玻璃纖維浸透后組成帶狀纏繞直升機(jī)的槳葉大梁。
未來(lái)，大規(guī)模數(shù)字化設(shè)計(jì)以及人工智能的發(fā)展決定即將來(lái)臨的人類史上第四次工業(yè)革命，但是工藝的迅猛發(fā)展，除了帶來(lái)一系列優(yōu)勢(shì)以外，同時(shí)也伴隨著相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。以往工藝上的改革創(chuàng)新，在很大程度上提升了生產(chǎn)效率，讓人類逃離周而復(fù)始的勞作，提升整個(gè)人類文明。但是,當(dāng)工業(yè)史上的每一次創(chuàng)新呈螺旋式上升時(shí)，無(wú)法避免的是每一次源于技術(shù)改革而引發(fā)的環(huán)境污染將越來(lái)越嚴(yán)重,由技術(shù)創(chuàng)新與改革帶來(lái)的后果是不可預(yù)料，包括氣候變暖、大氣污染、海洋和陸地生態(tài)急速惡化等。
當(dāng)前,全球各國(guó)在發(fā)展新的工藝技術(shù)的過(guò)程中應(yīng)該以恢復(fù)生態(tài)為前提進(jìn)行改革與創(chuàng)新。解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵在于，各國(guó)應(yīng)該推廣更環(huán)保的工藝，以此來(lái)降低環(huán)境污染的損失。當(dāng)下，國(guó)際社會(huì)面臨的主要戰(zhàn)略挑戰(zhàn)之一是創(chuàng)造并推廣一種盡可能接近大自然的技術(shù)工業(yè)，并將其引入大規(guī)模生產(chǎn)中。通過(guò)了解俄羅斯直升機(jī)行業(yè)中面向未來(lái)的環(huán)保工藝，來(lái)窺探全球大背景下未來(lái)環(huán)保工藝的發(fā)展趨勢(shì)。
項(xiàng)目發(fā)展
當(dāng)材料行業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)做出了相應(yīng)的改變后，那么在生態(tài)和技術(shù)領(lǐng)域之間將存在相對(duì)平衡的可能性。俄羅斯直升機(jī)公司（以下簡(jiǎn)稱俄直公司）正在這方面努力做出相應(yīng)的改變。
2019年，該公司創(chuàng)新部經(jīng)理安德烈·施比托夫帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)編制了俄直公司《2020年~2025年的創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃》。其中包含13項(xiàng)基本創(chuàng)新方向，包括建立科技儲(chǔ)備、生產(chǎn)工藝創(chuàng)新、國(guó)際合作、與俄羅斯主要高校，生態(tài)學(xué)家進(jìn)行緊密聯(lián)系、在動(dòng)力能源方面進(jìn)行創(chuàng)新等。
這項(xiàng)規(guī)劃總體上涵蓋了100個(gè)在不同領(lǐng)域的項(xiàng)目，其中超過(guò)半數(shù)的工作是為建立科技儲(chǔ)備而存在。
先進(jìn)科研工作的主要方向在于使用并推廣更加有效的增材制造工藝，包括人工智能技術(shù)。這些工作與電氣化系統(tǒng)相聯(lián)系，致力于研制新型“電動(dòng)直升機(jī)”。要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)概念需要研發(fā)混合動(dòng)力裝置，并且從液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)過(guò)渡到電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
俄直公司越來(lái)越重視提升工藝設(shè)計(jì)與研發(fā)方法：模擬仿真，考慮到強(qiáng)度和氣動(dòng)性能將使用更為先進(jìn)的程序與方法學(xué)，數(shù)字化仿型機(jī)等。
技術(shù)人員正在使用3D打印技術(shù)。
推進(jìn)復(fù)合材料工藝與發(fā)展
