航空发动机及燃气轮机用关键材料的激光增材制造研究进展

摘要:增材制造技术可以突破传统工艺的加工和设计局限,实现高性能复杂结构零件的一体化直接成形,在航空发动机及燃气轮机(两机)领域有着巨大的应用潜力。针对镍基高温合金、钛基合金和高强度钢等3类合金,综述了激光工艺参数、成分改性以及外场作用下的微观组织特点和调控方法;比较分析了室温和高温条件下的典型力学性能特征,以及增材制造合金的工艺参数—微观结构—力学性能映射关系,并总结了上述材料在两机领域关键构件的增材制造应用现状和典型案例;展望了面向两机领域关键构件的新型增材制造技术、微观组织调控技术、专用合金体系以及增材制造过程稳定性研究,进一步推动增材制造技术在两机关键领域的推广和应用。

人工智能辅助空天新材料设计研究进展

摘要:极端的工作服役环境,是新一代航空航天材料面临的巨大挑战。传统的材料设计方法面临效率低、成本高、研发周期长等挑战,已严重制约航空航天材料的发展。空天新材料的研发亟需创新且高效精准的材料研发范式。人工智能(Artificial intelligence,AI)技术,尤其是机器学习和深度学习的迅猛进步,为航空航天材料研发提供了强有力的工具,可显著提升新材料设计效率和性能预测的准确性。本文系统综述了AI在航空航天材料领域的研究进展,首先介绍了AI 辅助的多尺度计算模拟与智能化试验,接着系统性地介绍了代理模型加速的材料优化设计方法和以大模型为核心的新型材料设计流程,并详细探讨了AI技术在合金材料、复合材料及超材料研发中的具体应用案例。最后,总结了AI辅助航空航天材料设计的优势与挑战,并对未来研究方向进行展望。

航空发动机涡轮叶片热障涂层研究现状

摘要:热障涂层是一种可以有效保障航空发动机涡轮叶片正常工作,同时显著提高其工作效率和服役时间的表面防护技术。热障涂层的性能在很大程度上影响叶片的承温和抗腐蚀能力,进而间接影响航空发动机的服役性能。涂层性能主要受其结构和材料2 个方面的影响。介绍了涂层结构的优缺点和研究进展,当前常见的结构形式有双层结构、多层结构和梯度结构;介绍了粘结层材料的研究进展;对陶瓷层材料的研究进展进行了详述,如YSZ 的掺杂改性、A2B2O7 型化合物、钙钛矿结构材料以及近年来兴起的几种高熵陶瓷材料,其中高熵陶瓷材料包括:高熵稀土钽酸盐、铝酸盐、锆/铪酸盐、磷酸盐、硅酸盐以及高熵稀土氧化物,分别从热导率、热膨胀系数、断裂韧性、热循环寿命和抗腐蚀能力等方面对其进行介绍;概述了热障涂层常见的几种失效形式如:TGO 失效、、CMAS 腐蚀以及高温烧结,并且对其发生机理进行简要的介绍;展望了热障涂层未来的发展趋势和方向。

平板热管性能优化及其在航天热控中的应用进展

摘要:平板热管具有传热效率高、均温性好、安全可靠等优点,已成为航天器热控的重要途径之一。吸液芯结构优化是提高平板热管流动传热性能的主要方式。在吸液芯结构设计方面,综述了高性能吸液芯结构设计方法,并分析了宏观-介观-微观多尺度数值模型的选择和应用。在吸液芯表面改性方面,探讨了提高纳米结构机械稳定性、调整传热机制和开展数值模拟研究的重要性。针对太空环境下高辐射和散热困难难题,展望了平板热管在航天器热控中的发展方向。

热障涂层金属粘结层制备与研究进展

摘要:热障涂层是航空发动机和地面燃气轮机提升工作效率、延长服役寿命的关键技术和重要手段。粘结层作为热障涂层系统中的重要组成部分,一方面可缓解陶瓷层和高温合金基体间的热不匹配应力,提高热障涂层系统热稳定性;另一方面,高温下通过生长一层致密且连续的Al2O3层,保护合金基体免受氧化和腐蚀。因此,粘结层性能直接决定了热障涂层系统的服役寿命。本文系统总结了传统粘结层材料、制备方法及其优缺点等方面的研究进展,同时介绍了新型高熵合金粘结层体系,重点关注其成分设计、结构及抗氧化性能等方面的研究现状及不足。最后,对粘结层材料的研究方向进行了展望。

