中以假亂真的影視特效，其實(shí)都是計(jì)算機(jī)動(dòng)畫生成的畫面。其次是宣傳，利用多媒體動(dòng)畫全方位地表現(xiàn)某種信息。其他，如國(guó)際、國(guó)內(nèi)各方面的形式發(fā)展變化分析，城市規(guī)劃預(yù)想等工作，也很適合用多媒體動(dòng)畫來(lái)表達(dá)；仿真模擬在軍事、醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)、工程等許多方面都用得上多媒體動(dòng)畫技術(shù)；采用多媒體動(dòng)畫技術(shù)制作的課件直觀而生動(dòng)，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，形象生動(dòng)地傳授知識(shí)，達(dá)到較好的教學(xué)效果，為現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)展廳將多

媒體動(dòng)畫實(shí)踐成果進(jìn)行展示，它既是對(duì)學(xué)生實(shí)踐情況和教師指導(dǎo)工作的檢驗(yàn)，也是促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)和提高的好渠道[7]。

數(shù)字藝術(shù)動(dòng)畫以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，特別是實(shí)體造型和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，涉及圖像處理技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制原理、視頻技術(shù)、藝術(shù)，甚至視覺(jué)心理學(xué)、生物學(xué)、人工智能等領(lǐng)域，它以其自身的特點(diǎn)逐漸成為一門獨(dú)立的學(xué)科。

4結(jié)束語(yǔ)

學(xué)會(huì)運(yùn)用數(shù)字藝術(shù)，這將為我們認(rèn)識(shí)和表現(xiàn)世界提供新的途徑。了解數(shù)字化設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)手繪設(shè)計(jì)的關(guān)系，學(xué)會(huì)應(yīng)用數(shù)字藝術(shù)設(shè)計(jì)軟件，提高動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神。從科學(xué)和藝術(shù)結(jié)合的歷史背景來(lái)看，數(shù)字藝術(shù)的出現(xiàn)絕對(duì)不是偶然，而是時(shí)代進(jìn)步的必然產(chǎn)物，是人類對(duì)科學(xué)和藝術(shù)追求的一個(gè)重要的里程碑。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、隨著現(xiàn)代社會(huì)信息化的不斷加深，數(shù)字藝術(shù)的活動(dòng)范圍和表現(xiàn)深度將不斷加大。今天的數(shù)字藝術(shù)借助其強(qiáng)大的數(shù)學(xué)模型和精確的幾何表現(xiàn)手段，在現(xiàn)代工業(yè)造型設(shè)計(jì)中也發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。結(jié)合了繪畫、攝影、動(dòng)畫和三維空間再現(xiàn)的種種優(yōu)勢(shì)，數(shù)字藝術(shù)正在成為數(shù)字藝術(shù)家們表現(xiàn)人類精神世界、探究作為“內(nèi)在自然”的人類生命的奧秘的有力工具。瑪格利特、達(dá)利等人開拓了超現(xiàn)實(shí)主義藝術(shù)。而當(dāng)代數(shù)字藝術(shù)恰好是對(duì)傳統(tǒng)藝術(shù)的補(bǔ)充和提升。數(shù)字藝術(shù)打破了客觀世界局限，將抽象思維和意念直接通過(guò)計(jì)算機(jī)硬件和軟件再現(xiàn)于電子顯示器上[8]。這無(wú)疑是人類認(rèn)識(shí)世界和表現(xiàn)自身藝術(shù)思維的一步大的跨越。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李四達(dá).數(shù)字媒體藝術(shù)概論[M].北京：清華大學(xué)出版社, 2006.[2] 彭曉輝.計(jì)算機(jī)輔助藝術(shù)設(shè)計(jì)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006年.[3] 陳宇晨，王大中等.數(shù)字制造與數(shù)字裝備[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2011.[4] 陳志明.精雕細(xì)琢：中文版PhotoshopCS5建筑表現(xiàn)技法[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社2011.[5] 劉光然.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.[6] 黃峻.Flash MX動(dòng)畫大風(fēng)暴[M].北京：北京科海電子出版社, 2003.[7] 吳傲冰，黃華明，王萍.基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的藝術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010,27（12）：139.[8] 李四達(dá),數(shù)字媒體藝術(shù)史[M].北京：清華大學(xué)出版社, 2008.

第三篇：納米技術(shù)在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用

序列號(hào)： 16

課 程 論 文

課程名稱

21世紀(jì)高新技術(shù)

題目名稱 納米技術(shù)在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用 學(xué)生學(xué)院 管理學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 電子商務(wù)1班 學(xué) 號(hào)

3113004743

學(xué)生姓名 陳昌桐 指導(dǎo)教師 曹曉國(guó)

2015年

11月 3日

摘要

本文初步介紹納米技術(shù)、納米材料及其結(jié)構(gòu)在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用，綜述了納米衛(wèi)星、納米碳管、納米面料、納米流體等航天領(lǐng)域的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹納米材料在航天器的結(jié)構(gòu)材料和功能材料方面的應(yīng)用?？梢灶A(yù)料，納米技術(shù)的應(yīng)用在航天領(lǐng)域有著相當(dāng)廣闊的前景。

關(guān)鍵詞

納米技術(shù)；納米材料；航天；納米衛(wèi)星；

正文

引

言

納米材料由于具有獨(dú)特的小尺寸效應(yīng)而表現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)材料的物理和化學(xué)性質(zhì)。利用納米材料這些獨(dú)特的性質(zhì)，可對(duì)傳統(tǒng)材料進(jìn)行改性，進(jìn)而開發(fā)出更高性能的材料，以滿足傳統(tǒng)材料所不能達(dá)到的要求，尤其是滿足航天航空領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅艿奶厥庖蟆?/p>