當(dāng)前，復(fù)合材料儼然成為航空制造業(yè)發(fā)展的重要影響因素。俄羅斯直升機(jī)制造業(yè)對(duì)復(fù)合材料的應(yīng)用也逐步增加，從葉片生產(chǎn)到零件結(jié)構(gòu)，如艙蓋、壁板的復(fù)合材料比重不斷提升，具有高強(qiáng)度耐腐蝕低密度等性能的復(fù)合材料應(yīng)用愈加廣泛。例如，羅斯托夫直升機(jī)制造廠在為全球現(xiàn)役最大的重型直升機(jī)米-26生產(chǎn)旋翼和槳葉時(shí)，槳葉的大梁采用玻璃纖維，在浸透后組成帶狀材料纏繞，使葉片更加可靠，不易腐蝕，此項(xiàng)技術(shù)也在米-35M和米-28NE等直升機(jī)上使用。
聯(lián)合飛機(jī)制造公司在復(fù)合材料研制方面為俄羅斯直升機(jī)制造業(yè)發(fā)展提供了巨大幫助。俄直公司和聯(lián)合飛機(jī)制造公司自2015年9月簽署長(zhǎng)期戰(zhàn)略伙伴協(xié)議以來(lái)，聯(lián)合研制和生產(chǎn)了樹(shù)酯基熱塑性復(fù)合材料。“俄直技術(shù)”公司（俄直公司的子公司之一）是負(fù)責(zé)發(fā)展俄羅斯直升機(jī)未來(lái)技術(shù)的企業(yè)，與聯(lián)合飛機(jī)制造集團(tuán)的“航空復(fù)合材料”公司一起根據(jù)文件開(kāi)展聯(lián)合研究。
俄直公司的另一重要伙伴是“俄羅斯技術(shù)”國(guó)家公司下屬的“RT-化學(xué)復(fù)合材料”公司，其為直升機(jī)制造業(yè)提供了25種產(chǎn)品，包括適用于各種天氣條件的、用于頭部整流罩的石英纖維和玻璃纖維；硅酸異質(zhì)有機(jī)座艙玻璃；機(jī)載高亮度、高對(duì)比度濾光鏡；樹(shù)酯基蜂窩塑料用于制造槳葉；用于制造內(nèi)部設(shè)備和承力機(jī)構(gòu)的玻璃蜂窩塑料。“RT-化學(xué)復(fù)合材料”公司還在聚碳酸酯基礎(chǔ)上研究光學(xué)結(jié)構(gòu)，比普通硅酸鹽玻璃的抗沖擊性提高100倍，比有機(jī)玻璃提高10倍，可以在航空及其他領(lǐng)域應(yīng)用。
復(fù)合材料在航空領(lǐng)域應(yīng)用擴(kuò)大的趨勢(shì)是因?yàn)槠涮赜械男阅軆?yōu)勢(shì)，其顯著的低密度特點(diǎn)可在不增加重量的情況下提高氣動(dòng)或經(jīng)濟(jì)性能，并制成具有合適物理性能的任意形式零件。盡管復(fù)合材料價(jià)格昂貴、生產(chǎn)復(fù)雜，但是由于現(xiàn)代化加工設(shè)備的引入，勞動(dòng)生產(chǎn)率極大提高，采用大量的復(fù)合材料部件仍經(jīng)濟(jì)可行。
3D打印的控制桿模型。
增材制造技術(shù)
直升機(jī)制造業(yè)是現(xiàn)代化工業(yè)之一，本世紀(jì)開(kāi)始面臨技術(shù)革新，其中最有潛力的便是3D打印技術(shù)，該技術(shù)大大簡(jiǎn)化了零部件的模型制備工作，為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的快速制造提供了前提。
如今，各大公司根據(jù)兩個(gè)主要方向來(lái)發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)。首先明確，增材制造技術(shù)的作用在于提高生產(chǎn)效率，替代老舊工藝，例如，鑄造。而該項(xiàng)技術(shù)可以提升制造單獨(dú)的連接件和組件的生產(chǎn)效率，同時(shí)減少人工勞作以及污染環(huán)境的可能性。
俄直公司的3D打印技術(shù)不僅能重組零件，還能減輕其重量，減少制造周期。在未來(lái)，該公司致力于減少研發(fā)該項(xiàng)技術(shù)的成本。
在該項(xiàng)工藝的幫助下重組零件意味著對(duì)零件進(jìn)行重新加工與重新架構(gòu)。該公司設(shè)計(jì)師們?cè)诓粩鄬で蠊に囃黄频倪^(guò)程中力求以保護(hù)環(huán)境為前提，進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)。
通過(guò)3D打印技術(shù)對(duì)零組件以及附件進(jìn)行重組，最終可以采用環(huán)保材料與結(jié)構(gòu)，例如，多孔材料、輕型材料、高強(qiáng)度多孔骨組織結(jié)構(gòu)等。
如今，通過(guò)使用仿生設(shè)計(jì)能夠優(yōu)化特定載荷的零組件，使其表面、形狀和結(jié)構(gòu)達(dá)到最佳狀態(tài)。這樣的設(shè)計(jì)會(huì)形成一種獨(dú)特的外觀，在很多方面最后呈現(xiàn)出類似大自然的天然創(chuàng)造。仿生的過(guò)程并不是盲目的，而是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算和數(shù)次試驗(yàn)最終得出相應(yīng)結(jié)果。
