我国航空航天领域装备研制进展与展望

摘要:航空航天产业是国家战略性新兴产业的典型代表,相关装备发展既依托科技积淀与工业根基,也引领带动整体科技与制造体系的升级。本文梳理了过去10 年我国航空航天领域装备的代表性进展,研判了我国航空航天领域装备的整体格局与发展方向并进一步提出发展举措建议。我国航空航天领域装备研制进展表现在:军用航空的装备跨代升级与体系化探索、民用航空的自主研制与规模化商业运营、航空动力的核心技术攻关与保障能力建设、无人机系统的体系化发展与智能化演进,航天重大工程取得举世瞩目成就、运载火箭能力跃居世界前列、卫星及应用体系达到国际先进水平、商业航天蓬勃发展。我国航空航天领域装备发展方向为:先进飞行器的效能提升与构型多元化,先进动力的高效、低碳与多模式融合,先进机载系统的智联化、电气化与集成化,先进工业技术方面的材料革新、数智制造与软件生态构建,先进使能技术方面的全域感知、泛在互联与人工智能赋能;进出空间航班化、利用空间云网化、探索空间全域化。后续,可在构建数字赋能的正向设计能力、建立柔性高效的现代化智能制造体系、发展韧性强劲的航空航天产业链群、完善适应新业态的监管体系并参与国际标准制定、筑牢工程导向的基础研究等方面采取行动,推动我国航空航天领域装备高质量发展。

飞机起落架用超高强钢应力腐蚀开裂研究进展

摘要:概述了飞机起落架用超高强钢的发展历程,简要介绍了超高强钢应力腐蚀开裂机理和模型,总结了各种应力腐蚀开裂研究手段和氢表征方法及其特点,重点论述了合金成分、微观组织结构、应力和环境等因素对超高强钢应力腐蚀开裂的影响。最后,对该领域今后的研究重点提出了建议。

重复使用液体火箭发动机用材料及工艺研究进展

文摘:系统梳理了国外几种典型的可重复使用液体火箭发动机用材料及工艺情况,着重介绍了氢氧火箭发动机、液氧/煤油火箭发动机、液氧/甲烷发动机等可重复使用液体火箭发动机的推力室、涡轮泵、喷管等关键构件材料选用及成型工艺情况。分析各种液体火箭发动机性能需求及结构特点,探究关键材料及工艺技术发展趋势,对比国内可重复使用液体火箭发动机材料及工艺研究现状,为后续可重复使用液体火箭发动机材料及工艺技术发展方向提供思路。

国内外航天器超黑消杂光涂层的研制现状及产业启示

摘要:在空间光学系统中,具有高吸收性能的超黑涂层是抑制光学杂散光、提高光学系统检测信噪比和成像质量的关键材料,被广泛应用于航天器星敏感器、空间相机等产品。目前国内外常用的消杂光涂层技术有阳极氧化、超黑Ni-P、碳纳米管、黑硅、黑漆等,本文对国内外航天器常用消杂光涂层技术以及研制进展进行系统综述,揭示了国内在高性能超黑涂层的工程应用方面仍与国外存在差距,提出应当进一步促进产学研一体化,推进产品的工程转化应用,同时进一步开展耐空间环境的高性能材料研究的发展思路,为我国航天器消杂光涂层研制及产业发展提供启示。

空间太阳能电站关键材料技术需求展望

摘要:空间太阳能电站( Space solar power station,SSPS)作为可再生空间能源系统,需要基于大型展开结构与控制技术、高效太阳能转化技术、超大功率电力传输与管理技术、远距离无线能量传输技术、在轨组装与维护技术等多种关键技术协同应用进行构建。材料技术作为上述各类关键技术中最基础的技术支撑,也将面临更大的挑战。本文通过分析空间太阳能电站建设难点,阐释了大尺寸桁架、柔性太阳能电池、超大功率导电旋转关节、在轨原位制造等关键技术对轻量化、柔性化、智能化新材料的发展需求。

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。

可持续航空燃料发展战略

摘要:可持续航空燃料(SAF)是航空业在中短期内实现负碳排放目标中最具潜力的新能源解决方案之一。目前,国际民航组织(ICAO)正积极推动可持续航空燃料的发展,美国、欧盟等国家和国际组织也在制定相关技术路线图,并承诺实现发展目标。然而,可持续航空燃料仍处于发展的初期阶段,特别是在发展中国家,面临着多重挑战,包括原材料供应问题、规模化生产难题、航空燃料安全性标准以及可持续性的认证问题,最终导致成品燃料价格较高。因此,针对上述发展困境提出未来SAF战略发展方向,需进一步完善SAF原料和技术加工的供应链建设,基于系统安全思考革新安全性认证标准,完善可持续性认证体系和标准,实现全产业链下协同化发展,并提出了航空发动机视角下加快推进中国SAF产业高质量发展的建议。

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。

基于工程的超声速民机宽速域机翼设计

摘要:超声速民机气动设计除了需要保证超声速的气动性能外,还需满足工程要求的低速特性,特别需关注低速状态俯仰力矩上仰角度、副翼效率特性。采用经试验验证的基于雷诺平均Navier-Stokes方程的计算流体动力学(CFD)数值方法对某典型低声爆超声速民机构型进行了全速域气动特性计算,分析了导致俯仰力矩上仰、副翼效率不足现象的原因,研究了前缘半径、前缘下垂位置、外翼段后掠角等关键参数对高/低速气动特性匹配的影响规律,开展了宽速域翼型、机翼优化设计。经评估,优化方案在马赫数Ma=1. 8 时气动性能良好,升阻比为8. 28;在Ma=0. 3 时俯仰力矩上仰迎角推迟至14°,副翼效率在计算迎角范围内均保持80% 以上。研究提出了一种满足工程需求的宽速域机翼气动设计方案,对于解决超声速民机高/低速气动特性匹配问题具有工程实用价值。

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。