一、納米技術(shù)的介紹

納米技術(shù)（nanotechnology）是用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)，研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用。納米科學(xué)技術(shù)是以許多現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的科學(xué)技術(shù)，它是現(xiàn)代科學(xué)和現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，納米科學(xué)技術(shù)又將引發(fā)一系列新的科學(xué)技術(shù)，例如：納米物理學(xué)、納米生物學(xué)、納米化學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工技術(shù)和納米計(jì)量學(xué)等。

二、航天技術(shù)的簡(jiǎn)介

航天科學(xué)技術(shù)是20世紀(jì)興起的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，自其形成以來(lái)，一直汲取基礎(chǔ)科學(xué)和其他應(yīng)用科學(xué)領(lǐng)域的最新成就，高度綜合了工程技術(shù)的最新成果，并引領(lǐng)許多學(xué)科專業(yè)的發(fā)展，甚至促成某些專業(yè)的形成。它是20世紀(jì)以來(lái)發(fā)展最為迅速、對(duì)人類生活影響最大的科學(xué)技術(shù)之一。進(jìn)入21世紀(jì)，航天科學(xué)技術(shù)繼續(xù)保持高科技的重要地位，在推動(dòng)原始創(chuàng)新，促進(jìn)學(xué)科交叉與學(xué)科融合方面扮演著重要角色。

三、納米技術(shù)對(duì)航天業(yè)的影響

首先是為航天業(yè)從宏觀向微觀發(fā)展提供了可能。專用微型集成器將取代現(xiàn)有航天器和運(yùn)載火箭上使用的有關(guān)系統(tǒng)，最終將在航天系統(tǒng)引發(fā)一場(chǎng)技術(shù)革命，導(dǎo)致微型衛(wèi)星乃至“納米衛(wèi)星”的問(wèn)世。

其次是納米技術(shù)的使用，將對(duì)原有的航天業(yè)的制造方法、實(shí)驗(yàn)手段、研究方式帶來(lái)巨大沖擊，怎樣才能將納米技術(shù)引入到航天領(lǐng)域的制造方法、實(shí)驗(yàn)手段和研究方式中呢?

納米技術(shù)在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用

一、納米衛(wèi)星

納米衛(wèi)星，又叫“納星”，通常指重量小于10公斤、具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的衛(wèi)星。納米衛(wèi)星的概念最早由美國(guó)宇航公司于1993年提出，未來(lái)重量可以實(shí)現(xiàn)降低到0.1公斤以下。利用微電子機(jī)械和納米電子技術(shù)制造的慣性檢測(cè)元件、換能器、射頻元件、光學(xué)元件、電源系統(tǒng)及各種傳感器核芯片作為星載設(shè)備，可使衛(wèi)星的體積和重量大大減小。由于它的部件都集成在芯片上，故也稱為“芯片級(jí)衛(wèi)星”。用一枚小型運(yùn)載火箭一次可以發(fā)射數(shù)百枚到上千枚的這種衛(wèi)星，從而使航天器的發(fā)射費(fèi)用從目前的每磅一萬(wàn)美元降至約 200 美元。

1995年，美國(guó)開始研制納米衛(wèi)星。這種衛(wèi)星比麻雀略為大些，所用元器件全部為納米材料制成。由于納米衛(wèi)星性能好，可靠性強(qiáng)，故它在通信領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、對(duì)地觀測(cè)、科學(xué)研究等方面有廣泛的應(yīng)用前景。

為降低發(fā)射費(fèi)用，納米衛(wèi)星常采用一箭多星的發(fā)射方式進(jìn)行發(fā)射，目前已經(jīng)發(fā)射的包括：俄羅斯的SPUTNIK-2衛(wèi)星、美國(guó)的AUSat衛(wèi)星和PICOSAT衛(wèi)星，以及英國(guó)的SNAP-1衛(wèi)星等。

納米衛(wèi)星的功能多樣。QuakeSat衛(wèi)星可以使用磁力計(jì)對(duì)高空的低頻磁場(chǎng)等進(jìn)行研究，用以對(duì)地震進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。日本東京大學(xué)的XI-IV納米衛(wèi)星就使用CMOS相機(jī)對(duì)地球和太陽(yáng)影像進(jìn)行拍照，英國(guó)薩瑞公司的SNAP-1型衛(wèi)星可對(duì)其它衛(wèi)星拍照，用以判斷在軌航天器的完好狀態(tài)和工作能力。nCube衛(wèi)星可以接收船只的廣播AIS信號(hào)，提供船只的方位、位置等信息，確保船舶航行安全。此外，納米衛(wèi)星組成的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)急通信領(lǐng)域也具有巨大的潛在優(yōu)勢(shì)。

目前在國(guó)際納米衛(wèi)星研究領(lǐng)域，美國(guó)處于技術(shù)領(lǐng)先地位。2002年12月，美國(guó)“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)就發(fā)射了兩顆只有2磅重的納米衛(wèi)星。從2003年開始，美國(guó)空軍和國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局開始研發(fā)新一代低成本軍用納米衛(wèi)星，并于近幾年相繼交付。

二、納米碳管———太空纜繩

碳納米管由日本科學(xué)家于1991年研究發(fā)現(xiàn)，是由Sp2雜化碳原子排列成的石墨片層卷曲而成，具有納米級(jí)一維管狀結(jié)構(gòu)的納米碳材料。理論預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明：CNT具有超高的強(qiáng)度、模量和韌性，其彈性模量高達(dá)1 TPa，拉伸強(qiáng)度超過(guò)100 GPa，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到15%-30%。

