在未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)中，高技術(shù)武器裝備起著決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的作用，航空裝備作為空中作戰(zhàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，如何適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的要求，是我們必須要解決的重要課題。結(jié)合航空裝備的特點(diǎn)，分析了激光技術(shù)在航空裝備保障過(guò)程中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并探討了其發(fā)展趨勢(shì)。

    隨著航空設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的進(jìn)步，新型結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝在航空裝備制造過(guò)程中被大量采用，航卒裝備保障面臨前所未有的挑戰(zhàn)。激光技術(shù)以其具有良好的李間控制性和時(shí)間控制性，以及特別適合加工高硬度、高熔點(diǎn)或高脆性的材料等特點(diǎn)，受到各個(gè)國(guó)家的廣泛重視。以美國(guó)、德國(guó)、日本為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家向該領(lǐng)域投入了大量的資金和資源，激光技術(shù)迅猛發(fā)展，已經(jīng)在信息領(lǐng)域、制造業(yè)(電子、半導(dǎo)體、機(jī)械、汽車(chē)、飛機(jī)等制造行業(yè))、軍事領(lǐng)域、智能化識(shí)別及醫(yī)療儀器等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。如美國(guó)將激光技術(shù)應(yīng)用于航李裝備制造領(lǐng)域，提高航空裝備質(zhì)量的同時(shí)，縮短了生產(chǎn)周期，節(jié)省了大量的資金，其下一步研究方向已經(jīng)轉(zhuǎn)入航空裝備維修領(lǐng)域。激光技術(shù)將在所有制造領(lǐng)域內(nèi)取代傳統(tǒng)的機(jī)械制造，在航空裝備保障領(lǐng)域發(fā)揮核心作用。

1 激光技術(shù)

1.1 激光技術(shù)的起源及發(fā)展現(xiàn)狀
    20世紀(jì)50年代美國(guó)科學(xué)家湯斯(Townes)及前蘇聯(lián)科學(xué)家普羅克霍洛夫(Prokhomv)等人分別獨(dú)立發(fā)明了一種低噪聲微波放大器，即一種在微波波段的受激輻射放大器(Micmwave amplification by stimulated emission of radiation)，并以其英文的第—個(gè)字母縮寫(xiě)命名為Masero 1958年美國(guó)科學(xué)家湯斯(Townes)和肖洛(Schawlow)提出在一定的條件下，可將這種微波受激輻射放大器的原理推廣到光波波段，制成受激輻射光放大器(Light amplication by stimulate emission of radiation)，縮寫(xiě)為L(zhǎng)aser。1960年7月美國(guó)的梅曼(Maiman)宣布制成了第一臺(tái)紅寶石激光器(Ruby Laser)。
    目前，世界激光器市場(chǎng)可以劃分為三大區(qū)域：美國(guó)(包括北美)占55％，歐洲占22％，日本及太平洋地區(qū)占23％。在世界激光市場(chǎng)上，日本在顯示器、光存儲(chǔ)、光通訊及硬拷貝等方面首屈一指，美國(guó)占第二位；在激光醫(yī)療(medical laser)及激光檢測(cè)方面則是美國(guó)領(lǐng)先；而在激光材料加工設(shè)備方面，德國(guó)做得最好。
    我國(guó)的第一臺(tái)紅寶石激光器于1961年誕生于長(zhǎng)春光機(jī)所，僅落后美國(guó)的貝爾實(shí)驗(yàn)室一年。經(jīng)過(guò)幾十年的努力，我國(guó)在激光器和激光應(yīng)用技術(shù)研究領(lǐng)域取得了許多成就，我國(guó)研制的激光器的功率已經(jīng)達(dá)到并超過(guò)了萬(wàn)瓦級(jí)，但是在激光器的實(shí)際應(yīng)用方面與國(guó)際先進(jìn)水平相比還存在很大差距，主要是由于激光光束質(zhì)量的問(wèn)題，使得目前用于激光制造的大功率激光器只能依賴進(jìn)口回。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)目前從事激光器及激光應(yīng)用設(shè)備生產(chǎn)的單位約500家，其中生產(chǎn)激光音像設(shè)備的就有380多家，其他激光設(shè)備的有150多家，國(guó)家級(jí)的激光工程技術(shù)研究中心有四個(gè)，各種類型的激光加工(laser oem)站有120多家。

