激光增材制造技术在航空制造领域的研究与应用进展

摘要:增材制造是一种实现复杂结构精密“控形”和高性能“控性”相结合的制造方式,在航空航天等高端制造领域具有极大的应用前景。通过以金属构件的选区激光熔化(SLM)和激光熔化沉积(LMD)工艺为代表,阐述这两种技术的发展历程、在民用飞机制造领域的适航研究进展和在航空制造领域的应用案例,并分析了激光增材制造技术在民用飞机制造领域的发展趋势及挑战。

搅拌摩擦增材制造技术研究现状与发展趋势

摘要: 现有的高能束增材制造技术在成形大型高性能金属构件时存在适用材料范围有限、能源利用率低以及成形件各向异性等工艺特点,搅拌摩擦增材制造是近年来发展起来的一项新型固相增材制造技术,其无液态金属熔凝过程的成形特征为铝合金、镁合金等易氧化轻质合金的高性能快速制备提供了新的增材制造途径。文中首先指出现有高性能金属构件增材制造技术应用的局限性,重点介绍搅拌摩擦增材制造技术的工艺原理、性能优势及应用现状。综述了国内外所开展的主要搅拌摩擦增材制造技术现状,包括同轴送料式、预置料式等类别,进而展示了搅拌摩擦增材制造技术在轻质大型结构件增材制造及特征结构添加,梯度材料与涂层制备,缺陷损伤修复及新型复合材料制备等方面的应用潜力。最后,对搅拌摩擦增材制造技术的发展趋势进行了展望。通过文中综述,以期推动该技术在国内航空航天等领域大型轻质材料构件的制备方面实现应用。创新点: (1)为解决现有激光/ 电子束等高能束增材制造技术在轻质材料构件应用方面的局限性,文中对搅拌摩擦增材制造这一新型固相增材制造技术开展调研分析,其无液态金属熔凝的成形特性使得制件不会形成与快速凝固相关的缺陷,如孔隙率、热烈纹、元素偏析、稀释、微细分散氧化物聚集以及高残余应力,具有更高成形效率、更大成形尺寸、更优的力学性能。(2)文中通过对搅拌摩擦增材制造技术的工艺特性与应用现状分析,总结出了该技术在轻质大型结构件增材制造、特征结构添加、梯度材料与涂层制备、缺陷损伤修复及新型复合材料制备等方面具备较大的应用潜力。

树脂基复合材料在民用航空发动机中的应用与关键技术研究进展

摘要:纤维增强树脂基复合材料对于改善航空发动机推重比、燃油经济性及节能环保具有重要意义。本文介绍了树脂基复合材料在民用航空发动机上的应用情况,总结了航空发动机复合材料风扇机匣和风扇叶片面临的挑战与关键技术问题,包括复杂曲面预制体设计技术、复合材料异形结构高精度制备技术、复合材料结构多尺度建模与精细化仿真以及复合材料机匣的包容性设计准则等。结合目前研究热点展望了可应用于航空发动机复合材料结构研制的新思路和新技术。

涉氢环境及其对高温合金的影响:评述——面向航空发动机潜在应用

摘要:随着“双碳”目标的提出,氢作为绿色清洁能源成为未来航空业发展的重要趋势,近年来氢燃料航空发动机备受关注。高温合金是当前燃气涡轮发动机热端部件中应用最广泛的材料,本文综述现有其他领域涉氢环境对合金的影响,为未来氢燃料航空发动机用高温合金研制和应用提供参考。对内/外氢环境的引入、渗(充)氢方法、氢浓度/氢分布特征及氢稳定存在温度的测量、氢对拉伸、蠕变/持久和疲劳性能的影响以及氢脆的断裂机理进行分述,总结不同成分、制备工艺、原始组织状态、合金化程度以及不同应用领域高温合金在涉氢环境下的力学性能退化因素。结果表明,外氢环境下比内氢环境下力学性能下降更快;合金化程度更高的高温合金氢脆更明显,而高温氢环境下合金性能损伤(蠕变/持久、疲劳和拉伸)倾向较室温明显降低。就燃氢涡轮动力用高温合金在涉氢环境下的力学性能评价及适氢环境高温合金的研制进行展望。燃氢涡轮航空发动机可能面临的涉氢工作环境包括:液氢存储的低温氢环境;用于通道冷却的氢环境;经过气体压缩的高温高压氢环境;以及燃烧产物-高温水蒸气(高温潮湿)环境的影响。重点应关注氢在高温合金中的扩散和渗透、高温合金在高压氢环境下的脆性和腐蚀、高温潮湿环境下氧化和腐蚀行为以及上述多重耦合环境下合金和涂层的退化和防护机制。针对燃氢涡轮发动机工作环境,需要搭建近服役条件的高温合金燃氢环境实验装置,开展燃氢环境对高温合金及零部件的影响研究,建立现役叶片和盘件等热端部件关键用材在涉氢环境中的力学性能数据库和相关标准,并在此基础上适时研发适用于燃氢环境使用的高温结构材料,为氢燃料燃气涡轮航空发动机的应用提供支持。