納米碳管具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、性能穩(wěn)定、柔軟靈活、導(dǎo)熱性好、表面積大及許多奇異的電子性質(zhì)等特點(diǎn)。單個(gè)納米碳管的直徑只 1.4nm，5萬(wàn)個(gè)納米碳管并排在一起僅相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的直徑。它可能成為未來(lái)理想的超級(jí)纖維。納米碳管的一種可能具有突破性的應(yīng)用，是用于太空升降機(jī)。用其做成的太空纜繩，與鋼或其他特質(zhì)不同的關(guān)鍵是它能支持住自身的質(zhì)量而不會(huì)斷掉。這就提供了一種把人或物品提升到外層太空的可能方法，也許將成為人類移居外星球的最理想方法。

2013年，中國(guó)清華大學(xué)魏飛教授團(tuán)隊(duì)成功制備出單根長(zhǎng)度達(dá)半米以上的碳納米管，創(chuàng)造了新世界紀(jì)錄，對(duì)于碳納米管的生長(zhǎng)而言，其高溫生長(zhǎng)過(guò)程中催化劑的失活是一個(gè)不可逆的規(guī)律，從而限制了碳納米管的長(zhǎng)度；因此盡可能地提高其催化劑活性概率是進(jìn)一步提高碳納米管長(zhǎng)度的唯一途徑。

三、納米軍服面料和納米纖維

利用特殊的納米技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的材料進(jìn)行處理，形成相互交錯(cuò)混雜的具有互特性的二維納米相區(qū)，使原來(lái)無(wú)法兼容的特性通過(guò)它低度的相互協(xié)同作用表現(xiàn)出來(lái)，從而生產(chǎn)出功能強(qiáng)大的新型軍用服面料。這種新型軍服具有抗紫外線、吸收紅外線、抗老化和熱老化，以及減輕、保暖、隔熱的作用。由于納米材料具有小尺寸效應(yīng)及宏觀量子效應(yīng)，將大幅度地提高材料的彈性、強(qiáng)度、耐磨性和穩(wěn)定性。二維協(xié)同納米技術(shù)的運(yùn)用，使軍服不但防油、防水、抗菌、抗污，清潔起來(lái)也極其簡(jiǎn)便，穿著也柔軟舒適，更加適應(yīng)野戰(zhàn)條件下的要求。此類軍服所需面料，在理論上已得到證實(shí)，現(xiàn)正加緊應(yīng)用研究。在這一領(lǐng)域我國(guó)處于世界先進(jìn)水平行列。

四、納米流體流動(dòng)強(qiáng)化傳熱

航天器中安裝有借助于液體工質(zhì)單相對(duì)流換熱實(shí)現(xiàn)熱控制的泵驅(qū)動(dòng)液體回路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)艙內(nèi)溫度指標(biāo)的控制。液體回路系統(tǒng)的質(zhì)量及功耗在壓力艙內(nèi)占有較大比例，而新型航天器(如大型航天器、無(wú)人自主深空探測(cè)器、小衛(wèi)星和納米衛(wèi)星等)的研制需求日益迫切，航天器的電子器件及設(shè)備的功率日趨增大，對(duì)航天器熱控制技術(shù)和液體回路系統(tǒng)提出了更新更高的要求，加上航天器所處的空間電子器件散熱困難。傳統(tǒng)的純液體工質(zhì)和常規(guī)的散熱措施難以滿足熱負(fù)荷日益增長(zhǎng)的航天器熱控系統(tǒng)的需要。目前，航天器液體回路系統(tǒng)采用的傳熱工質(zhì)是一種冰點(diǎn)低、比熱大、粘度小、無(wú)毒的化合物，具有適合在航天器中使用的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，但由于它的導(dǎo)熱系數(shù)極低，很難滿足航天器不斷增長(zhǎng)的高強(qiáng)度、高負(fù)荷傳熱的要求。

納米流體是指以一定的方式和比例在液體中添加納米級(jí)金屬或金屬氧化物粒子，形成一類新的傳熱工質(zhì)。已進(jìn)行的研究表明，在水、乙二醇等常規(guī)液體中添加納米粒子，可以顯著增加液體的導(dǎo)熱系數(shù)和對(duì)流換熱系數(shù)，顯示了納米流體在強(qiáng)化傳熱領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。實(shí)驗(yàn)研究已證明，納米流體強(qiáng)化傳熱技術(shù)應(yīng)用于航天器熱控系統(tǒng)是可行的。

五、納米材料在航天器材料上的應(yīng)用(一)納米材料在航天器功能材料上的應(yīng)用

(1)金屬及金屬基復(fù)合材料

晶粒細(xì)化是目前唯一的一種既可以提高金屬?gòu)?qiáng)度，又可以提高韌性的方法，而且也是提高金屬材料強(qiáng)度最有效的方法之一。在納米金屬材料中普遍存在著細(xì)晶強(qiáng)化效應(yīng)，即材料的硬度和強(qiáng)度隨著晶粒尺寸的減小而增大，利用添加納米陶瓷來(lái)增強(qiáng)金屬合金基材料的方法，就是把超微細(xì)陶瓷粉末引入金屬基體(如向鋁、銅、銀、鋼、鐵等合金中引入SiC、Si3N4、TiN)均勻分散于合金中，例如，將納米碳化硅、納米氮化硅、納米氮化欽、納米硅粉添加到金屬基體(鋁、銅、銀、鋼、鐵等合金)中，可制造出質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐熱性好的新型合金材料。

納米晶合金打破了常規(guī)合金生產(chǎn)中的一些定律，即硬度提高必然伴隨韌性下降的結(jié)論，對(duì)于小尺寸晶粒，納米合金變質(zhì)劑的高表面活性可以使晶粒以較快速度合并，使晶粒尺寸增大和晶粒與晶粒合并的驅(qū)動(dòng)力同時(shí)減小。在合金中形成晶須結(jié)構(gòu)，明顯提高合金硬度及韌性。