1.2 激光制造技術(shù)與激光焊接技術(shù)
    隨著激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、CAD，CAM技術(shù)以及機(jī)械工程技術(shù)的發(fā)展，特別是激光快速原型技術(shù)的發(fā)展，快捷地生產(chǎn)出合格的零部件已經(jīng)成為可能。激光快速原型技術(shù)(RP-Rapid Prototyping Technology)是二十世紀(jì)八十年代后期興起的一項(xiàng)高新技術(shù)，它通過(guò)材料添加方式快速將CAD模型商接轉(zhuǎn)換成實(shí)體模型，而不需要傳統(tǒng)的模具、工具或其他的人工干涉，它集成了機(jī)械工程、CAD，CAM、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)及材料科學(xué)等領(lǐng)域的最新成果，可以自動(dòng)而迅速的將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化為具有一定結(jié)構(gòu)和功能的原型或直接制造零件，從而可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行快速評(píng)價(jià)、修改。以下簡(jiǎn)要介紹兩種先進(jìn)的激光制造技術(shù)。
    激光涂覆(熔覆)制造技術(shù)：激光涂覆是利用一定功率密度的激光束照射被覆金屬表層上的具有某種特殊性能的材料，使之完全熔化，而基體金屬微熔，冷凝后在基材表面形成一個(gè)低稀釋度的包覆層，從而達(dá)到使基材改性的目的。目前。激光涂覆技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段，如已將激光熔覆直接制造技術(shù)應(yīng)用于航空航天重要零件以及新型武器裝備中的高性能特種零件的局部制造與修復(fù)例；激光涂覆快速制造技術(shù)：是近年來(lái)在激光熔覆技術(shù)和快速原型技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)。首先，由CAD產(chǎn)生零件模型，并用分層切片軟件對(duì)其進(jìn)行處理，獲得各截面形狀的信息參數(shù)，作為工作臺(tái)進(jìn)行移動(dòng)的軌跡參數(shù)。工作臺(tái)在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)幾何形體各層截面的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行移動(dòng)的同時(shí)，用激光涂覆的方法將材料進(jìn)行逐層堆積，最終形成具有一定外形的三維實(shí)體零件。
    激光焊接技術(shù)也是激光技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一。激光焊接是將高強(qiáng)度的激光輻射至金屬表面，通過(guò)激光與金屬的相互作用，金屬吸收激光轉(zhuǎn)化為熱能使金屬熔化后冷卻結(jié)晶形成焊接。激光焊接作為一種高質(zhì)量、高精度、低變形、高效率和高速度的焊接方法，隨著高功率CO2和高功率YAG激光器以及光纖傳輸技術(shù)的完善、金屬鉬焊接聚束物鏡等的研制成功，其在機(jī)械制造、航空航天、汽車(chē)工業(yè)、粉末冶金、生物醫(yī)學(xué)、微電子行業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣。

