太空制造技术的发展与思考

摘要:太空制造技术在深空探测以及未来航天活动中有广泛的应用前景,是各航天大国竞相发展的先进技术。本文从太空制造技术的发展背景及现实意义出发,阐述了太空制造技术内涵及体系构成,在此基础上梳理国内外在轨制造技术和地外天体原位制造技术的研究现状,从在轨制造材料、在轨增材制造、在轨等材制造、在轨连接与修复、在轨装配与检测、地外资源原位提取利用和地外天体设施原位建造等多个方面对太空制造技术发展重点进行了归纳总结,指出相关技术在当前发展过程中遇到的一系列技术挑战,并提炼出其未来的发展趋势。通过国内外太空制造技术发展历程及国内外研究差异性分析,从任务牵引、平台构建、标准制定三个方面给出了我国太空制造技术的发展建议,以期为太空制造技术发展布局提供有益参考。

高温合金GH4169超声喷丸强化表征与热影响分析

摘要: 针对改善高温合金GH4169 表面完整性的问题,对高温合金GH4169 试样进行了超声喷丸和热暴露试验。首先,进行了覆盖率为98%~125%、喷丸强度为0.15 A和0.25 A的超声喷丸试验。然后,对试样分别进行了250、400、550 ℃的1 h 和10 h 的热暴露试验,最后研究了超声喷丸对高温合金GH4169 表面粗糙度、硬度、微观形貌和残余压应力的影响,并分析了热暴露后残余压应力的变化。研究结果表明,经超声喷丸后,高温合金GH4169 表面发生塑性变形,表层硬度显著提高。近表层晶粒细化明显,晶粒尺寸由表层至深度呈梯度分布,并在表层引入残余压应力。当喷丸强度从0.15 A提升至0.25 A时,晶粒细化程度提升了29%。高温合金GH4169 经过高温热暴露后,表层残余压应力发生热松弛,最大松弛速率发生在热暴露初期阶段,之后便趋于稳定,与热暴露时间无关。热暴露温度越高,近表层残余热松弛越剧烈,最大残余压应力深度位置越大。

高速柔性气动减速器关键技术研究进展

摘要:柔性气动减速技术是航天器高速进入地外天体或再入地球大气安全着陆的关键核心技术,随着中国载人航天和深空探测等重大任务的持续推进,航天器更快的进入速度和更重的载荷对于高速柔性气动减速器的需求日益迫切。而高速柔性气动减速器的力学模型兼具强非线性和强耦合特性,且涉及研究领域极广,如需考虑钝性和多孔结构的气动特性、非线性结构动力学、可压缩湍流、结构气动热及其相互耦合等问题。因此,开展高速柔性气动减速器的基础理论和关键技术研究具有极大的难度和复杂性但意义重大。首先对高速柔性气动减速器进行分类;然后分析梳理了高速柔性气动减速技术的技术内涵,并系统地回顾和综述了其关键技术的发展历史和研究进展;最后,对高速柔性气动减速器关键技术的未来发展方向和亟需解决的关键问题进行了总结展望。

气动推力矢量喷管研究近况和发展趋势

摘要:推力矢量技术是未来飞行器特别是高机动飞行器的关键技术,其核心部件是推力矢量喷管。气动推力矢量喷管通过流动控制实现喷管出口气流偏转,具有革命性优势,并可进一步衍生出短距/垂直起降、反推等多种功能以适应更丰富的应用场景。通过数十年的研究,气动推力矢量喷管逐步经历了概念设想、初步探索、机理研究和工程实验等阶段,其技术成熟度不断提高,正朝着初步工程应用发展。着重介绍了近年来具有代表性的国内外研究人员在多种气动推力矢量喷管上的研究成果,探讨了气动推力矢量喷管的发展趋势和未来研究重点,指出需要进一步加强内部流场的机理研究,攻克包含多目标、多学科综合优化和飞行器、发动机与气动推力矢量喷管的整机匹配等在内的关键技术,推进工程应用,以期为气动推力矢量喷管技术的应用提供参考。

极地海冰观测卫星的发展现状与展望

摘要:极地海冰以其对全球气候变化的重要影响,使得准确获取海冰多要素信息成为极区观测的核心任务。卫星是极地海冰监测的主要技术手段,已被国内外广泛应用于极地海冰的观测。阐明当前国内外极地海冰卫星遥感的现状,对于未来极区海冰新遥感传感器的研制具有重要的指导意义。首先梳理了目前国内外具备极地海冰信息获取能力且在轨运行的卫星信息,在此基础上,综述了基于卫星数据在极地海冰观测中的主要应用进展。最后,指出现有全球对地观测体系对极地海冰信息观测的不足,并提出了我国后续极地海冰观测的发展建议。