研究發(fā)現(xiàn)，在航天領(lǐng)域使用較多的金屬材料Al、Ti，采用納米材料增強(qiáng)后，其強(qiáng)度有較大提高，同時(shí)重量有較大降低，有望在航天艙體結(jié)構(gòu)材料上得到應(yīng)用。

(2)聚合物基復(fù)合材料

納米粒子加入聚合物基體后，可提高其耐磨性、硬度、強(qiáng)度和耐熱性等性能。舉例說(shuō)明，在酚醛樹脂中加入5 %左右的某納米粉，除層剪強(qiáng)度無(wú)顯著提高外，玻璃鋼的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能均有顯著提高，并且線燒蝕率顯著下降。北京玻璃鋼研究院的研究表明，將某些納米粒子摻入樹脂體系，對(duì)玻璃鋼的耐燒蝕性能大大提高。這些研究對(duì)于提高導(dǎo)彈武器酚醛防熱燒蝕材料性能、改善武器系統(tǒng)工作環(huán)境、提高武器系統(tǒng)突防能力有著深遠(yuǎn)影響。像納米氮化鋁應(yīng)用于環(huán)氧樹脂，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高，彈性模量達(dá)到極大值。將納米氮化鋁添加到環(huán)氧樹脂中制得的復(fù)合材料，在結(jié)構(gòu)上完全不同于添加粗晶的氮化鋁-環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料：粗晶氮化鋁一般作為補(bǔ)強(qiáng)劑加入，其主要分布在高分子材料的鏈間，而納米氮化鋁由于表面嚴(yán)重的配位不足、龐大的比表面積使其表現(xiàn)出極強(qiáng)的活性，同時(shí)，尚有一部分納米氮化鋁顆粒分布在高分子鏈的空隙中。與粗晶氮化鋁相比，納米氮化鋁具有很高的流動(dòng)性，可使環(huán)氧樹脂的強(qiáng)度、韌性及延展性均大幅提高。

(3)工程塑料及其它復(fù)合材料

納米材料與工程塑料復(fù)合既能提高工程塑料的固有性能，又可賦予其高導(dǎo)電性、高阻隔性及優(yōu)良的光學(xué)性能等。因此，把納米材料應(yīng)用于工程塑料的改性，可進(jìn)一步拓寬工程塑料的應(yīng)用范圍。

工程塑料與納米粒子復(fù)合材料就是采用納米粒子對(duì)有一定脆性的工程塑料增韌是改善工程塑料韌性和強(qiáng)度等力學(xué)性能的一種行之有效的方法。只要納米粒子與基體樹脂結(jié)合良好，納米粒子也可承受拉伸應(yīng)力，增韌、增強(qiáng)作用明顯。少量納米氮化欽粉體用于改性熱塑性工程塑料時(shí)，可起到結(jié)晶成核劑的作用。而大量納米氮化欽顆粒彌散于PET中，可大幅提高PET工程塑料的耐磨性和抗沖擊性能。

另外的像還有工程塑料與納米磁性金屬及其氮化物復(fù)合材料，納米磁性材料具有單磁疇結(jié)構(gòu)，其磁化率、矯頑力很高，飽和磁矩和磁損耗較低，而且它的磁化過(guò)程完全由旋轉(zhuǎn)磁化進(jìn)行，所以可用作永磁記憶材料，以顯著提高信噪比，改善圖形質(zhì)量，有望在衛(wèi)星記憶材料上得到應(yīng)用。國(guó)外已制造出性能優(yōu)于NdFeB 的具有高矯頑力的納米 NdFeB 材料。日本于 1988 年研制成功的納米軟磁材料“Finemet”，具有鐵基非晶材料優(yōu)異的高頻特性，有可能在航天儀表上得到應(yīng)用。

而工程塑料與納米磁性金屬?gòu)?fù)合材料則具有特殊的光電功能(對(duì)電磁波有特殊的吸收作用)和優(yōu)良的磁性能及導(dǎo)電性，可廣泛應(yīng)用于軍事、航空航天、電子通訊等高技術(shù)領(lǐng)域。

比如用偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理后的納米碳化硅，在添加量為10%左右時(shí)，可大大改善和提高PI聚酞亞胺)、PEEK(聚醚醚酮)、PTFE(聚四氟乙烯)等特種塑料的性能，全面提高材料的耐磨、導(dǎo)熱、絕緣、抗拉伸、耐沖擊、耐高溫等性能。

(4)陶瓷基復(fù)合材料

陶瓷基復(fù)合材料是以陶瓷為基體，與各種納米材料復(fù)合制得的材料。陶瓷基體包括氮化硅、碳化硅等。這些先進(jìn)陶瓷具有耐高溫、強(qiáng)度和硬度高、相對(duì)重量較輕、抗腐蝕等優(yōu)異性能，而其致命的弱點(diǎn)是具有較強(qiáng)的脆性，在應(yīng)力作用下，會(huì)產(chǎn)生裂紋，甚至斷裂導(dǎo)致材料失效。而納米陶瓷在室溫下就可以發(fā)生塑性變形，在高溫下有類似金屬的超塑性。研究發(fā)現(xiàn)，將納米粒子分散到陶瓷基體中，可以極大提高材料的斷裂強(qiáng)度和斷裂韌性，明顯改變耐高溫性，并提高材料硬度、彈性模量和抗熱震及抗高溫蠕變性，其強(qiáng)度和韌性約提高 2～4 倍。

新型陶瓷材料具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、耐磨性、耐熱性和耐蝕性，是固體發(fā)動(dòng)機(jī)碳 / 碳噴管和燃燒室之間的熱結(jié)構(gòu)絕熱連接件的理想材料，還可用于噴管出口錐有關(guān)部件。把納米粉末引入陶瓷基體中制成顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料可極大地提高材料的強(qiáng)度、韌性和高溫性能，使之成為很有前途的高溫結(jié)構(gòu)材料，有可能用于未來(lái)的熱機(jī)和航天熱防護(hù)。