航空航天铝锂合金开发及其研究进展

摘要: 铝锂合金是航空航天领域的关键结构材料,微合金化和形变热处理可实现第二相细小且均匀析出,是制备高强高韧铝锂合金最有潜力的工艺方案。本文介绍了高强变形铝锂合金、铸造铝锂合金、超塑性铝锂合金等航空航天铝锂合金3 个主要研究方向涉及的形变热处理、微合金化、再结晶退火等方面的研究进展,为新一代航空航天铝锂合金开发和应用提供参考。最后提出了我国在航空航天铝锂合金相关研制方面的不足以及未来的重点开发方向。

飞机装配自动钻铆技术研究现状与展望

摘要: 飞机装配中壁板铆接质量直接影响结构强度和疲劳寿命,而自动钻铆技术与装备是保障飞机壁板装配质量和连接可靠性的最主要技术途径。从自动化钻铆系统的组成出发,介绍自动化钻铆技术的最新进展,对比分析国内外代表性自动钻铆设备的现状,详细论述自动化钻铆的关键技术,为国内自动钻铆技术的发展提供参考,最后总结了自动化钻铆技术的发展趋势。

航空氢发动机轴承所面临的挑战及机遇

摘要:氢能作为一种理想的清洁能源,对助力航空工业脱碳有着重要潜力。探讨了航空氢发动机中轴承面临的典型问题,重点分析了氢脆、氢致开裂/剥落、氢鼓泡、应力腐蚀等氢损伤行为对轴承性能的影响,以及临氢/涉氢轴承的材料选择、设计参数、润滑方式和工况适应性等技术挑战。通过对不同轴承抗氢损伤设计的研究结论和技术手段进行对比分析,指出氢分布均匀化、应力均匀化及损伤均匀化是提高航空氢发动机轴承氢环境适应能力与运行稳定性的重要策略,并进一步展望了未来研究的方向以及航空氢能发展所带来的机遇。

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。

低冰粘附防/除冰涂层的技术现状及研究趋势

摘要:结冰是一种常见的自然现象,冰的形成和堆积会给航空航天、舰船交通、电力系统、能源设施等带来许多安全问题。研究防/除冰材料及技术,提升防御结冰灾害的应对能力,对日常生活、工业生产、国防军工等具有重要意义。低冰粘附防/除冰涂层利用材料本身的性能显著降低冰与表面的粘附力,使冰在风力或自重作用下脱离,具有广阔的发展前景。本文首先介绍了冰的形成原理和结冰类型。随后,从纳米、微米等不同尺度总结分析了低冰粘附防/除冰涂层理论模拟方面的研究进展。根据降低冰粘附机制的不同,分别介绍了超疏水涂层、润滑表面涂层、低模量弹性体涂层、应力集中诱发裂纹涂层、低界面韧性涂层等不同类型涂层的除冰机制和制备方法。综述了冰粘附性的评价指标和实验方法,阐述了各种冰粘附强度测试方法的优缺点。最后,展望了低冰粘附防/除冰涂层未来的研究方向。

固体发动机增材制造技术研究进展及应用展望

摘要:近年来金属材料、连续纤维增强复合材料、固体推进剂材料增材制造技术发展迅速,国外已经率先实现了固体发动机增材制造的工程化应用。概述了国内外固体发动机金属件增材制造、复合材料壳体增材制造、复合固体推进剂增材制造技术研究进展,结合增材制造技术优势,提出固体发动机增材制造技术未来应用设想。