2 航空裝備保障

    當(dāng)前，一場(chǎng)全球性的新軍事變革正受到軍界的普遍重視，有人把這場(chǎng)新軍事變革概括為“三新兩變”，即：研究新作戰(zhàn)思想，研發(fā)新武器裝備，建立新編制體制以及從根本上改變作戰(zhàn)形態(tài)和作戰(zhàn)方式。這場(chǎng)新軍事變革正在對(duì)未來(lái)航空裝備發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響，作為空中作戰(zhàn)物質(zhì)基礎(chǔ)的航空裝備，必須順應(yīng)新軍事變革的潮流，將航空裝備保障的思想貫穿于研究、制造、使用、維護(hù)保養(yǎng)的全過(guò)程，應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)不斷提高航空裝備的性能和質(zhì)量，時(shí)刻保證航空裝備處于完好狀態(tài)，為打贏未來(lái)高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭(zhēng)提供物質(zhì)保障。nextpage
    人類文明進(jìn)步的歷史是與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步緊密聯(lián)系在一起的，許多先進(jìn)制造技術(shù)和工藝、先進(jìn)材料往往是在航空裝備上首先得到應(yīng)用。激光用于直接制造最初是美國(guó)洛斯·阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家基于核武器關(guān)鍵零部件的快速制造提出的，加快了激光技術(shù)向航空裝備領(lǐng)域應(yīng)用的步伐，如美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)室、約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室和MTS系統(tǒng)公司合作，在美國(guó)海軍和陸軍資助下，專門(mén)研究用大功率CO₂激光直接制造鈦合金飛機(jī)大型結(jié)構(gòu)件。
    美國(guó)政府對(duì)激光直接制造技術(shù)非常重視，從許多不同的渠道給予了大量資助，據(jù)統(tǒng)計(jì)，前后共投入2000萬(wàn)美元的研發(fā)基金。MTS公司屬下AeroMat公司已采用激光直接制造F/A-18E/F戰(zhàn)斗機(jī)鈦合金機(jī)翼件，結(jié)果可使生產(chǎn)周期降低75％，生產(chǎn)成本節(jié)約20％，生產(chǎn)400架飛機(jī)即可節(jié)約5000萬(wàn)美元。洛克希德·馬丁公司也在其軍用飛機(jī)制造廠安裝了激光直接制造設(shè)備，以前幾個(gè)月的工作量現(xiàn)在可以在兩周內(nèi)完成，可將傳統(tǒng)方法由幾百個(gè)零部件組成的結(jié)構(gòu)改成單件結(jié)構(gòu)，從而改善了結(jié)構(gòu)完整性，減輕了重量。對(duì)于某些零件或結(jié)構(gòu)件，如果采用傳統(tǒng)方法制造，僅生產(chǎn)專用加工工具就需要1年時(shí)間，鈦合金板材訂貨需要一年半，而采用激光直接制造只需幾十個(gè)小時(shí)。M.Gaumann等利用激光外延生長(zhǎng)技術(shù)(E-LMF)成功地制造出了航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)用的耐高溫鎳基超合金單晶葉片，該技術(shù)同時(shí)可用于單晶葉片的修復(fù)，修復(fù)后的葉片保持完好的單晶性能，而且取向與原葉片部分完全一致。
    航空裝備維修與其他行業(yè)相比，對(duì)工藝技術(shù)要求更高，特別是在維修質(zhì)量和安全可靠性方面。多年來(lái)。傳統(tǒng)的航空維修廣泛采用TIG和MIG焊接技術(shù).特別是航空時(shí)片的維修，但是依然存在許多實(shí)際問(wèn)題。
    例如，對(duì)需要維修的葉片有很多限制和要求，有許多葉片不能采用現(xiàn)有焊接技術(shù)維修，或者在維修過(guò)程中由于變形、開(kāi)裂或熱損傷而造成葉片報(bào)廢，或者由于修復(fù)時(shí)強(qiáng)烈受熱使性能降低導(dǎo)致葉片使用壽命縮短、可靠性下降。而國(guó)際著名的航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司和許多專業(yè)維修公司對(duì)航空葉片維修早已采用激光熔敷技術(shù)，如普惠、GE、羅-羅和MTU等公司。
    將激光焊接技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)損傷搶修，是激光焊接鋁合金成為鋁合金連接的一種重要手段，并在國(guó)際上有許多成功的例子。歐洲空中客車(chē)A340飛機(jī)的制造中，其全部鋁合金內(nèi)隔板均采用激光焊接，大大簡(jiǎn)化了飛機(jī)機(jī)身的制造工藝。在美國(guó)軍方ManTech計(jì)劃中，激光直接制造的研究重點(diǎn)已從制造轉(zhuǎn)向維修，第二階段研究的題目就是“坦克、艦船和飛機(jī)零部件的維修”，其中飛機(jī)零部件維修的參加單位有杰克遜維韋海軍航空基地、切里角海軍航空基地、羅-羅公司和洛克希德·馬丁公司等。

