电能航空动力技术发展研究

摘要:电能航空动力技术开启了航空领域新一轮创新与变革热潮,是推进航空业绿色发展、应对全球环境挑战的重要举措。本文系统论述了国内外电动航空器的研究进展,分析了我国电能航空动力技术与国外的差距,明晰了我国电动航空器研制所面临的技术挑战;进一步梳理了电能航空动力四大关键技术:长寿命高能量密度电池技术、高效高功重比电机推进技术、能量综合管理技术和高升阻比气动布局设计技术,分析了各关键技术的产业特征和研究现状,阐明了各关键技术的发展方向和亟待解决的基础技术问题;构建了电能航空动力飞机性能评估模型,分析了电池能量密度、电机功率密度、电机效率和飞机升阻比等关键技术参数对电动航空器性能的影响,评估了电能航空动力技术在轻小型城市空运飞机、区域通勤飞机和小型支线飞机上的工程实用性。研究建议,电能航空动力技术发展应充分利用我国拥有的新能源产业的技术积累和先进工业基础,考虑高能量密度储能电池、高效能推进系统等关键部件的现有性能与未来提升需求,以城市空运、区域通勤、支线飞机为路径制定发展战略规划,逐步拓展电能航空动力技术在民航运输中的应用,助力我国实现碳达峰、碳中和目标。

重型热挤压工艺与装备技术综述

摘要: 重型挤压成形的三向压应力状态, 使其在大规格难变形金属成形同步改性上具有独特的技术优势, 决定着重型挤压产业的竞争力, 是世界强国博弈的重要科技领域。从大规格、高性能难变形金属制件改性成形机理出发, 归纳总结了国内3. 6 万吨垂直挤压机立项以来重型挤压工艺与重型挤压装备技术进展, 包括重型挤压成形工艺技术、低塑性金属挤压成形工艺技术、重型挤压装备技术、典型产品开发与应用等, 分析了各技术现状和需要继续研究的方向, 旨在为关键领域核心制件的极端成形制造自主可控提供技术支撑。

采用磁等离子发动机实现超高温石墨化工艺

摘要:针对市场对高性能碳基新材料的迫切需求,尤其是第四代半导体基材、锂离子电池负极材料、复合材料等对超高密度、超高纯度炭材料的需求,开展中间相炭微球超高温石墨化处理工艺及装备研究。基于深空探测领域应用的磁等离子体动力发动机技术,开展了基于强磁高密度超高温等离子体电磁场耦合加速及调控、大功率分时分级电源启动控制、真空超高温高效率中间相炭微球石墨化工艺制造、高效能稳定连续运作标准化研究。应用磁等离子体动力发动机进行MCMB超高温石墨化处理试验表明:应用超高温等离子体技术进行石墨化处理,可获得石墨化程度较高、微观结构特性优异的碳素材料。基于深空探测领域应用的磁等离子体动力发动机技术,真空下可迅速达到3000℃的高温,十分钟内便可实现毫米级中间相炭微球的高质量石墨化,此种应用在国内尚属首例。实现了中间相炭微球石墨化过程所需的超高温度、高效率和工业智能化控制,制备出具备超高密度、超高纯度的材料,对提升我国新材料工艺制造装备的整体技术水平有重大实际意义。

典型转子发动机散热翅片结构优化设计及仿真研究

摘要:在工作过程中,转子发动机的缸体内部温度高、分布不均匀,易引起热应力、热疲劳等问题,影响发动机使用寿命。为了提高转子发动机工作时的安全性,延长其使用寿命,针对高温区温度过高的主要问题,基于转子发动机换热理论提出了加长翅片、栅格结构、铜铝一体化3 种优化方法。在验证仿真正确性的前提下,使用Fluent 模拟了不同模型的换热过程。仿真结果表明,所提3种方案均能提高转子发动机散热性能,相比于未优化模型,加长翅片模型的表面积提高124.4%,散热效果提升4.9%,栅格模型的表面积提高158.5%,散热效果提升8.3%,铜铝一体化模型在结构和材料的协同作用下,散热能力提升15.2%。试验表明,合理优化翅片结构及材料能够提高转子发动机的散热效果。

