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技术预测:机械与运载工程领域颠覆性技术

本文摘要:中国工程院机械与运载工程学部按专业划分为机械工程、船舶与海洋工程、航空宇航科学技术、武器科学与技术、动力与电气设备工程与技术、交通运输工程。这一领域学科众多,工程技术生长迅速。 在前期文献研究的基础上,联合专家访谈方法,研究提出了应当引起关注的机械工程、航空航天、海洋运载装备及轨道交通领域的颠覆性技术。机械工程领域典型的颠覆性技术——微机电系统(MEMS)。

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中国工程院机械与运载工程学部按专业划分为机械工程、船舶与海洋工程、航空宇航科学技术、武器科学与技术、动力与电气设备工程与技术、交通运输工程。这一领域学科众多,工程技术生长迅速。

在前期文献研究的基础上,联合专家访谈方法,研究提出了应当引起关注的机械工程、航空航天、海洋运载装备及轨道交通领域的颠覆性技术。机械工程领域典型的颠覆性技术——微机电系统(MEMS)。

MEMS以微纳尺度理论为支撑,通过微纳制造及工艺,融入微机械、微电子、微光学、微能源、微流动等种种技术,具有微感知、微处置惩罚、微控制、微传输、微反抗等功效,并通过功效模块的集成,实现单一或多类用途的综合性前沿技术。MEMS 是近年兴起的高新技术,具有多学科交织特征,应用领域广泛,连续不停生长对我国保持技术领先优势意义重大。另外,在高端数控机床、先进成形装备、关键机械基础件、3D 打印、机械人等技术领域存在疑似颠覆性技术。

航空航天运载领域凭据近期航空航天领域技术生长状况、基础学科技术突破情况等,根据能源动力技术、航空器技术、航天器技术三个技术分类筛选出已有和疑似颠覆性技术。能源动力技术领域包罗:垂直起降发念头、超燃冲压发念头、太阳能飞机、全电飞机。超燃冲压发念头技术——高明声速航行器“是人类在发现飞机、突破音障、进入太空之后又一项具有跨时代意义的里程碑,是未来航空航天领域的另一生长偏向”。

高明声速航行器在举行凌驾5Ma航行时,需要应用超燃冲压发念头来完成事情。超燃冲压发念头技术作为高明声速航行器技术的焦点关键技术,将推动吸气式喷气发念头的进一步突破。航空器技术领域包罗:超声速客机、无人智能化、航空母机、超长航时无人机、仿生智能集群技术。

仿生智能集群技术——仿生智能集群技术基于仿生微型航行器和智能集群技术。研制仿生航行器,将会突破现在大型航空航行器设计历程中固化的设计理念和技术限制,微小型航行器将具备极佳的隐蔽性和在狭小空间的航行能力。

协同集群技术的生长能够克服单个微型航行器能力不足的缺陷,将颠覆传统单一航行器的作战模式,发生重雄师事厘革。航天器技术领域包罗:可重复使用火箭、大型火箭、星际高速航行器。可重复使用航天运载技术——可重复使用航天运载技术基于可重复使用运载器。

可重复使用运载器是指能够在地球外貌与太空之间重复往返的多用途航行器,具有快速、宁静、可靠、成本较低的庞大优势。可重复使用航天运载器技术可改变现在航天运载器发射成本庞大的逆境。

海洋运载领域现在可燃冰开采船舶创新技术、船舶动力–无轴轮缘推进系统技术、船舶绿色化的创新与生长技术、海洋数据资源技术等技术领域可能存在疑似颠覆性技术。吴有生院士指出,世界海洋运载装备出现以“绿色船舶技术”为基础,以“综合集成”“智能化”“深远海”为主要生长偏向的新趋势。

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适应于深远海支持和作业的海洋运载工程装备将成为未来需求的重点。突破性技术包罗节能装置、双燃料主机、轻量化设计技术。

未来值得期待的海洋运载技术另有核动力和深海载人空间站。绿色海洋运载技术海洋运载装备的节能技术始终贯串于其生长的历程中。现在,绿色船舶技术的生长偏向主要包罗:①绿色船舶的总体技术,包罗船舶设计优化、减轻船舶的重量、少/无压载水船舶;②绿色船舶动力技术,也是绿色船舶技术的生长重点,现在较为成熟或正在研发的有关技术包罗低转速长冲程设计技术、降低最大连续运转功率点油耗技术、气体燃料技术、风帆油机混淆动力技术等;③绿色船舶营运技术,包罗船舶能效控制和岸电技术。综合集成与智能化随着海洋运载工程任务需求的不停增加,海洋运载装备逐渐向功效综合集成化、智能化偏向生长。

集成化包罗设备集成化和功效集成化。智能化包罗船自己的智能化和船舶与岸上组成网络的信息智能化。极地与深远海运载装备技术随着深海科学的不停生长,深海潜器作业深度不停增加,日本无人遥控潜航器现在已具备下潜到10 000 m 以上的深海作业能力。

美国、英国、俄罗斯等传统海洋强国都提出了深海空间站的构想。轨道交通领域轨道交通技术的生长包罗以下五个偏向。

系统集成及共性技术:包罗轨道交通系统综合宁静评估与协同宁静保障技术、轨道交通系统全息感知与泛在融合智能化技术、轨道交通系统全局效能评估及综合效能提升关键技术、轨道交通系统解耦与适配技术。载运工具方面技术:包罗高速轮轨交通系统关键技术、磁浮交通系统关键技术、轨道交通货运快速化关键技术、导向运输系统模式多样化技术、基于城轨网络的都会物资快速转移载运工具、导向运输系统新模式及技术探索研究。

基础设施方面技术:轨道交通线路工程施工与能力保持技术、基于空–天–车–地信息一体化的宁静与运营保障技术、基础设施供电系统。营运治理方面技术:轨道交通运营与治理信息大数据深度应用、“互联网+”轨道交通精准服务模式、便捷高速客运、高效快捷货运、多模式轨道交通运输组织与协调、智能运维与应急处置。创新能力方面技术:轨道交通系统宁静综合测试验证评估平台、轨道交通系统综合数据应用服务平台、轨道交通系统综合效能研究与评估平台。

一方面,面临轨道交通强国连续创新的挑战,我国亟需生长更高速、更经济、更环保、更宁静的下一代高速铁路装备技术。具有智能和自适应能力的高速列车转向架技术、高铁“走出去”所需的变轨距技术、新质料的轻量化车体技术、大功率电子变压器技术、永磁电机及其牵引控制技术、全电制动技术、同相供电技术、节能变压器技术、装备状态监测技术、新质料与新工艺的应用、大容量的无线通信和越发准确的移动闭塞技术、智能化的运输组织和动态调理技术等,都将是下一代高速铁路生长的焦点技术。另一方面,轨道交通已从传统的干线铁路向多样化生长,都会轨道交通生长迅猛,新技术不停涌现。

我国100% 低地板新型都会有轨电车技术应用广泛,围绕供电系统的创能、传能和储能新技术,燃料电池、超级电容、无线传能等新技术研究十分活跃。✎改编丨宁丽梅改编原文:杨艳明,赵云,邵珠峰,李道春,高增桂,张子龙,沈悦,王林军.机械与运载工程领域颠覆性技术战略研究[J].中国工程科学,2018,20(6):27−33.《中国工程科学》是中国工程院的智库期刊,创刊于1999年,致力于流传中国在工程科技领域的战略研究结果。


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