陶瓷基復(fù)合材料己實(shí)用化或即將實(shí)用化的領(lǐng)域有刀具、滑動(dòng)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)制件、能源構(gòu)件等。例如，納米氮化硅摻雜制造的精密陶瓷結(jié)構(gòu)器件可用于冶金、化工、機(jī)械、航空、航天及能源等行業(yè)中使用的滾動(dòng)軸承的滾珠和滾子、滑動(dòng)軸承、套、閥，以及有耐磨、耐高溫、耐腐蝕要求的結(jié)構(gòu)器件中。(二)納米材料在航天器功能材料上的應(yīng)用

(1)導(dǎo)電、導(dǎo)磁、導(dǎo)熱、隔熱、耐燒蝕、防熱等功能材料

納米TiN具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，在Al2O3基體中加入納米TiN顆粒可以有效降低其電阻率，隨著納米TiN加入量的增加，復(fù)合材料的電阻率逐漸降低，當(dāng)加入量達(dá)到20vol%以后，復(fù)合材料的電阻率趨于穩(wěn)定。由于納米材料自身的特點(diǎn)，納米TiN-Al2O3復(fù)合材料具有更好的導(dǎo)電性能，特別在低添加量時(shí)，效果尤為明顯。

超高導(dǎo)熱納米AlN復(fù)合的硅膠具有良好的導(dǎo)熱性，良好的電絕緣性，較寬的電絕緣性使用溫度（工作溫度-60℃～-200℃），較低的稠度和良好的施工性能。如CPU與散熱器填隙、大功率三極管、可控硅元件、二極管、與基材接觸的細(xì)縫處的熱傳遞介質(zhì)。納米導(dǎo)熱膏是填充IC或三極管與散熱片之間的空隙，增大它們之間的接觸面積，達(dá)到更好的散熱效果。

納米AlN粉體可以大幅度提高塑料的導(dǎo)熱率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品以5~10%的比例添加到塑料中，可以使塑料的導(dǎo)熱率從原來(lái)的0.3提高到5。導(dǎo)熱率提高了16倍多。相比較目前市場(chǎng)上的導(dǎo)熱填料（氧化鋁或氧化鎂等）具有添加量低，對(duì)制品的機(jī)械性能有提高作用，導(dǎo)熱效果提高更明顯等特點(diǎn)。目前相關(guān)應(yīng)用廠家已經(jīng)大規(guī)模采購(gòu)納米氮化鋁粉體，新型的納米導(dǎo)熱塑料將投放市場(chǎng)。

納米AlN粉體與硅匹配性能好，在橡膠中容易分散，在不影響橡膠的機(jī)械性能的前提下（實(shí)驗(yàn)證明對(duì)橡膠的機(jī)械性能還有提高作用）可大幅度提升硅橡膠的導(dǎo)熱率，在添加過(guò)程中不像氧化物等會(huì)使其黏度上升很快，添加量很小（根據(jù)導(dǎo)熱要求一般在5%左右就可以使導(dǎo)熱率提高50%-70%），現(xiàn)廣泛應(yīng)用與軍事，航空以及信息工程中。

飛行器在大氣中高速飛行時(shí)，由于氣動(dòng)加熱飛行器表面與空氣發(fā)生劇烈的摩擦，產(chǎn)生大量的熱量，使飛行器表面溫度急劇上升。隨著科技的發(fā)展，采用納米改性的玻璃鋼材料能顯著提高材料的熱防護(hù)性能，在未來(lái)航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

在導(dǎo)彈、火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)噴管上防熱材料普遍采用碳-酚醛、高硅氧-酚醛。熱防護(hù)材料中的樹脂體系和含碳量決定了碳層的質(zhì)量，進(jìn)而影響其耐燒蝕性能。石墨及C-C復(fù)合材料是制造固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的理想燒蝕材料，但石墨及C-C復(fù)合材料在使用中暴露出一個(gè)嚴(yán)重不足就是氧化侵蝕。在 500 ℃以上就可以被氧化，生成CO2、CO，使材料強(qiáng)度降低。通過(guò)在材料中加入非氧化物陶瓷納米顆粒，使非氧化陶瓷納米顆粒氧化成膜來(lái)實(shí)現(xiàn)碳材料自愈合抗氧化。

此外，納米材料在航天領(lǐng)域還有很多的應(yīng)用，如采用納米材料對(duì)光電吸收能力強(qiáng)的特點(diǎn)可制作高效光熱、光電轉(zhuǎn)換材料，可高效地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱、電能，在衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)的太陽(yáng)能發(fā)電板上可以噴涂一層特殊的納米材料，用于增強(qiáng)其光電轉(zhuǎn)換能力；在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體上噴涂一層防靜電納米涂料，可以有效的提高火箭工作的可靠性。(2)涂層材料

納米材料用作涂層可提高工件的耐磨性、抗剝蝕性和抗氧化能力。研究表明，用納米SiC、ZrC、TiC、TiN、B4C粉作為金屬表面上的復(fù)合涂層可以獲得超強(qiáng)耐磨性和自潤(rùn)滑性，其耐磨性要比軸承鋼高100倍，摩擦系數(shù)為0.06-0.1，同時(shí)還具有高溫穩(wěn)定性和耐腐蝕性等。在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零組件中應(yīng)用納米技術(shù)，大大拓展了這些零件的使用范圍。如在重載、高DN值軸承表面上采用納米級(jí)材料粉末涂層，可提高其壽命和可靠性。

