2014年度国外国防制造技术十大动向

2014年，世界各国围绕武器装备提升综合性能、缩短研制周期、降低生命周期成本、提升批生产能力等发展需求，大力推动国防制造技术发展，取得一系列重要进展。北方科技信息研究所联合航天、航空、船舶、电子、核等行业相关单位，通过全面跟踪、系统分析、专家评价，遴选出本年度在武器装备研制生产中取得重大突破或对未来武器装备建设具有潜在影响的10项重大动向。一、军工领域增材制造技术研究应用更加深入2014年，国外军工领域增材制造技术研究应用不断深入，太空制造成为热点。美国国家航空航天局（NASA）宣布，成功将零重力3D打印机安装在国际空间站并成功打印首个物品，标志着太空制造进入新纪元，将有可能从根本上改变人类探索太空的方式。劳伦斯利弗莫尔实验室研究人员在美国国防先期研究计划局（DARPA）的资助下打印出具有纳米尺度复杂微结构的超材料，实现材料微观组织的可控制造。NASA喷气推进实验室采用3D打印技术开发出一些种类梯度合金，并正在开发新型梯度合金装甲等,表明成形材料范围逐步扩展至结构功能一体化材料等。二、电场辅助烧结新工艺呈现巨大军工应用价值2014年初，美国海军制造与维护技术研究所披露了一项具有颠覆性意义的制造技术电场辅助烧结技术（FAST）。美国国防部制造技术规划将这项技术视为生产6马赫以上可重复使用高超声速飞行器所需完全致密大型零件的唯一可行技术，拟开发用于生产火箭和导弹喷嘴的FAST技术，预计可将制造周期缩短75%，每个喷嘴衬套的制造成本从8880美元减少到1385美元，3~5年可实现工业应用。由于可编程直流脉冲电源等核心技术取得重大突破，可实现完全致密耐高温零件的一步整体成形，应用范围极其广泛，且高效节能，将对军工生产带来显著效益。

电场辅助烧结设备

三、美国制造出世界最大地面战车整体锻造铝合金车体2014年10月，美铝公司宣布与美国陆军研究实验室联合制造出两件世界最大的地面战车整体锻造铝合金车体。该车体采用更能吸收爆炸能量的新型铝合金Al7020，通过5万吨锻压机来成形，最终成形车体尺寸为6.1米×2.1米。采用锻压技术成形整体车体，预计其抗弹性能将是传统焊接铝合金车体的2倍，还能通过减重提高战车燃油效率、降低装配复杂性、缩短装配时间等降低战车的全生命周期成本。实际抗弹性能测试成功后将有望用于大型战车，显著提升战车车体的强度和耐久性。四、NASA建成世界最大的搅拌摩擦焊装备2014年9月，NASA宣布世界最大的运载火箭搅拌摩擦焊接装备垂直集成中心（VAC）正式投入使用，用于建造航天发射系统（SLS）第一级箭体结构。VAC高51.8米、宽23.8米，可实现第一级箭体结构的贮箱封头、筒形箱体、箱间段、箱体环箍结构、裙部和发动机段等大型结构件的焊接装配。通过VAC，搅拌摩擦焊可实现焊接结构的高度、直径、厚度、重量均达到前所未有的规模，并在搅拌摩擦焊装备中集成焊缝质量无损检测功能，提高了焊接质量和效率。VAC的成功建造及相关工艺流程的突破，为SLS第一级建造提供了核心工艺装备，是搅拌摩擦焊装备发展的里程碑。五、新型自修复涂层技术显著提升武器装备防护性能2014年1月，荷兰代尔夫特理工大学开发出一种适用于涡轮发动机的自修复热涨涂层系统，在航空发动机上进行了测试；3月，美国海军研究局与霍普金斯大学合作，针对地面车辆在海上运输及存储过程中的腐蚀问题，开发出一种PolyFibroblast粉末自修复涂层技术，可在腐蚀达到金属层之前实现涂层自愈；6月，美国NanoSonic公司将其开发的HybridSil自修复防腐涂层技术应用于舰船及海上飞机的防腐蚀。这些自修复涂层技术实现了武器装备在复杂恶劣环境中的自修复，可保障武器装备性能、延长装备使用寿命、显著降低维护成本。六、DARPA采用微加工方法制造出全球首个太赫兹真空放大器2013年11月，诺格公司在DARPA太赫兹电子学项目支持下，研制出世界首个0.85太赫兹真空放大器。该真空放大器以1厘米行波管为基础，采用等离子反应深槽刻蚀工艺制造出折叠波导慢波结构，电路深宽比达8:1，侧壁的粗糙度为50纳米。微/纳电子工艺首次应用于太赫兹真空器件制造中，将高频结构的加工和测量精度从微米级提升至纳米级，为大幅提升真空电子器件工作频率、实现太赫兹真空器件小型化提供了技术途径，对更高频率真空电子器件的发展和应用具有重大影响。