锂硫电池凝胶聚合物电解质:合成工艺及先进表征技术

摘要:凝胶聚合物电解质(GPE) 的应用为改善锂硫电池的安全性和抑制穿梭效应提供一种有希望的方案。凝胶聚合物电解质能够改善全固态电解质与双电极之间存在的高界面阻抗所带来的电荷转移受阻、锂沉积不均匀等问题,有效解决容量衰减快、循环稳定性差等缺陷。本文针对锂硫电池中制备凝胶聚合物电解质所采用的原位聚合和非原位聚合两种不同的工艺手段进行介绍,通过阐述不同合成工艺改进凝胶聚合物电解质基底的方法,重点分析不同工艺所带来的“收益”,并介绍了具有实时性和精准性的原位表征仪器在锂硫电池中的应用,指出原位先进表征技术对锂硫电池电极材料设计的指导作用,并供科研工作者开发研究更适宜产业化的凝胶聚合物电解质的合成工艺,展望未来锂硫电池凝胶聚合物电解质合成设计的发展方向。

超超临界电站汽轮机叶片材料及组织性能控制技术

摘要:综述了超超临界汽轮机叶片钢和合金的研究进展和发展现状。叶片材料按使用环境不同,可分为高温叶片和末级大叶片。高温叶片材料,在役600~620℃超超临界电站选用9%~12%系铁素体耐热钢,630℃以上蒸汽参数铁基材料的热稳定性不足,需选用镍基耐热合金,世界首台630℃示范机组选用了80A叶片合金。700℃以上蒸汽参数镍基叶片合金仍处于研发阶段,世界各国的候选材料均为γ’时效强化型镍基合金,我国已开发出W/Mo复合强化的GY200镍基叶片合金。末级大叶片可分为12%Cr马氏体钢、高Cr沉淀强化型不锈钢、钛合金,新一代末级叶片钢2Cr12Ni4Mo3VNbN、B50A789G具有更高的强度韧性匹配,将逐渐替代传统的12%Cr马氏体钢和17-4PH叶片钢,应用于大功率机组。从成分控制、二次重熔、锻造开坯、终锻成型工艺等方面,总结了用量最广的铁素体(马氏体)系叶片钢的成分-组织-性能的关系,以及生产过程的关键控制技术。对叶片钢的发展提出建议与展望,未来10年,对于铁素体(马氏体)系叶片钢,低成本的纯净化冶炼技术、批量化的质量稳定性控制技术是未来主要发展方向,对于700℃镍基叶片合金,国内正在开展材料与产品的设计开发攻关,预计2030年形成技术突破,开发出自主化的叶片合金和产品。

太阳能飞机技术与应用发展研究

摘要:太阳能飞机是一种完全由太阳能驱动的绿色新能源航空器,具有高空长航时飞行、灵活作业和零碳排放等优势,是全球航空航天业重点发展的新兴领域。本文系统调研了国内外太阳能飞机的发展现状,梳理了关键技术图谱与面临的挑战,包括先进气动设计技术、高效低成本太阳能电池技术、高能量密度储能电池技术以及高效宽工况推进技术。在此基础上,基于能量平衡和质量平衡原理,建立了太阳能飞机总体性能仿真模型,预测了各组件重量、可持续飞行高度和载重能力的未来演化趋势。研究表明,太阳能飞机的发展方向以长航时、高空飞行的太阳能无人机为主,在军事侦察、环境监测和中继通信等领域具有重要应用前景。结合技术分析与性能预测结果,论证提出了太阳能飞机近、中、远期的发展目标与重点任务,并从总体思路、技术攻关和体系建设3 个层面提出了促进其持续、稳步、快速发展的发展建议,以期为我国太阳能飞机的领域布局和相关研究提供参考。

板线材弹簧卡箍自动化成形工艺设计

摘要: 针对板线材弹簧卡箍生产过程中自动化水平低、模具结构复杂等问题, 研究了弹簧卡箍的零件特点及成形工艺。设计了弹簧卡箍的冲裁排样和折弯排样工艺, 分析了弹簧卡箍成形的工艺特点和成形设备, 并采用自动间歇送料保证了送料精度,通过级进模冲裁和数控折弯工艺实现了产品的连续自动生产, 结合冲裁切断与多阶段折弯的复合成形工艺确保了折弯精度。在此基础上, 设计了包含冲裁机构和折弯机构的复合成形模具结构。生产试验结果表明, 该弹簧卡箍复合成形工艺不仅提高了生产效率, 还降低了生产成本, 在先进性、可行性和实用性方面具有显著优势, 为该技术的应用推广奠定了坚实的实践基础。