在動(dòng)密封和其他具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦副面噴鍍上一層納米級(jí)金屬或非金屬粉末就能極大地提高它們的抗磨損、耐高溫和防腐蝕性；采用納米磁性材料，探索發(fā)動(dòng)機(jī)新型密封結(jié)構(gòu)，可使發(fā)動(dòng)機(jī)密封發(fā)生根本性改變等。這些技術(shù)在80年代研制的發(fā)動(dòng)機(jī)上已得到應(yīng)用，效果良好。將納米技術(shù)應(yīng)用在液浮軸承中，會(huì)使軸承的壽命和可靠性成百倍提高。渦輪盤是發(fā)動(dòng)機(jī)中最關(guān)鍵的零件，它是在高溫、高壓、高速條件下工作，失效率很高。如果采用納米級(jí)粉末冶金制造，將大幅度提高渦輪盤的強(qiáng)度和耐高溫性能。推力室的內(nèi)壁冷卻和抗高溫是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)常因?yàn)橥屏κ业睦鋮s和抗高溫問(wèn)題而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，如果采用納米級(jí)金屬粉末涂鍍?cè)谕屏κ覂?nèi)壁上，就可以解決這個(gè)問(wèn)題。

用納米SiC、ZrC、TiC、TiN、B4C粉還可以作為模具、切削刀具、汽輪機(jī)葉片、渦輪轉(zhuǎn)子以及汽缸內(nèi)壁涂層，耐熱涂層，散熱表面涂層，防腐涂層及吸波涂層等。(3)特種密封材料

發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障最多的是各種密封的失效，密封面的表面質(zhì)量是決定密封性能好壞的主要因素，利用納米材料制成密封零件基體或在密封表面覆蓋一層納米粉末將會(huì)極大的改善其密封性。納米粒子加入橡膠能極大地改善其力學(xué)性能。納米AlN粒子與橡膠復(fù)合可以提高其介電性和耐磨性。添加納米SiN的新型橡膠不但具有優(yōu)越的力學(xué)性能，還可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)具有特殊性能的新型橡膠，這種新型材料中的納米SiN不僅具有補(bǔ)強(qiáng)作用，而且具有常規(guī)橡膠不具備的一些功能特性，例如通過(guò)控制納米SiN的顆粒尺寸可以制備對(duì)不同波段光敏感不同的橡膠，既可抗紫外線輻射，又可反射紅外；也可利用納米SiN制成電絕緣性能優(yōu)異的橡膠。納米級(jí)金剛石粉可用來(lái)增強(qiáng)橡膠、塑料、樹脂。目前橡膠所用的增強(qiáng)劑多半為納米級(jí)炭黑，若改用SiN能使其拉伸強(qiáng)度提高1-4倍，并改善其耐磨性和密封性。(4)固體火箭推進(jìn)劑

固體火箭推進(jìn)劑主要由固體氧化劑和可燃物組成。固體火箭推進(jìn)劑的燃燒速度取決于氧化劑與可燃物的反應(yīng)速度，它們之間的反應(yīng)速度的大小主要取決于固體氧化劑和可燃物接觸面積的大小以及催化劑的催化效果。納米材料由于粒徑小、比表面積大、表面原子多、晶粒的微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且存在各種點(diǎn)陣缺陷，因此具有高的表面活性。正因?yàn)槿绱耍眉{米催化劑取代火箭推進(jìn)劑中的普通催化劑成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。近年來(lái)，國(guó)外研究了加入納米鋁粉以及金屬/聚合物納米層壓材料片狀粉末添加劑改性的納米火炸藥、推進(jìn)劑和固體燃料。試驗(yàn)研究表明，在火炸藥、推進(jìn)劑和固體燃料配方中加入上述納米粉末具有加快燃燒速度，改善燃燒效率，提高性能以及防止凝結(jié)有害金屬微滴等優(yōu)點(diǎn)。

將納米金屬粉添加到火箭固體推進(jìn)劑中，可以顯著改進(jìn)推進(jìn)劑的燃燒性能。20 世紀(jì) 90年代美國(guó)的 Argonide 公司生產(chǎn)了商品牌號(hào)為Alex的納米鋁粉，用Alex納米鋁粉鋁化端羥基聚異丁烯，其燃燒速度是微米鋁粉(20～35μm)的2倍，燃燒速率是微米鋁粉的 40～60 倍，沒(méi)有鋁微滴凝結(jié)現(xiàn)象，從而避免了加入微米鋁粉會(huì)凝結(jié)鋁微滴造成降低燃燒效率、影響火箭飛行特性以及增加熱紅外信號(hào)等重大缺點(diǎn)。

未來(lái)展望

納米技術(shù)是在20世紀(jì)90年代初才逐步發(fā)展起來(lái)的一門主導(dǎo)性的新興科學(xué)技術(shù)，它將與信息技術(shù)和生物技術(shù)一樣，對(duì)21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)、國(guó)防和社會(huì)產(chǎn)生重大影響，并可能引導(dǎo)下一場(chǎng)工業(yè)革命。隨著納米技術(shù)以及大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)程的發(fā)展，納米材料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域越來(lái)越得到廣泛應(yīng)用。由于保密原因，納米材料在軍事、航空、航天等特殊領(lǐng)域的應(yīng)用報(bào)道還較少。從納米材料的特性出發(fā)，結(jié)合航天產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)，可以看出納米材料在航天領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用前景。

納米科學(xué)技術(shù)正處于重大突破的前夜，它取得的一系列成果，引起了關(guān)心未來(lái)世界發(fā)展的科學(xué)家的思索。人們正注視著納米科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)出的奇異現(xiàn)象和新進(jìn)展。納米技術(shù)無(wú)論是在理論上還是在實(shí)際使用過(guò)程中，還存在很多問(wèn)題，需要我們進(jìn)一步的探索和改進(jìn)。我們相信，隨著納米科技的發(fā)展，納米材料在航天領(lǐng)域?qū)⒌玫皆絹?lái)越多的應(yīng)用，納米技術(shù)將為促進(jìn)我國(guó)的航天事業(yè)的發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。