金属增材制造技术在液体火箭发动机推力室制造中的应用与展望

摘要:金属增材制造技术是一种基于离散- 堆积原理的先进制造技术,为液体火箭发动机的设计制造带来了颠覆性的变化。推力室作为液体火箭发动机的核心部件,采用增材制造技术可实现结构的轻量化、集成化设计制造,以及燃烧室等热端部件内流道结构的整体制造,提高产品的性能和可靠性,缩短制造周期、降低制造成本。本文对金属增材制造技术在液体火箭发动机推力室中的应用情况进行了综述,并对未来的技术发展进行了讨论。

机器视觉技术在航空装配中的应用现状与展望

摘要:机器视觉技术凭借其非接触、高精度和自动化的特点,在航空装配中得到了广泛应用。本文从视觉测量、视觉引导和视觉检测3 个方面综述了机器视觉技术在航空装配中的应用现状。视觉测量通过捕捉部件的图像信息实现位姿测量、外形尺寸检测及孔位精度控制,可以提高装配精度、减少装配错误。视觉引导通过图像分析准确判断装配机器人或其他设备的相对位姿,提高自动化程度。视觉检测用于识别装配过程中的错漏装、多余物以及装配损伤等问题,以确保最终产品的质量。在未来的航空装配领域中,视觉技术将结合其他传感器与人工智能技术构建数字化测量系统,进一步提升装配的效率和精度。

太空探索技术公司运载火箭机构技术发展路线分析及启示

摘要:近年来,重复使用运载火箭的高速化发展和航天运输的商业化趋势对运载火箭机构技术的发展提出了迫切需求。美国太空探索技术(SpaceX)公司的机构技术经历了“猎鹰”系列运载火箭和超重-星舰运输系统的演进与验证,已获得了具有重要价值的实证结果。通过剖析SpaceX公司运载火箭机构技术的演化历程、发展路线及未来方向,揭示运载火箭重复使用需求下机构技术发展的关键要素。面向中国运载火箭复用化、商业化的发展,提出面向新功能需求的机构正向设计、面向新性能需求的机构系统优化、面向新产能需求的机构货架建设等的发展路线。

氢能源无人机关键技术研究进展

摘要:氢能源无人机作为新能源动力无人机中最具发展潜力的机型之一,其发展与绿色航空概念以及低空经济场景联系紧密。总结了氢能源无人机发展过程中涉及的关键领域和技术问题,并对相关研究进行了总结和梳理,旨在为氢能源无人机设计提供参考。首先对氢能源无人机的发展历史、技术优势、应用场景和常见机型进行了概述。然后以总体设计技术、结构设计技术、动力系统设计技术以及飞行控制技术4 大技术领域中涉及氢能源无人机的关键问题进行了分类探讨,分析了每个领域中所面临的技术前沿问题和国内外研究人员目前的相关研究。最后结合相关技术进展,对氢能源无人机的发展提出了建议与展望。研究表明,氢能源无人机的发展潜力仍未被完全发掘,需要多学科、多领域共同发力,发挥氢能在无人机增加续航时间、降低机载质量和助力绿色航空发展等方面的关键作用。

复合材料网格加筋结构在飞行器中的应用

摘要:随着航空航天技术的不断进步, 复合材料因其优异的力学性能和轻质特性逐渐成为飞行器设计中的重要材料。复合材料网格加筋结构通过将复合材料与网格状的加筋设计相结合, 有效提升了结构的承载能力和抗变形能力, 满足了飞行器在极端环境下的性能需求。本文探讨了网格加筋结构的基本概念、优势及其在飞行器中的应用。此外, 随着制造技术的进步, 网格加筋结构的设计与制造变得更加灵活和高效, 推动了其在无人机及运载火箭等飞行器中的广泛应用。最后, 本文展望了复合材料网格加筋结构的未来发展方向, 旨在为未来飞行器的设计与应用提供新的思路和参考。