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波音公司高超声速技术专利布局及启示
发布时间:2017/8/14 14:56:25来源:国家知识产权战略网分享到

  【编者按】 作为世界一流的航空航天公司,波音公司先后参与了包括ARRMD、Hyper-X、HyFly、X-51A、HIFiRE等在内的美国大部分高超声速技术研究计划,在美国高超声速技术的发展过程中发挥了举足轻重的作用。此外,作为有代表性的知识产权优势企业,波音公司的专利布局极具特点和延续性,能够从一定程度上反映美国高超声速技术领域的技术发展态势,对我国开展相关研究具有重要的参考价值。本期信息速递简要梳理了波音公司高超声速技术领域专利布局特点,并通过分析其专利技术发展态势,总结其中有益的做法,提出相关建议。

  一、波音公司高超声速技术专利布局特点

  (一)专利申请整体呈上升趋势,尤其是近年来申请量显著上升

  通过汤森路透专利数据库检索发现,截至2016年6月20日,波音公司在高超声速技术领域累计申请专利262件,同族归并后共计131项。其专利申请量整体呈增长趋势,尤其随着近十年间材料技术的发展,大量新材料应用于热防护等重要技术分支,促进了波音公司相关高超声速技术的发展,使相关领域专利申请量显著上升。

  (二)专利布局相对完整,基本涵盖了高超声速主要技术领域

  波音公司在高超声速技术领域的专利布局较为完整,涵盖了材料结构与热防护、发动机、总体、制导控制、气动、试验等六大技术领域,其中,材料结构与热防护领域申请量最多,为60项,占总量的45.8%,主要侧重于热防护材料结构和热防护装置与工艺方面;其次是发动机领域,为22项,占全部专利的16.8%,重点在超燃冲压发动机的进气道设计方面进行了专利布局;总体技术领域21项,占全部专利的16%,主要侧重于级间分离、发射系统、计算机辅助设计方面;制导控制技术领域16项,占12.2%,重点是飞行器控制方面;气动技术领域相对较少,共9项,占6.9%,主要包括流动控制和气动热分析两个方面;试验技术最少,仅3项,占2.3%,主要是实验装置。

  (三)专利布局地域分布广泛,基本涵盖世界主要国家和地区,尤其注重材料结构与热防护技术的全球专利布局

  波音公司高超声速技术领域专利布局地域较广,在美国、欧洲、加拿大、澳大利亚、日本和中国等主要研究国家和地区都有相应的专利布局。在美国国内申请了160件专利,占全部申请量的61.1%,基本涵盖了所有131项同族专利;在欧洲地区重点布局了45件专利,占比17%,主要侧重于材料结构与热防护、发动机和总体技术领域;在加拿大、澳大利亚、日本和中国等国家分别申请了10件左右专利,重点布局材料结构与热防护技术领域;通过世界知识产权组织申请了14件PCT专利,同样侧重于材料结构与工艺方面。

  二、波音公司高超声速专利技术发展态势分析

  (一)动力方案探索研究已基本完成,正逐步转向工程化应用研究阶段

  从波音公司高超声速领域专利技术申请态势来看,其早期专利技术主要侧重于对不同技术方案的探索,随着相关技术领域的不断积累,其发展思路和方向进一步明确。以动力方案为例,波音公司在2001年之前申请的专利涉及脉冲爆震发动机、冲压/涡轮喷气组合发动机、冲压/火箭组合发动机等多种动力方案,而之后的发动机领域专利技术申请则基本围绕超燃冲压发动机及其组合动力方案展开。随着波音公司在高超声速技术领域逐步转入工程化应用阶段,其所申请的专利也逐步转向以工程应用类技术为主,包括动力特性改进(如进气道设计优化)、总体系统优化设计、材料结构与工艺优化、热防护能力强化等方面。