3 激光技術(shù)在航空裝備保障中的應(yīng)用

    隨著激光技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，激光制造技術(shù)將在所有制造領(lǐng)域內(nèi)取代傳統(tǒng)的機(jī)械制造。激光微制造技術(shù)使制造微精密元件成為可能，且視微系統(tǒng)朝著多樣化和智能化方向發(fā)展。目前，激光直接制造技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，專用設(shè)備的功能和性能在不斷提高和完善，激光直接制造各種材料的工藝技術(shù)也得到廣泛和深入的研究，在航空、航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用，這為激光直接制造技術(shù)應(yīng)用于裝備維修奠定了基礎(chǔ)。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
    激光焊接技術(shù)的不斷成熟為航空裝備維修和返場(chǎng)大修提供了新穎獨(dú)特的解決方案，與普通激光熔覆相比，可以預(yù)先對(duì)維修區(qū)的尺寸形狀進(jìn)行檢測(cè)和分析，對(duì)維修路徑進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計(jì)，其焊接過(guò)程自動(dòng)化、熱應(yīng)力小、無(wú)變形，能夠維修呵焊性差的材料，如某些鎳基高溫合金、鋁合金，從而可以獲得更好的成形、表面質(zhì)量和維修性能。該項(xiàng)技術(shù)可廣泛用于各種航空材料，可以使維修更迅速和更可靠地完成?，F(xiàn)代飛機(jī)制造中焊接技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越多，高能柬流焊接技術(shù)工程應(yīng)用趨于成熟。激光加工(laser oem)技術(shù)作為高能束的典型代表，最適合于鈦合金零件的損傷修復(fù)。國(guó)外利用固體YAG激光器進(jìn)行縫焊和點(diǎn)焊，已有很高的水平。日本白上個(gè)世紀(jì)九十年代以來(lái)，在電子行業(yè)的精密焊接方面已實(shí)現(xiàn)了從點(diǎn)焊向激光焊接的轉(zhuǎn)變。
    將激光制造技術(shù)應(yīng)用于航空裝備維修領(lǐng)域是完全可行的，因?yàn)榫S修與制造沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，維修可以看成是集中于表面和局部的制造過(guò)程。
    國(guó)外激光直接制造技術(shù)已趨于成熟，商品化的激光直接制造設(shè)備已進(jìn)入市場(chǎng)，其性能和功能也在不斷完善，這為激光直接制造用于航空裝備維修奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。美國(guó)軍方對(duì)該項(xiàng)技術(shù)在航空維修中的作用和應(yīng)用十分關(guān)注，美國(guó)國(guó)防部研究項(xiàng)目已證明了該項(xiàng)技術(shù)用于航空裝備維修的必要性和可行性。而我國(guó)在將激光技術(shù)用于航空裝備制造、維修方面才剛剛起步，激光制造技術(shù)還不夠成熟，應(yīng)加快激光技術(shù)的發(fā)展及其在航空維修領(lǐng)域的應(yīng)用，同時(shí)應(yīng)結(jié)合航窄裝備質(zhì)量保障的具體特點(diǎn)，開(kāi)展預(yù)研和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，為航宅裝備制造和現(xiàn)場(chǎng)維修創(chuàng)造條件。

4 加快激光技術(shù)在航空裝備中的應(yīng)用

4.1 制定將激光技術(shù)應(yīng)用于航空裝備質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃
    我國(guó)對(duì)將激光技術(shù)應(yīng)用于航空裝備建設(shè)的重要性缺乏足夠的重視，與德國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家形成鮮明對(duì)比。1998年美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)發(fā)布了哈里森計(jì)劃，指出“光技術(shù)將改變整個(gè)世界”，加強(qiáng)學(xué)科交叉，使光技術(shù)成為一個(gè)綜合性學(xué)科，增進(jìn)了美國(guó)的經(jīng)濟(jì)、軍事實(shí)力。我國(guó)有關(guān)部門(mén)應(yīng)提高對(duì)將激光制造技術(shù)應(yīng)用于航空裝備的重要性的認(rèn)識(shí)，為航空裝備質(zhì)量保障的發(fā)展提供技術(shù)支持。

4.2 加大政府對(duì)航空裝備質(zhì)量建設(shè)的資金支持
    美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家向開(kāi)發(fā)激光技術(shù)投入了大量的資金、資源，例如德國(guó)在“LASER 2000”計(jì)劃期間，基金就資助了2.9億歐元(約合人民幣26億元)，平均每個(gè)項(xiàng)目約資助50萬(wàn)歐元。擁有高質(zhì)量、高性能的航空裝備，必須加快激光技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，加大對(duì)航空裝備建設(shè)的資金支持。

4.3 現(xiàn)代激光人才的培養(yǎng)
    現(xiàn)代激光人才必須具有激光制造技術(shù)和激光制造系統(tǒng)的知識(shí)基層，并在相關(guān)方面具有深厚專業(yè)功底，并能針對(duì)現(xiàn)代激光制造中的問(wèn)題開(kāi)展基礎(chǔ)理論的研究。要將激光技術(shù)應(yīng)用于我國(guó)航空裝備保障，首先必須加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)代激光人才的培養(yǎng)。

4.4 加強(qiáng)激光技術(shù)的國(guó)際合作
    德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)在這一領(lǐng)域處于先進(jìn)水平，他們有很多做法和經(jīng)驗(yàn)值得我們學(xué)習(xí)借鑒。中德兩國(guó)在激光加工(laser oem)領(lǐng)域內(nèi)有長(zhǎng)期合作交流的歷史，通過(guò)交流學(xué)習(xí)，有利于加快我國(guó)激光技術(shù)的發(fā)展，有利于加快激光技術(shù)在我國(guó)航空裝備保障中的應(yīng)用。