软件技术在航空航天中的应用

李芫庆

摘 要 现代社会，可以说是软件的社会，软件在各行各业的发展中起着举足轻重的作用。当然，航空航天这种尖端科技的发展亦需要软件的鼎力相助。本文从软件与飞行员、软件与航空发动机和软件与航天器等三个方面来阐述软件对航天航空所产生的影响。

关键词 软件技术 航空 航天

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A

1软件技术引起的航空航天的变革

在航空航天的早期，飞行器的设计、零件的设计制造都需要手工分析，手工绘图，手工计算，这样的工作量无疑是大的惊人，并且，人工带来的误差也是不可避免的。还有就是，对飞行器的驾驶、操作等也是人为的。这样以来，一方面国家对飞行员的培养需要大量的财力，另一方面对飞行员来说，飞行器的驾驶、操作等也不是容易掌握的。因此，软件的诞生可谓是为航空航天技术带来了巨大的福音。通过使用软件，设计者可以更为轻松地对飞行器进行绘图、流体力学分析、力学分析，而且设计过程中涉及的复杂物理、数学运算也都由软件来完成。这样既减少了不必要的人力财力消耗，也使飞行器的分析设计更加方便简单，并且可以减少不必要的误差、失误，这对航天航空来说可谓是巨大的变革。

2利用软件技术保障飞行员的生命安全

试飞是飞机正式投入运营之前一项必不可少的步骤。在航空航天早期，试飞时，飞行器出现什么突发事件是不可预知且难以避免的。在软件没有应用于航空航天之前，飞机的试飞只能是让飞行员直接上飞机驾驶飞行。这样以来飞行员的性命没有任何的保障，付出的代价是无法估量的。曾经，有多少科学家牺牲在研究、试飞飞机的征途中。软件在航空航天的应用为飞行员带来了福音。在飞行员正式试飞之前，可以使用软件模拟飞机的飞行及出现突发事件时，飞机状态的改变，进而在设计制造的时候将这些因素考虑进去，从而为飞行员的生命提供了保障。导航系统（如中国的北斗、美国的GPS）的出现又为飞行员的生命提供了另一层保障。飞行器控制系统可以通过软件随时地定位飞行器，控制着各个航线，确保飞行员与乘客的生命安全。

天空的寂静和太空的一望无际给飞行员和航天员增加了寂寞、沉重感和无聊感。软件可以改善他们的生活质量，给他们的生活增添乐趣。飞机上的小电视、广播、音乐播放器，背后都有软件技术的默默支持。

3软件技术推动航空发动机的高效设计与制造

在航空发动机研制过程中，结构设计的好坏将直接影响发动机的性能甚至成败。但是，结构设计涉及气动、性能、传热、材料、强度、振动、装配和维修等多方面的知识，是一个复杂的系统工程。随着计算机软、硬件技术的日益进步，计算机辅助设计（CAD）在发动机及其主要零部件的设计中起着越来越重要的作用。在软件没有诞生之前，所有的这些都要靠硬件、手工去完成。航空发动机不同于一般发动机，其构成零件之繁多，设计之复杂，要求我们对其中的每一个方面都需要精确绘图、测量、计算，我们知道，用硬件去编程进而解决我们的需求是极其复杂、麻烦的，并且不灵活，可通用性差，而手工去完成这项工程则需要人们大量的时间和精力。软件的出现为我们解决了这一大难题。使用相应的软件（如 UG、CATIA），我们可以对发动机进行三维建模，对发动机及其零部件进行绘图、设计、计算。通过使用传感器技术和相应的软件技术可以测量发动机工作时的温度，振动情况。我们还可以通过软件来模拟发动机的运行，计算出发动机的热效率、推进效率、总效率、燃油消耗率等性能指标，进而设计制造出更可靠、功耗小、性能更高的发动机。随着软件技术的发展，使用嵌入式技术，软件也可以作为发动机的大脑重要组成部分，支配发动机的运行，使发动机可靠、高效地工作。

4通过软件技术设计、制造并且控制航天器

航天器是人类探测太空，探测地球的重要科学途径。而航天器可以说与软件技术有着千丝万缕的关系。从航天器绘图设计制造、发射再到航天器在太空中正常工作，都是软件在背后支撑着，并且运行在航天器计算机系统中的软件与普通软件不同，其可靠性更高，实时性强（要对外来事件快速反应）。现在的航天器软件分为星上与地面两部分。星上的软件可以导航计算、可以对地面发来的命令进行处理、可以监控航天器可能出现的故障等，而地面软件有图形化的用户界面，可以用来监控、查看航天器的运行状态，并对航天器进行控制，也可以处理存储航天器发来的数据。例如，航天器先从外太空或者地球探测收集信息，然后通过相应的软件去分析处理数据，从而处理掉冗余的数据。而人类也可以给航天器发送指令、信息，控制航天器的行为。一些航天器可以为人类导航，移动设备中常用的百度地图极大地便捷了人们的生活，车内的 GPS 随时定位车体的位置，提供周围环境信息。没有软件，且不说航天器能否拥有今天强大的性能、功能，即使实现这些，那么所需要的代价也是无法估量的。未来，随着软件技术以及人工智能的发展，或许可以实现对航天器的自动一体化管理，无需人类的干预，节省更多的人力财力，进而为社会、国家创造更多的价值。

5软件技术将一如既往推动航天航空事业

航空航天是一项尖端科技，而新兴的软件技术在航天航空中起着不可磨灭的作用。在航空航天的方方面面，几乎都可以见到软件的影子，软件可以说是航空航天技术坚固的基石和有力的推进器，现如今的航空航天技术与软件技术难以分割，两者互惠互利，相得印彰，航空航天技术的发展需要依靠高效稳定的软件，于此同时也推进了软件技术的发展，让其能跟上航空航天技术发展的脚步。当今社会，软件与航空航天共同作用服务于人类，造福于世界，给人们的日常生活带来了很大的便利。我相信，软件技术将继续发挥着它的巨大作用，为国家的航空航天事业做出宏伟贡献，为人类的进步贡献力量，推动人类社会更好更快发展。

参考文献

[1] 王志，黄荣华，王必瑶，卢蓓.基于 CAD/CAM/CFD 的发动机气道研究[J].内燃机工程，2002，23（3）：26-29.