  (二)日益重视新材料技术的应用研究,应用新材料技术解决高超声速相关领域技术难题

  近年来,波音公司非常重视新材料技术的应用研究,不断尝试应用新材料特性解决高超声速相关领域的技术难题。从其专利申请情况来看,波音公司在高超声速技术领域的材料结构与热防护专利70%以上申请于2005年以后。例如US8765230B1(2009年申请)提出,将气凝胶应用于雷达天线罩热防护涂层,实现雷达天线罩对小介电常数、防水和隔热等综合性能要求;US20150353210A1(2013年申请)提出,将形状记忆合金元件应用于隔热瓦间的填缝式热密封组件,实现在复杂环境下小侧向应力的智能化热密封;US20150247712A1(2014年申请)提出,将预定温度烧蚀侵蚀材料应用于被动控制鳍停止装置,实现在某一飞行剖面下的高超声速飞行器自动级间分离等。整体上而言,波音公司自2005年开始在高超声速技术领域就新材料技术的应用方面进行了许多有益的尝试,也取得了较好的效果。

  (三)低成本技术方案和工艺设计逐渐受到重视

  近年来,随着波音公司逐步加强工程化应用技术的研究,其相关专利技术方案也开始倾向于对低成本技术方案的探索,如在发射技术方面,专利US8955791B2(2012年申请)提出了一种四级入轨空天飞行器发射方案,这一方案较其早期专利US4802639A(1986年申请)的两级入轨方案而言,组合体更多,技术也更复杂,但成本相对较低;在结构工艺设计方面,US6676077B1(2000年申请)提出了一种耐高温、易制造装配、低成本和低重量的高超声速空间飞行器翼面装置,通过采用减少所需零部件总数的新结构,简化制造过程,降低制造成本。从近些年来的专利申请情况来看,低成本技术方案设计的专利占比呈逐年上升趋势。

  三、有关启示和建议

  (一)充分借鉴国外相关经验,结合现有技术基础,探索适合自身特色的技术发展路线

  国外高超声速技术领域起步较早,相关研究机构开展了多种技术方案的研究和论证,积累了大量的经验和教训,也产生了大量的专利技术成果,相关专利中凝聚了其技术发展的思路,以动力系统方案为例,波音公司的超燃冲压发动机方案、德国MTU公司的涡轮冲压组合发动机方案,英国佩刀公司的吸气式涡轮/火箭双模态发动机方案等都各具特色,针对其相关技术手段和思路的研究可以丰富和增加我国在相关领域的技术积累。同时,结合我国在相关技术领域发展的实际情况有鉴别的参考和借鉴,有助于进一步明晰我国高超声速技术领域的发展路线,加快我国高超声速技术发展步伐。同时,应适当加强材料结构与工艺等通用基础技术及其工程应用研究,以确保在方案明确之后能够尽快转入工程应用阶段。

  (二)完善高超声速技术专利布局,重点加强材料结构与工艺等通用技术在全球范围内的专利布局

  波音公司等国外企业和研究机构在高超声速技术领域已经构建了较为完善的专利布局,并且尤为重视材料结构与工艺等通用技术在全球的专利布局,占据了相当一部分技术的专利制高点。我国自大力发展高超声速技术以来,形成了一批技术含量高、覆盖范围广的创新技术成果,并申请了大量专利,相关关键技术成果获得了专利保护;但在高超声速技术成果的保护和前瞻性布局方面还存在不足,专利申请数量和布局范围与国外研究机构相比存在一定差距,尤其需要加强材料结构与工艺等通用技术在全球范围内的专利布局,抢占相关技术领域制高点,为我国的高超声速技术成果提供系统、全面和有力的保护。

  (三)加强新材料技术的应用研究,以材料技术带动高超声速技术领域相关瓶颈问题的解决

  在高超声速技术发展过程中,应重点关注新材料技术的发展,并积极引入到高超声速飞行器的相关技术领域。波音公司非常注重新材料新技术在相应高超声速飞行器技术领域的应用研究,其新材料技术在高超声速飞行器热防护等领域的应用经验值得参考借鉴。

  (四)在实现技术目标的同时,注重低成本的方案设计

  高超声速技术领域的发展技术攻关难度大、耗费高,在各主要国家高超声速相关计划发展过程中,因技术难度和成本过高等原因导致计划中断的情况并不鲜见。当前随着发展思路逐步清晰,并向工程化应用阶段过渡,波音公司等注重商业化运行的研究机构在实现技术目标的同时,也日益注重有效降低成本的方案设计。随着我国高超声速技术的不断发展,相应成果必将在军/民航空航天领域得到广泛应用,因此,在进行相关技术方案设计时,应当具有前瞻性地兼顾成本。(中国航天科工集团知识产权研究中心  淦述荣供稿,王蒙、李夜兰审校)

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