在3D打印技術(shù)和仿生設(shè)計(jì)的幫助下制造零組件不是最終目的，最終目的是使得大自然與人類行為之間達(dá)到平衡，保持健康的設(shè)計(jì)理念與思想，形成生態(tài)平衡。
當(dāng)一位設(shè)計(jì)師在研究某個(gè)零件的制造方法時(shí)，他會(huì)考慮不同的制造工藝：鑄造、沖壓模鍛、機(jī)械加工、不同材料，并且思考不同生產(chǎn)之間的消耗。根據(jù)以上全套的工程分析得出解決方案，從而選擇最優(yōu)化和最有效的工藝方法。
如今俄直公司已經(jīng)漸漸使用增材制造技術(shù)來(lái)完成零件批產(chǎn)。俄直公司預(yù)測(cè)未來(lái)使用增材制造技術(shù)的零件數(shù)量將成倍增長(zhǎng)。
目前俄直公司的3D打印技術(shù)已經(jīng)可以成功用于制造非承力部件：通風(fēng)系統(tǒng)部件、內(nèi)部裝飾設(shè)備、多媒體系統(tǒng)的固定裝置等。米里直升機(jī)廠擁有最早應(yīng)用3D打印技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，用該方法制造了米-38直升機(jī)控制桿模型，快速高效地建立了符合人機(jī)工程學(xué)的外形。
在采用3D技術(shù)的特點(diǎn)之一是從3D模型的研制到產(chǎn)品檢測(cè)的所有工藝序列與數(shù)字化有關(guān)，所有過(guò)程都在包含數(shù)控設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)上進(jìn)行，數(shù)據(jù)資料自動(dòng)傳輸。俄直公司正在嘗試通過(guò)發(fā)展數(shù)字化生產(chǎn)的概念，引入數(shù)字技術(shù)的新方式，使生產(chǎn)能力達(dá)到世界水平。預(yù)計(jì)在最近10~15年內(nèi)在直升機(jī)制造業(yè)零部件市場(chǎng)的增材制造方面具有廣闊的前景，未來(lái)或?qū)⒂糜谥圃鞕C(jī)體、旋翼的承力部件。
2019年俄直公司計(jì)劃通過(guò)3D打印技術(shù)來(lái)完成近30個(gè)零件的重組任務(wù)，并且計(jì)劃在2021年將這些材料用于批產(chǎn)。第一階段總共包括80個(gè)零件。當(dāng)前制造這些零件的工藝包括鑄造、沖壓模鍛以及機(jī)械加工。未來(lái)，它們的制造方法將通過(guò)一系列試驗(yàn)逐漸轉(zhuǎn)換為通過(guò)3D打印技術(shù)來(lái)進(jìn)行制造。
至于直升機(jī)結(jié)構(gòu)以及各附件系統(tǒng)的關(guān)鍵承力部件，到2020年末，俄直公司將決定是否準(zhǔn)備在批產(chǎn)直升機(jī)上安裝這些部件。
將從所有現(xiàn)有制造技術(shù)的角度對(duì)每個(gè)部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，并且對(duì)其進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。在此之后，作為測(cè)試的一部分，將有必要確認(rèn)使用增材制造技術(shù)生產(chǎn)的零部件在其性能上與被替換的類似零部件是否等同于或者具備更優(yōu)秀的性能。只有通過(guò)以上分析，才能在批產(chǎn)直升機(jī)上使用新的零部件。
電動(dòng)技術(shù)
在不久的將來(lái)，混合動(dòng)力裝置可能成為一系列無(wú)人機(jī)和最大起飛重量約為2噸的輕型直升機(jī)的一部分，但是針對(duì)重型飛行器，電動(dòng)技術(shù)將會(huì)是一項(xiàng)中長(zhǎng)期需要解決的問(wèn)題。
專家預(yù)計(jì)，對(duì)于重達(dá)200千克的輕型無(wú)人機(jī)，電動(dòng)技術(shù)將從根本上解決所有問(wèn)題。在大約5年的時(shí)間內(nèi)，可以建立針對(duì)起飛重量約為2噸的配備混合動(dòng)力裝置商用輕型飛行器的批產(chǎn)鏈。在此之前，需要解決相應(yīng)的飛行安全、經(jīng)濟(jì)效益以及針對(duì)取證的相關(guān)研制問(wèn)題。
