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中國機械工程學會機械工業自動化分會

中國自動化學會制造技術專業委員會

機械與運載工程領域顛覆性技術

2019-01-17 作者:admin

來源:中國機械工程協會

中國工程院機械與運載工程學部按專業劃分為機械工程、船舶與海洋工程、航空宇航科學技術、兵器科學與技術、動力與電氣設備工程與技術、交通運輸工程。這一領域學科眾多,工程技術發展迅速。

在前期文獻研究的基礎上,結合專家訪談方法,研究提出了應當引起關注的機械工程、航空航天、海洋運載裝備及軌道交通領域的顛覆性技術。

1.機械工程領域

典型的顛覆性技術——微機電系統(MEMS)。

MEMS以微納尺度理論為支撐,通過微納制造及工藝,融入微機械、微電子、微光學、微能源、微流動等各種技術,具有微感知、微處理、微控制、微傳輸、微對抗等功能,并通過功能模塊的集成,實現單一或多類用途的綜合性前沿技術。

MEMS 是近年興起的高新技術,具有多學科交叉特征,應用領域廣泛,持續不斷發展對我國保持技術領先優勢意義重大。

另外,在高端數控機床、先進成形裝備、關鍵機械基礎件、3D 打印、機器人等技術領域存在疑似顛覆性技術。

2.航空航天運載領域

根據近期航空航天領域技術發展狀況、基礎學科技術突破情況等,按照能源動力技術、航空器技術、航天器技術三個技術分類篩選出已有和疑似顛覆性技術。

能源動力技術領域包括:垂直起降發動機、超燃沖壓發動機、太陽能飛機、全電飛機。

超燃沖壓發動機技術

高超聲速飛行器“是人類在發明飛機、突破音障、進入太空之后又一項具有跨時代意義的里程碑,是未來航空航天領域的另一發展方向”。高超聲速飛行器在進行超過5Ma飛行時,需要應用超燃沖壓發動機來完成工作。超燃沖壓發動機技術作為高超聲速飛行器技術的核心關鍵技術,將推動吸氣式噴氣發動機的進一步突破。

航空器技術領域包括:超聲速客機、無人智能化、航空母機、超長航時無人機、仿生智能集群技術。

仿生智能集群技術

仿生智能集群技術基于仿生微型飛行器和智能集群技術。研制仿生飛行器,將會突破目前大型航空飛行器設計過程中固化的設計理念和技術限制,微小型飛行器將具備極佳的隱蔽性和在狹小空間的飛行能力。協同集群技術的發展能夠克服單個微型飛行器能力不足的缺陷,將顛覆傳統單一飛行器的作戰模式,產生重大軍事變革。

航天器技術領域包括:可重復使用火箭、大型火箭、星際高速飛行器。

可重復使用航天運載技術

可重復使用航天運載技術基于可重復使用運載器。可重復使用運載器是指能夠在地球表面與太空之間重復往返的多用途飛行器,具有快速、安全、可靠、成本較低的巨大優勢。可重復使用航天運載器技術可改變目前航天運載器發射成本巨大的困境。

3.海洋運載領域

目前可燃冰開采船舶創新技術、船舶動力–無軸輪緣推進系統技術、船舶綠色化的創新與發展技術、海洋數據資源技術等技術領域可能存在疑似顛覆性技術。

吳有生院士指出,世界海洋運載裝備呈現以“綠色船舶技術”為基礎,以“綜合集成”“智能化”“深遠海”為主要發展方向的新趨勢。

適應于深遠海支持和作業的海洋運載工程裝備將成為未來需求的重點。突破性技術包括節能裝置、雙燃料主機、輕量化設計技術。未來值得期待的海洋運載技術還有核動力和深海載人空間站。

綠色海洋運載技術

海洋運載裝備的節能技術始終貫穿于其發展的過程中。目前,綠色船舶技術的發展方向主要包括:

a.綠色船舶的總體技術,包括船舶設計優化、減輕船舶的重量、少/無壓載水船舶;

b.綠色船舶動力技術,也是綠色船舶技術的發展重點,目前較為成熟或正在研發的有關技術包括低轉速長沖程設計技術、降低最大持續運轉功率點油耗技術、氣體燃料技術、風帆油機混合動力技術等;

c.綠色船舶營運技術,包括船舶能效控制和岸電技術。

綜合集成與智能化

隨著海洋運載工程任務需求的不斷增加,海洋運載裝備逐漸向功能綜合集成化、智能化方向發展。集成化包括設備集成化和功能集成化。智能化包含船本身的智能化和船舶與岸上組成網絡的信息智能化。

極地與深遠海運載裝備技術

 

隨著深海科學的不斷發展,深海潛器作業深度不斷增加,日本無人遙控潛航器目前已具備下潛到10 000 m 以上的深海作業能力。美國、英國、俄羅斯等傳統海洋強國都提出了深海空間站的構想。

4.軌道交通領域

軌道交通技術的發展包括以下五個方向。

系統集成及共性技術:包括軌道交通系統綜合安全評估與協同安全保障技術、軌道交通系統全息感知與泛在融合智能化技術、軌道交通系統全局效能評估及綜合效能提升關鍵技術、軌道交通系統解耦與適配技術。

載運工具方面技術:包括高速輪軌交通系統關鍵技術、磁浮交通系統關鍵技術、軌道交通貨運快速化關鍵技術、導向運輸系統模式多樣化技術、基于城軌網絡的城市物資快速轉移載運工具、導向運輸系統新模式及技術探索研究。

基礎設施方面技術:軌道交通線路工程施工與能力保持技術、基于空–天–車–地信息一體化的安全與運營保障技術、基礎設施供電系統。

營運管理方面技術:軌道交通運營與管理信息大數據深度應用、“互聯網+”軌道交通精準服務模式、便捷高速客運、高效快捷貨運、多模式軌道交通運輸組織與協調、智能運維與應急處置。

創新能力方面技術:軌道交通系統安全綜合測試驗證評估平臺、軌道交通系統綜合數據應用服務平臺、軌道交通系統綜合效能研究與評估平臺。

一方面,面對軌道交通強國持續創新的挑戰,我國亟需發展更高速、更經濟、更環保、更安全的下一代高速鐵路裝備技術。

具有智能和自適應能力的高速列車轉向架技術、高鐵“走出去”所需的變軌距技術、新材料的輕量化車體技術、大功率電子變壓器技術、永磁電機及其牽引控制技術、全電制動技術、同相供電技術、節能變壓器技術、裝備狀態監測技術、新材料與新工藝的應用、大容量的無線通信和更加準確的移動閉塞技術、智能化的運輸組織和動態調度技術等,都將是下一代高速鐵路發展的核心技術。

另一方面,軌道交通已從傳統的干線鐵路向多樣化發展,城市軌道交通發展迅猛,新技術不斷涌現。

我國100% 低地板新型城市有軌電車技術應用廣泛,圍繞供電系統的創能、傳能和儲能新技術,燃料電池、超級電容、無線傳能等新技術研究十分活躍。

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