軟件技術(shù)在航空航天中的應用

李芫慶

摘 要 現(xiàn)代社會，可以說是軟件的社會，軟件在各行各業(yè)的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。當然，航空航天這種尖端科技的發(fā)展亦需要軟件的鼎力相助。本文從軟件與飛行員、軟件與航空發(fā)動機和軟件與航天器等三個方面來闡述軟件對航天航空所產(chǎn)生的影響。

關(guān)鍵詞 軟件技術(shù) 航空 航天

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A

1軟件技術(shù)引起的航空航天的變革

在航空航天的早期，飛行器的設(shè)計、零件的設(shè)計制造都需要手工分析，手工繪圖，手工計算，這樣的工作量無疑是大的驚人，并且，人工帶來的誤差也是不可避免的。還有就是，對飛行器的駕駛、操作等也是人為的。這樣以來，一方面國家對飛行員的培養(yǎng)需要大量的財力，另一方面對飛行員來說，飛行器的駕駛、操作等也不是容易掌握的。因此，軟件的誕生可謂是為航空航天技術(shù)帶來了巨大的福音。通過使用軟件，設(shè)計者可以更為輕松地對飛行器進行繪圖、流體力學分析、力學分析，而且設(shè)計過程中涉及的復雜物理、數(shù)學運算也都由軟件來完成。這樣既減少了不必要的人力財力消耗，也使飛行器的分析設(shè)計更加方便簡單，并且可以減少不必要的誤差、失誤，這對航天航空來說可謂是巨大的變革。

2利用軟件技術(shù)保障飛行員的生命安全

試飛是飛機正式投入運營之前一項必不可少的步驟。在航空航天早期，試飛時，飛行器出現(xiàn)什么突發(fā)事件是不可預知且難以避免的。在軟件沒有應用于航空航天之前，飛機的試飛只能是讓飛行員直接上飛機駕駛飛行。這樣以來飛行員的性命沒有任何的保障，付出的代價是無法估量的。曾經(jīng)，有多少科學家犧牲在研究、試飛飛機的征途中。軟件在航空航天的應用為飛行員帶來了福音。在飛行員正式試飛之前，可以使用軟件模擬飛機的飛行及出現(xiàn)突發(fā)事件時，飛機狀態(tài)的改變，進而在設(shè)計制造的時候?qū)⑦@些因素考慮進去，從而為飛行員的生命提供了保障。導航系統(tǒng)（如中國的北斗、美國的GPS）的出現(xiàn)又為飛行員的生命提供了另一層保障。飛行器控制系統(tǒng)可以通過軟件隨時地定位飛行器，控制著各個航線，確保飛行員與乘客的生命安全。

天空的寂靜和太空的一望無際給飛行員和航天員增加了寂寞、沉重感和無聊感。軟件可以改善他們的生活質(zhì)量，給他們的生活增添樂趣。飛機上的小電視、廣播、音樂播放器，背后都有軟件技術(shù)的默默支持。