值得注意的是，當(dāng)今世界中已經(jīng)研制出一批樣機(jī)、輕型直升機(jī)，它們使用了電動(dòng)或者混合動(dòng)力裝置。配備該類裝置需要達(dá)到兩個(gè)目的，首先需要研制出高效的電動(dòng)機(jī)和電池。配備混合動(dòng)力裝置的飛行器，其電動(dòng)部附件所具備的獨(dú)立參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)能夠允許制造出其他相應(yīng)的樣機(jī)。盡管如此，但是與其他現(xiàn)有飛行器相比，這些配備混合動(dòng)力裝置或者電動(dòng)裝置的樣機(jī)仍然不具備競(jìng)爭(zhēng)力，因?yàn)槿狈θ∽C基礎(chǔ)以及缺乏對(duì)該類飛行器經(jīng)濟(jì)效益和飛行安全性的準(zhǔn)確理解與評(píng)估。
未來(lái)直升機(jī)俄直公司的專家們一直致力于研究新型直升機(jī)的工作。力求打破常規(guī)設(shè)計(jì)方案，其討論與分析的結(jié)果在未來(lái)將應(yīng)用于具體的設(shè)計(jì)方案中。日前，俄直公司正在編制一款未來(lái)商用直升機(jī)的設(shè)計(jì)方案。而該款新型未來(lái)商用直升機(jī)將采用增材制造技術(shù)、新的裝配工藝、采用新型復(fù)合材料、現(xiàn)代化旋翼翼型、先進(jìn)的旋翼槳轂構(gòu)型。
現(xiàn)在該項(xiàng)目還處于最早的設(shè)計(jì)階段，專家們正在對(duì)其未來(lái)市場(chǎng)狀況進(jìn)行分析，已經(jīng)研制出多種設(shè)計(jì)方案。
這個(gè)新的項(xiàng)目將會(huì)聯(lián)結(jié)俄羅斯著名的直升機(jī)設(shè)計(jì)與制造廠，包括米里莫斯科直升機(jī)廠，卡莫夫和喀山直升機(jī)廠等。該項(xiàng)目將會(huì)在民用范圍的框架下進(jìn)行一系列研發(fā)工作，最終將會(huì)研制出一款先進(jìn)的高速直升機(jī)。
人工智能
在軍事技術(shù)中，長(zhǎng)期以來(lái)一直有系統(tǒng)幫助操作員確定目標(biāo)優(yōu)先次序，控制武器系統(tǒng)和執(zhí)行其他特定功能。民用飛行器系統(tǒng)也能夠承擔(dān)多種功能，在某些情況下協(xié)助飛行員，甚至可以取消他們的參與。
針對(duì)飛行器的機(jī)載人工智能系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)處于研發(fā)過(guò)程中。那么一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題在于，它的實(shí)施力度有多大？如何更加廣泛深入地使用人工智能系統(tǒng)來(lái)代替飛行員行為？這是個(gè)值得思考的問(wèn)題，也是亟待解決的問(wèn)題。
然而，甚至是在世界上最先進(jìn)的無(wú)人飛行器都不能完全說(shuō)是無(wú)人駕駛的。它們?nèi)匀恍枰孛娌僮鲉T進(jìn)行微調(diào)，只有在特定的飛行階段才會(huì)是自動(dòng)駕駛狀態(tài)。
大家所談?wù)摰耐耆卣飨碌?ldquo;人工智能”，指的是具備完全不需要人為參與任務(wù)執(zhí)行的能力。當(dāng)一個(gè)人設(shè)置一個(gè)目標(biāo)后，該型飛行器獨(dú)立下達(dá)所有命令，完成所有決定并且選擇最優(yōu)方式達(dá)到目標(biāo)指令。
當(dāng)前,越來(lái)越多公司致力于研制傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)、四軸飛行器以及其他新構(gòu)型飛行器。隨著新技術(shù)、新材料、新工藝的研發(fā)，使得各大航空企業(yè)有更多機(jī)會(huì)對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新，針對(duì)傳統(tǒng)的、共軸布局的直升機(jī)，各大航空企業(yè)對(duì)其裝配、旋翼系統(tǒng)也進(jìn)行改型設(shè)計(jì)。
未來(lái)，整片蔚藍(lán)天空將隨處可見(jiàn)各類有人/無(wú)人飛行器，包括執(zhí)行客運(yùn)、貨運(yùn)等任務(wù)用途。當(dāng)下，不僅是俄羅斯航空企業(yè)，全世界的航空企業(yè)又一重要任務(wù)是研制出城市空中運(yùn)輸系統(tǒng)的飛行器。（宋燁 編譯）