世界上第一个太赫兹波段的行波光管放大器

七、非热压罐成型技术在航天航空大型复合材料结构件中的应用取得重大突破2014年4月，加拿大庞巴迪集团利尔喷气85公务机实现首飞，它是目前世界上利用复合材料非热压罐成型技术批量制造机身主承力结构件的最大飞机；俄罗斯MS21单通道客机非热压罐成型复合材料试验翼盒成功通过耐久性测试，这是大型客机首次采用非热压罐成型技术制造机翼主承力件。8月，NASA成功完成非热压罐成型的直径5.5米运载火箭复合材料液氢贮箱的性能测试。非热压罐成型工艺在航天航空复合材料构件制造方面取得重大突破，结构件尺寸更大、复杂程度更高，并实现了大型承力构件的批量制造，将促进航空航天复合材料构件制造从热压罐成型向非热压罐成型的变革。

机器人纤维铺放工艺连续成型5.5米贮箱

八、飞机复杂结构装配机器人取得新突破2014年7月，美国波音公司宣布，用于机身自动化装配的机身自动站立装配系统通过技术验证，进入最后测试和生产准备阶段，有望于2015年首先用于777机身装配。欧洲空客公司A380方向舵装配线上首次采用日本川田工业公司生产的双臂仿人机器人，实现了人机协同装配。德国弗劳恩霍夫研究所研发出了一种能够进入机翼的狭窄区域作业的蛇形臂机器人。机器人在飞机超大型结构装配、复杂空间装配方面应用所取得的显著突破，有效解决了装配过程中的刚度、精度、负载等问题，大幅提高了飞机自动化装配水平。这一系列进展表明，飞机复杂结构装配步入智能时代。

钻铆机器人

九、美国武器系统数字化研制新技术进入转化阶段2014年2月，美国国防先期研究计划局（DARPA）公布，实施近4年的自适应载具制造（AVM）计划将进行技术转移，交由国家制造创新网络数字化制造与设计创新机构（DMDII）负责进一步的技术开发和推广工作。AVM计划于2010年启动，投资超过3亿美元，目的是开发全新的数字化设计、验证、制造技术，从根本上变革现有研制方法，缩短研制时间80%以上。该计划在实现基于模型的系统设计/分析/验证等数字化设计技术、可制造型反馈和生产自动配置等数字化制造技术、基于网络的协同平台技术等方面取得了重大突破，已开发出数十种软件工具，搭建了一种全新的研制模式，对美国武器系统研制能力发展具有重要影响。

AVM计划研制的两栖步兵战车动力传动子系统和行动子系统

十、日本成功开发碳化硅核燃料结构材料的工业化生产技术2014年7月，日本东芝公司与电子陶瓷公司宣布，开发成功利用碳化硅纤维增强碳化硅复合材料（碳化硅/碳化硅复合材料）制造核燃料结构材料的工业化生产新技术，制成了核燃料组件外套管。研发团队首先采用专用机加工磨具制造碳化硅纤维，随后用化学气相沉积法和优化的成型设备与工艺，制造了长度超过4米的高精度核燃料组件外套管，成型速率较传统工艺提高了20倍，满足了工业化生产的要求。日本计划2025年在运行的核电站中使用碳化硅/碳化硅复合材料。这种复合材料可代替现有轻水堆用的锆合金，还可用于超高温反应堆和气冷快堆等第四代核电反应堆。核燃料组件外套管

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