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[9] 宋宏文，納米技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用探討，中國(guó)航天，2002，第1期 [10] 納米衛(wèi)星：基于納米技術(shù)的“星球大戰(zhàn)”悄然拉開帷幕 中國(guó)科技網(wǎng) 2015-3-3 http://

[11] 中國(guó)制備出世界最長(zhǎng)碳納米管 可應(yīng)用于航天 中國(guó)新聞網(wǎng)2013-07-31 http://

第四篇：復(fù)合材料在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用

復(fù)合材料在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用

先進(jìn)復(fù)合材料具有高比強(qiáng)、高比模、耐疲勞、多功能、各向異性和可設(shè)計(jì)性、材料與結(jié)構(gòu)的同一性等優(yōu)異性能，自上世紀(jì)60年代年問(wèn)世以來(lái)，先進(jìn)復(fù)合材料很快獲得廣泛應(yīng)用，成為航空航天四大材料之一。下面就讓我們對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用情況和其優(yōu)異性能做一簡(jiǎn)要介紹。

1．應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料可以顯著提高戰(zhàn)斗機(jī)作戰(zhàn)性能

為滿足新一代戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)高機(jī)動(dòng)性、超音速巡航及隱身的要求，進(jìn)入90年代后，西方的戰(zhàn)斗機(jī)無(wú)一例外的大量采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，用量一般都在25％以上，有的甚至達(dá)到35％，結(jié)構(gòu)減重效率達(dá)30％。應(yīng)用部位幾乎遍布飛機(jī)的機(jī)體，包括垂直尾翼、水平尾翼、機(jī)身蒙皮以及機(jī)翼的壁板和蒙皮等。如美國(guó)第四代戰(zhàn)斗機(jī)F-22復(fù)合材料用量已達(dá)到24%，而EF2000更高達(dá)43％，EF2000除鴨翼外，機(jī)身、機(jī)翼、腹鰭、方向舵都采用復(fù)合材料，結(jié)構(gòu)的“濕潤(rùn)”表面的70％為復(fù)合材料，陣風(fēng)也是如此，70％的“濕潤(rùn)”表面為復(fù)合材料，約947kg之重。F-35的復(fù)合材料幾乎覆蓋了整個(gè)飛機(jī)外表面。

2．應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料可以明顯增大軍用運(yùn)輸機(jī)有效載重量

C-17是上世紀(jì)先進(jìn)大型軍用運(yùn)輸機(jī)的典型代表，C-17是1986年設(shè)計(jì)的，限于當(dāng)時(shí)的水平，復(fù)合材料主要用于次要結(jié)構(gòu)，如雷達(dá)罩、整流罩、操縱面、口蓋、翼梢小翼蒙皮等，復(fù)合材料重約7258k，占該機(jī)結(jié)構(gòu)重量8.1%。樹脂基復(fù)合材料從非承力結(jié)構(gòu)發(fā)展到次承力構(gòu)件。在復(fù)合材料中碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料約占結(jié)構(gòu)重量6%，玻璃纖維塑料、Kevlar纖維增強(qiáng)材料占2%。而歐洲EADS正在研究的A400M屬于新一代大型軍用運(yùn)輸機(jī)，在材料應(yīng)用技術(shù)上有了一個(gè)新的飛躍，主要表現(xiàn)為先進(jìn)復(fù)合材料占結(jié)構(gòu)重量的35%~40%。與C-17不同的是，在A400M上，碳纖維復(fù)合材料用于一些主承力結(jié)構(gòu)，而C-17的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)重量比僅為8%，且主要用于操縱面及次要結(jié)構(gòu)。A400M的機(jī)身仍由傳統(tǒng)的鋁合金制成，但卻開創(chuàng)了采用碳纖維復(fù)合材料制造大型運(yùn)輸機(jī)機(jī)翼的先河，機(jī)翼長(zhǎng)達(dá)19米，令業(yè)界頗為矚目。

3．應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料是高超聲速飛行器能否上天的關(guān)鍵因素

高超聲速技術(shù)主要指研制高超聲速（Ma>5）飛行器所需的相關(guān)技術(shù)。近中期將采用的材料將包括陶瓷纖維增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料、陶瓷及碳碳復(fù)合材料以及輕質(zhì)隔熱材料。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)及機(jī)身將需要導(dǎo)熱率高的材料，如碳碳復(fù)合材料。更遠(yuǎn)的將來(lái)，將需要先進(jìn)型的材料，如鈹基復(fù)合材料之類的超輕材料以及纖維增強(qiáng)陶瓷之類超高溫材料。

以NASA開發(fā)的第二代可重復(fù)使用航天飛機(jī)為例，油箱內(nèi)襯為復(fù)合材料。在推進(jìn)系統(tǒng)中將采用陶瓷基復(fù)合材料發(fā)射斜軌、金屬基復(fù)合材料機(jī)匣以及樹脂基復(fù)合材料涵道。此外還將采用復(fù)合材料電子設(shè)備艙。第三代可重復(fù)使用航天飛機(jī)將為一智能結(jié)構(gòu)，具有自適應(yīng)熱防護(hù)系統(tǒng)及智能化無(wú)損檢測(cè)裝置，自愈合的飛機(jī)結(jié)構(gòu)及表面。發(fā)動(dòng)機(jī)材料將可能使用經(jīng)冷卻的復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料加力燃燒室殼體、超高溫復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)材料將包括超高溫樹脂基復(fù)合材料、低成本耐腐蝕熱防護(hù)系統(tǒng)復(fù)合材料液氧油箱。