超润滑薄膜研究进展及在航天领域的应用展望

摘要:固体润滑薄膜以其非挥发性和宽温域适应性,成为空间机构极端环境长效运行的核心保障。近年来,超润滑技术实现从基础研究到宏观尺度的突破,虽未达理论零摩擦,但其在航天领域的技术优势显著。本文聚焦航天领域特殊工况,系统分析过渡金属二硫化物(TMDs)和氢化类金刚石碳(H-DLC)薄膜的超润滑机制,阐明实现宏观尺度超润滑的关键科学问题与技术挑战。TMDs 需满足原子级洁净界面、范德华主导机制及非公度接触三大本征条件,通过超晶格异质界面工程、多层梯度薄膜构筑等创新策略,使MoS2 在宏观尺度下也具备超润滑特性;H-DLC 真空超润滑依赖碳原子氢钝化效应,通过氢含量调控、元素掺杂及多层复合结构设计解决氢脱附引发的失效问题。建议分阶段推进超润滑固体薄膜技术在航天工程中的应用,在技术发展初期阶段,首先选择一次性机构(压紧释放机构、展开机构),逐步拓展至长寿命连续运行机构,通过持续迭代优化,推动超润滑技术成为新一代航天器的核心支撑技术。

激光增材制造在航天领域的实践与展望

摘要:航天装备大型化、精密化、高性能化的发展趋势使传统加工工艺在航天构件制造方面面临挑战,具有复杂结构一体化成形、高精度成形特性的激光增材制造技术为航天构件的高质量生产提供了新途径。航天领域对极限制造和柔性制造的需求日益增长,激光增材制造的工艺、设备、产线正面临严峻考验。从航天构件典型结构特点入手,阐述了激光增材制造工艺在航天构件高质量制造方面取得的进展。进一步,以航天构件发展需求为导向,介绍了激光选区熔化成形装备和激光熔化沉积装备在航天领域中的发展现状及设计方向。同时,针对航天构件生产中多品种、小批量的特点,探讨了增材制造生产线在提升制造效率、降低成本和提高可靠性方面的最新进展。从激光增材制造工艺、设备和智能生产线三方面入手,系统地介绍并分析了激光增材制造技术在航天领域中的应用现状,并对其发展前景进行了展望,为激光增材制造技术在航天领域中的进一步应用提供了指导,也为该技术在航天制造中的深入发展指明了方向。

航天用镍基高温合金粉末床熔融技术研究进展

摘要:采用激光粉末床熔融技术(LPBF)制造镍基高温合金具有较大的生产潜力,在航空航天领域有着广泛的应用,因此这一技术受到了高度关注。近年来,为了更好地了解LPBF-镍基高温合金的性能和使用极限,相关学者对其开展了大量的研究工作。本文基于近年来多项LPBF-镍基高温合金的研究,阐述了该领域的研究目标和重要发现,并列举了LPBF 镍基高温合金在航天工业中的具体应用。总体分析了工艺参数和热处理对镍基高温合金及其复合材料增材构件组织及力学性能的影响,以及LPBF过程中常用的建模方法及研究进展。最后,对LPBF-镍基高温合金的未来发展方向提出了展望。

航空薄壁零件切削加工技术研究进展

摘要:航空薄壁零件的加工精度和效率直接影响飞机的性能和可靠性。本文系统综述了航空薄壁零件切削加工技术,包括夹具技术、加工变形预测与控制方法、颤振预测与控制技术,以及数字孪生技术应用等多个方面。夹具技术详细研究了各种夹具的操作模式、结构特点、功能与应用等方面。变形预测与控制分析了薄壁件加工变形原因,并介绍了相关的控制技术和方法。颤振预测与控制探讨了切削过程稳定性分析技术和颤振控制技术,包括在线监测与识别、主动与被动控制技术和方法。数字孪生技术的应用部分介绍了该技术在薄壁件加工中的实际应用情况。通过对航空薄壁零件加工技术的系统综述,全面深入地介绍了相关内容,可为学者们的研究提供参考与指导。

重型燃气轮机涡轮叶片用定向柱晶/单晶高温合金应用现状

摘要:重型燃气轮机(HDGT)高温涡轮叶片的设计寿命通常达到数万小时,其服役环境呈现高应力、长时热暴露及高盐/高硫等复杂介质诱发的热腐蚀耦合特征。本文系统综述了HDGT 用定向柱晶(DS)与单晶(SC)镍基高温合金的研究现状与发展趋势。首先,明确了工业燃机“高温前级高性能化、低温后级经济化”的分级用材策略,指出其核心设计逻辑已由追求瞬时极限强度转向保障长期组织稳定性。其次,重点探讨了合金成分设计的演变,分析了以降低Re 含量、优化W/Mo 配比及提高Cr 含量为特征的“低Re 设计哲学”,旨在抑制长期服役中拓扑密排(TCP)相的析出并提升环境适应性。随后,针对HDGT 叶片尺寸巨大的特点,梳理了大尺寸叶片制备中由尺度效应引发的热-溶质-应力多场协同失稳问题,以及枝晶偏析对服役性能的“组织继承效应”。最后,阐述了长寿命服役下蠕变、疲劳与环境损伤的多机制耦合演化规律,并重点展望了修复延寿技术在全寿命管理中的工程应用,指出其未来发展的核心:在不破坏原有单晶或定向晶体结构完整性的前提下,实现大尺寸叶片表层防护体系的重建与内部退化组织的高效恢复。突破大尺寸复杂结构叶片的铸造良率瓶颈、提升极端工况下的抗热腐蚀能力是当前面临的核心挑战。未来研究应聚焦于力学-环境性能的协同优化及基于物理机理的寿命预测模型,以支撑下一代高参数燃机的研制。