航空电磁超材料研究进展及发展建议

摘要:电磁超材料是由亚波长微结构周期排列而成的人工复合材料,对电磁波有很强的传导调控作用或吸收作用,在航空武器装备隐身设计领域被广泛研究。本文首先介绍了电磁超材料的概念,综述了电磁调控型超材料、电磁吸收型超材料、主动可调型超材料和智能超材料的最新研究进展;然后介绍了航空电磁偏折超材料、电磁吸收超材料和频率选择超材料的隐身机理及应用研究现状,分析认为隐身机理丰富和可设计性强是电磁超材料有别于传统吸波材料的主要优势。从拓展吸波频谱、增强吸波性能、吸波智能可调三方面对电磁超材料提出发展建议,包括吸波频谱进一步向红外、激光、紫外波段拓展,宽频吸波性能进一步提升,吸波频带智能可调。

新型超高温热障涂层材料研究进展

摘要:随着航空发动机的更新换代,对热障涂层(TBCs)的性能要求日益严苛。传统陶瓷材料8YSZ 在高温环境下暴露出诸多问题,如烧结、相变及热腐蚀等,亟需新型材料替代。本文系统梳理了热障涂层材料的发展历程,重点综述了多元稀土氧化物掺杂稳定氧化锆、稀土锆酸盐、高熵陶瓷、氧化铪基陶瓷及其他新型陶瓷材料的研究进展,深入讨论了这些材料的高温相稳定性、热导率、热膨胀系数等热物理性能和硬度、断裂韧性等力学性能,并对超高温热障涂层新型陶瓷材料进行了总结与展望。超高温热障涂层材料的研究方法较为传统,其核心稳定机制和性能增强机理研究较少,缺乏系统性的、基于第一性原理计算和机器学习的高通量新材料设计,缺乏“成分- 结构- 性能”的精准构效关系,如何平衡“低热导率”、“高韧性”、“良好抗烧结性”和“相稳定性”这四大关键性能指标,仍是巨大的挑战。

航空航天先进结构材料技术现状及发展趋势

摘要:先进材料技术是航空航天高新装备的发展先导,是支撑现代工业的关键基础技术,渗透到国防建设、国民经济和社会生活等方方面面,已成为世界各国争相发展的技术高地和国防重点。本文梳理分析航空航天先进结构材料近年来的技术现状及发展趋势,在高性能高分子材料及其复合材料、高温与特种金属结构材料、轻质高强金属及其复合材料、先进结构陶瓷及其复合材料四方面进行重点阐释,明确我国航空航天结构材料的研发与生产仍面临着跟踪研仿多、自主创新少、技术封锁严重、技术瓶颈亟待突破等困境。同时,本文对航空航天结构材料未来研究和发展提出展望,点明建立“产-学-研-用”完整技术体系的重要性。

大气等离子喷涂热障涂层界面设计及寿命优化研究进展

摘要:热障涂层是广泛应用在航空发动机和燃气轮机热端部件表面的隔热功能涂层,能够显著提高发动机的工作效率和服役寿命。然而,在服役过程中,热障涂层通常会在界面或近界面区域发生横向裂纹的萌生、扩展及合并,最终导致涂层失效。因此,提升界面及近界面区域的稳定性是延长热障涂层寿命的关键。本文系统性地综述了当前应用于热障涂层界面/表面的处理技术,涵盖喷砂、激光方法构筑界面三维结构以及激光表面重熔等方法。同时,深入分析了界面结构对氧化物生长、界面裂纹萌生与扩展,以及对热障涂层寿命的影响规律,并进行归纳和总结了相关研究成果。这些研究对热障涂层界面结构设计及寿命优化具有重要的指导意义。

细晶制造科学与工程: 理论、应用、发展

摘要: 细晶制造一般指通过各种制造技术与工艺将构件中粗大的宏微结构进行细化,促进细晶组织、化学成分、物理性质和加工性能的空间分布均匀性,减小构件局部形性协同离散超差,提升金属构件整体服役性能。典型粗大组织包括柱状晶、树枝晶、金属间化合物和网状共晶等。细晶制造具有重要科学和工程意义,广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车行业、海洋船舶和基础建设等领域,其关键技术是实现金属细晶结构调控工程化。细晶结构调控工程化的主要方法有细晶凝固和固态变形,前者为重点论述内容。在细晶结构调控工程化的机理/理论或高效细化剂方面,研究工作取得了诸多进展。通过Al 和Mg 金属及合金的铸造实验,众多学者发现凝固细晶调控主要取决于形核颗粒和偏析元素。事实上,细晶凝固研究已涵盖到了Al、Mg、Fe、Ti、Cu、Sn、Zn 和中/高熵合金等金属构件,细晶结构尺寸可调控范围包括: 非晶—纳米晶—亚微米晶—微米晶—亚毫米晶—毫米晶—厘米晶—大单晶。但是,适用于所有金属细晶凝固的共性科学机理/理论尚未完全形成共识。并且,基于现有理论所开发的新型晶粒细化剂效率并不一定都高,这表明当前理论可能忽略了其它未发现的调控因素。基于70 多年来细晶凝固领域科学发展,总结了金属凝固细晶调控的共性科学基础与工程实践研究,阐明了当前主流的铸造金属细晶调控理论的异同,揭示了细晶铸造所需细化剂的本征物化条件,简述了固态形变细晶与缺陷工程化,最后探索了细晶制造在航空航天环形构件研发中的工程化应用。