美國(guó)高超聲速飛行器X-43是由超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)作動(dòng)力裝置的驗(yàn)證機(jī)。其油箱/機(jī)身由石墨/環(huán)氧框架及蒙皮組成。蒙皮外再覆以熱防護(hù)系統(tǒng)。飛機(jī)上翼面熱防護(hù)層為可剪裁的先進(jìn)絕緣氈，下翼面為內(nèi)多層屏蔽絕緣物。后者是正處于開發(fā)中的防熱材料，由C/SiC外面板，中介陶瓷屏以及先進(jìn)聚酰亞胺泡沫內(nèi)襯。中介陶瓷屏覆以貴金屬以降低其熱輻射。機(jī)翼及垂尾由鈦基復(fù)合材料制成，并有一個(gè)由二硼化鋯制成的前緣。

4．應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料能大幅增加無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)載油量

國(guó)外目前研制的無(wú)人機(jī)以復(fù)合材料和傳統(tǒng)鋁合金的混合結(jié)構(gòu)為主。如“捕食者”“全球鷹”等均是如此。其中“全球鷹”的機(jī)翼和尾翼由石墨/環(huán)氧復(fù)合材料制造，而機(jī)身仍采用傳統(tǒng)鋁合金，復(fù)合材料占結(jié)構(gòu)重量的65%。

無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)是未來(lái)航空武器的一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向。為滿足采購(gòu)政策、隱身性能、機(jī)動(dòng)性、生存力對(duì)材料的特殊需求，為盡可能地降低結(jié)構(gòu)重量、提高燃油裝載量，無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)結(jié)構(gòu)的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是大量應(yīng)用復(fù)合材料。以波音公司的X-45A為例，除機(jī)身的龍骨、梁和隔框采用高速切削鋁合金外，其余的機(jī)體結(jié)構(gòu)都是由復(fù)合材料制成。諾斯羅普格魯門公司的X-47A的機(jī)體除一些接頭采用鋁合金外，整個(gè)機(jī)體幾乎全部采用了復(fù)合材料。

5．應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料可以極大提升民用飛機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力

民用飛機(jī)方面，復(fù)合材料的使用對(duì)于增大客艙濕度進(jìn)而改善乘客的舒適度、降低油耗、易于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)/艙內(nèi)材料的一體化、減少零部件數(shù)量、簡(jiǎn)化系統(tǒng)安裝及縮短總裝時(shí)間等方面潛力巨大。波音、空客兩家大型民用客機(jī)制造商均將其視為實(shí)現(xiàn)新飛機(jī)機(jī)體減重及降低直接運(yùn)營(yíng)成本的有效途徑。如在新一代波音787飛機(jī)上，復(fù)合材料用量將達(dá)到50%，創(chuàng)大型客機(jī)復(fù)合材料的應(yīng)用記錄。歐洲空中客車公司在新近研制的A380型寬體客機(jī)的機(jī)翼和機(jī)身結(jié)構(gòu)上均采用了先進(jìn)復(fù)合材料，用量已占結(jié)構(gòu)重量的25%，其中碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料占22%，另采用了3%玻璃纖維增強(qiáng)的鋁合金層板復(fù)合材料Glare。在機(jī)翼前緣等處還采用了聚苯硫醚熱塑性復(fù)合材料。該公司目前正在研制的新一代客機(jī)A350，復(fù)合材料的應(yīng)用比例也將達(dá)到39%。

6．應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料在減重的同時(shí)很好地改善了直升機(jī)抗墜毀性

直升機(jī)采用復(fù)合材料不僅可減重，而且對(duì)于改善直升機(jī)抗墜毀性能意義重大，因而復(fù)合材料在直升機(jī)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用更廣、用量更大，不僅機(jī)身結(jié)構(gòu)，而且由槳葉和槳轂組成的升力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)也大量采用樹脂基復(fù)合材料。H360、S-75、BK-117和V-22等直升機(jī)均大量采用了復(fù)合材料，如頃轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)V-22用復(fù)合材料近3000公斤，占結(jié)構(gòu)總重的45％左右，法德合作研制的“虎”式武裝直升機(jī)，復(fù)合材料用量更高達(dá)77％。

7．先進(jìn)復(fù)合材料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上也得到成功應(yīng)用

航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料取代金屬材料可以有效減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量，降低燃料消耗，增加航程。有資料報(bào)導(dǎo)，發(fā)動(dòng)機(jī)減輕1磅重量，從而使飛機(jī)可減輕10～20磅重量。從70年代初，復(fù)合材料就成為TF39、F103特別是GE36UDF發(fā)動(dòng)機(jī)研制計(jì)劃的一部分，在這些發(fā)動(dòng)機(jī)上積累了經(jīng)驗(yàn)之后，在GE90的風(fēng)扇葉片上成功使用了高性能韌化環(huán)氧復(fù)合材料。此外，在F119風(fēng)扇機(jī)匣、遄達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇機(jī)匣包容環(huán)及反推力裝置上也廣泛采用了樹脂基復(fù)合材料。

近期開發(fā)的波音787的動(dòng)力裝置GEnx的風(fēng)扇機(jī)匣及風(fēng)扇葉片，將由碳纖維/環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料制成。除減重外，復(fù)合材料還表現(xiàn)出良好的韌性及耐蝕性。

至于陶瓷基復(fù)合材料等超高溫復(fù)合材料，目前已在M88、F119等發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管等靜止件上獲得應(yīng)用。

隨著飛行器向高空、高速、無(wú)人化、智能化、低成本化方向發(fā)展，復(fù)合材料的地位會(huì)越來(lái)越重要。國(guó)外預(yù)計(jì)，在下一代飛機(jī)上，復(fù)合材料將扮演主角，目前采用全復(fù)合材料飛行器的計(jì)劃正處于醞釀之中。