3軟件技術(shù)推動航空發(fā)動機的高效設(shè)計與制造

在航空發(fā)動機研制過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計的好壞將直接影響發(fā)動機的性能甚至成敗。但是，結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及氣動、性能、傳熱、材料、強度、振動、裝配和維修等多方面的知識，是一個復雜的系統(tǒng)工程。隨著計算機軟、硬件技術(shù)的日益進步，計算機輔助設(shè)計（CAD）在發(fā)動機及其主要零部件的設(shè)計中起著越來越重要的作用。在軟件沒有誕生之前，所有的這些都要靠硬件、手工去完成。航空發(fā)動機不同于一般發(fā)動機，其構(gòu)成零件之繁多，設(shè)計之復雜，要求我們對其中的每一個方面都需要精確繪圖、測量、計算，我們知道，用硬件去編程進而解決我們的需求是極其復雜、麻煩的，并且不靈活，可通用性差，而手工去完成這項工程則需要人們大量的時間和精力。軟件的出現(xiàn)為我們解決了這一大難題。使用相應的軟件（如 UG、CATIA），我們可以對發(fā)動機進行三維建模，對發(fā)動機及其零部件進行繪圖、設(shè)計、計算。通過使用傳感器技術(shù)和相應的軟件技術(shù)可以測量發(fā)動機工作時的溫度，振動情況。我們還可以通過軟件來模擬發(fā)動機的運行，計算出發(fā)動機的熱效率、推進效率、總效率、燃油消耗率等性能指標，進而設(shè)計制造出更可靠、功耗小、性能更高的發(fā)動機。隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，使用嵌入式技術(shù)，軟件也可以作為發(fā)動機的大腦重要組成部分，支配發(fā)動機的運行，使發(fā)動機可靠、高效地工作。

4通過軟件技術(shù)設(shè)計、制造并且控制航天器

航天器是人類探測太空，探測地球的重要科學途徑。而航天器可以說與軟件技術(shù)有著千絲萬縷的關(guān)系。從航天器繪圖設(shè)計制造、發(fā)射再到航天器在太空中正常工作，都是軟件在背后支撐著，并且運行在航天器計算機系統(tǒng)中的軟件與普通軟件不同，其可靠性更高，實時性強（要對外來事件快速反應）?，F(xiàn)在的航天器軟件分為星上與地面兩部分。星上的軟件可以導航計算、可以對地面發(fā)來的命令進行處理、可以監(jiān)控航天器可能出現(xiàn)的故障等，而地面軟件有圖形化的用戶界面，可以用來監(jiān)控、查看航天器的運行狀態(tài)，并對航天器進行控制，也可以處理存儲航天器發(fā)來的數(shù)據(jù)。例如，航天器先從外太空或者地球探測收集信息，然后通過相應的軟件去分析處理數(shù)據(jù)，從而處理掉冗余的數(shù)據(jù)。而人類也可以給航天器發(fā)送指令、信息，控制航天器的行為。一些航天器可以為人類導航，移動設(shè)備中常用的百度地圖極大地便捷了人們的生活，車內(nèi)的 GPS 隨時定位車體的位置，提供周圍環(huán)境信息。沒有軟件，且不說航天器能否擁有今天強大的性能、功能，即使實現(xiàn)這些，那么所需要的代價也是無法估量的。未來，隨著軟件技術(shù)以及人工智能的發(fā)展，或許可以實現(xiàn)對航天器的自動一體化管理，無需人類的干預，節(jié)省更多的人力財力，進而為社會、國家創(chuàng)造更多的價值。

5軟件技術(shù)將一如既往推動航天航空事業(yè)

航空航天是一項尖端科技，而新興的軟件技術(shù)在航天航空中起著不可磨滅的作用。在航空航天的方方面面，幾乎都可以見到軟件的影子，軟件可以說是航空航天技術(shù)堅固的基石和有力的推進器，現(xiàn)如今的航空航天技術(shù)與軟件技術(shù)難以分割，兩者互惠互利，相得印彰，航空航天技術(shù)的發(fā)展需要依靠高效穩(wěn)定的軟件，于此同時也推進了軟件技術(shù)的發(fā)展，讓其能跟上航空航天技術(shù)發(fā)展的腳步。當今社會，軟件與航空航天共同作用服務于人類，造福于世界，給人們的日常生活帶來了很大的便利。我相信，軟件技術(shù)將繼續(xù)發(fā)揮著它的巨大作用，為國家的航空航天事業(yè)做出宏偉貢獻，為人類的進步貢獻力量，推動人類社會更好更快發(fā)展。

參考文獻

[1] 王志，黃榮華，王必瑤，盧蓓.基于 CAD/CAM/CFD 的發(fā)動機氣道研究[J].內(nèi)燃機工程，2002，23（3）：26-29.