无人直升机六足式起落架设计与控制算法

摘要:无人直升机在作战、巡逻、反潜、救援、运输中发挥极其重要的作用,但是传统起落架形式对起降环境要求较高.针对复杂地形自适应起落、恶劣海况舰面起降和停放以及应急坠撞高生存力等问题,提出了一种基于多连杆机构设计的无人直升机仿生腿式起落架系统,并完成了控制算法研究和建模仿真.首先从仿生腿数量、分布形式、腿部自由度配置和需要完成的功能等方面对仿生腿式起落架机械构型进行分析,并完成了六足式起落架运动学和动力学分析.然后针对仿生腿式起落架自适应着陆过程,完成着陆缓冲和地形建模算法的研究.最后,基于控制算法搭建虚拟样机仿真模型,完成了多种地形的仿真分析和样机测试.研究结果表明,所设计的仿生腿式起落架结构和控制算法可完成动态自适应着陆,实现着陆过程的平稳缓冲.

超声速民机推进系统发展趋势及难点分析

摘要:未来超声速民机具有客观市场前景,经济性、环保型、舒适性兼备的推进系统研制是其关键。梳理了超声速民机的整体发展情况;对比分析了超声速民机动力系统在低油耗、低噪声、低排放方面与亚声速民机动力系统的设计区别与挑战;剖析了目前涡喷构型、中涵道比涡扇构型、变循环构型发动机在作为超声速民机动力系统的优势及瓶颈;分析了油耗、排放、噪声难以兼顾的内在原理。研究提出了通过提升发动机通流能力来兼顾油耗、噪声、排放三大难题的思路,并从低压涡轮功受限和内涵道通流面积受限两方面剖析了限制目前发动机通流能力的主要原因;还提出了须在变循环发动机气动热力布局原始创新的基础上,发展性能、排放、噪声一体化设计与评估方法,支撑实现未来超声速客机推进系统油耗水平、排放水平、噪声水平同步提升的发展思路,为超声速民机动力系统研制提供参考和支撑。

激光冲击强化机理及其在航空构件上的应用

摘要:航空构件因服役环境恶劣、应力条件复杂等因素,常常发生疲劳断裂,这严重影响了航空发动机的安全可靠性。激光冲击强化技术因其具有在材料表层引入超过1 mm 的微观组织形变层和残余压应力层,并能极大提高材料的力学性能、提升金属零部件的疲劳寿命等特点,自诞生之日起便引起了广泛的关注,在航空发动机零部件的生产和修理中实现了批量化应用并取得了巨大的效益。首先概述了激光冲击强化的基本原理,分析了激光冲击强化对材料力学性能和微观组织演变规律的影响,揭示了激光冲击强化在提升金属零部件残余压应力、硬度、拉伸性能和疲劳性能等力学性能方面的显著优势。材料力学性能的变化和微观组织演变主要得益于激光冲击强化过程中等离子体诱导冲击波的应力效应,并就其微观组织演变过程总结激光冲击强化机制。此外,将深入讨论激光冲击强化在典型航空零部件方面的应用情况,分析总结了不同类型航空结构件的激光冲击强化特点与研究进展,探讨了激光冲击强化技术提升航空发动机系统安全可靠性方面的重要作用,旨在为进一步提升航空部件的综合性能提供理论参考。

航空航天先进复合材料研究现状及发展趋势

摘要:材料支撑了航空航天发展,而新时代建设航空航天强国的新使命对材料提出了新的需求。先进复合材料的高性能轻质化、耐极端环境、多功能智能化等特点极大了促进了航空航天技术更新。文章从复合材料发展现状入手,重点从结构类型及功能类型两方面分别介绍了复合材料研究的热点问题,最后展望了先进复合材料未来的发展趋势与方向。

先进航空发动机核心关键技术

摘要:航空发动机是实现先进战机作战能力全面提升的核心关键,先进战机对航空发动机高性能、高可靠性、长寿命、良好维护性等方面的要求不断提高,给航空发动机技术和产品发展带来了重大挑战。针对先进战机对航空发动机在综合控温、转子结构系统稳健性、全权限数字控制、飞发综合热管理、健康管理、推力矢量、高隐身等7 个方面的核心技术需求,研究分析了实现需求的技术途径和主要关键技术,可为先进航空发动机发展提供技术支撑。