吸波材料/结构及吸波-承载功能一体化结构研究进展

摘要:随着现代科学技术的迅速发展,电子信息设备的普及极大改善了人们的生活质量,但随之也带来了电磁干扰与电磁辐射等安全问题,尤其是对于国防军工领域,雷达测试技术的改进升级使武器装备的生存力面对巨大威胁。因此迫切需要开发高性能的电磁吸波材料来抑制电磁干扰与辐射,防止信息泄露。本文以吸波材料与吸波结构应用为切入点,对各种吸波材料的电磁波损耗机制进行了系统地整理,同时探讨了吸波结构的主要应用手段,并以此为基础阐述了吸波材料与吸波结构的研究现状与发展趋势,进一步分析了目前研究发展中吸波材料与吸波结构具备的优势与不足,最后提炼出了吸波领域未来需要解决的关键科学问题,针对现今吸波材料与结构功能一体化研究的不足,提出了关于未来研究方向的关键性建议。在此所讨论的方法与提出的策略有望对未来吸波-承载结构创新型设计提供一定的指导。

基于拓扑优化的无人机机翼增材制造接头结构轻量化设计

摘要: 为实现大尺寸无人机机翼接头结构在轻量化、高强度与增材制造可行性之间的多目标协同优化,创新性地提出一种融合自支撑工艺约束的拓扑优化与静力学迭代协同设计方法. 基于选区激光熔化(SLM) 技术特性,采用变密度法(SIMP) 对Al-Mg-Sc-Zr 高强铝合金接头壁板进行拓扑优化,首次引入悬挑角θ≥45°的工艺约束,以应力不超过180 MPa 为强度目标、重量减少60% 为轻量化约束,实现了结构性能与制造可行性的同步优化. 通过有限元分析验证,优化后接头重量降低13.78%,最大等效应力由183.251 MPa 降至175.451 MPa(降幅4.4%),应力分布更趋合理;最大变形量0.079 mm,仍满足0.1 mm 的变形极限. 结果表明,通过结构—工艺协同设计,实现了轻量化与承载性能的同步提升,为无人机承力构件"设计—制造一体化"提供了创新方法与实践依据.创新点: (1) 提出融合自支撑约束的拓扑优化方法,实现结构与工艺协同设计.建立性能与工艺适配策略,通过拓扑优化实现轻量化与应力优化.

新一代航空发动机新结构设计及其对新材料与新工艺需求分析

摘要:随着航空动力技术的不断演进,发动机的结构设计、材料及制造工艺三者协同发展,为发动机性能的提升提供了关键支撑。一代发动机,一代结构设计方法,一代材料与制造工艺。尤其是近年来,伴随着发动机需求的复杂化和多样化,新结构、新材料和新工艺逐渐呈现出跨代创新的发展趋势。系统对比了各代军用涡扇发动机在结构设计、材料应用及制造工艺方面的特点,揭示了新一代航空发动机的3 大核心技术创新方向:在结构设计领域,聚焦高结构效率整体式设计、高推进效率轻质化设计和长寿命高可靠结构设计,深入解析了空心点阵、拓扑优化、微纳仿生、耐高温/隐身/透波一体化多功能结构和变体结构等突破性技术;在材料创新方面,确立了超耐温结构材料、轻质高强材料、隐身材料、智能超材料等关键材料的材料体系,着重分析了这些新型材料在极端服役环境下的性能要求与应用前景;在制造工艺方面,分析了激光加工、增材制造、微纳制造及智能制造等先进制造技术对复杂构件成形和质量控制的革命性影响,构建新一代航空发动机制造技术体系。旨在为航空发动机的未来发展提供前瞻性参考与指导。

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。

智能惯性导航系统:研究动态与未来发展方向

摘要:智能惯性导航系统是一种以惯性导航系统为基础,在系统内的一个或多个技术环节中引入智能算法,在保证惯导自主性优势的前提下提升其导航精度和性能。首先系统梳理了国内外智能惯性导航系统相关的发展现状,对智能惯性导航系统研究动态展开分析;其次总结了器件层面和系统层面的技术发展方向,分析了目前智能惯导技术发展所面临的主要问题,阐述了智能惯导系统研究涉及的关键技术;最后简要给出未来智能惯导系统需关注的研究方向。

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.

太空金属增材制造研究进展

摘要:人类在探索太空的路上不断前行,从太空飞行到登陆火星、月球等地外行星,人类的航天事业取得了巨大成就。与此同时, 建设地外行星基地以及修复与替换空间站和卫星零部件的需求也与日俱增。增材制造技术因其设计与制造的自由度高,在太空中制造领域具有广泛的应用前景。然而,太空中真空、微重力、粒子辐射、冷热温差等极端环境对太空增材制造技术造成了巨大的困难与挑战。目前,大部分太空增材的研究主要集中于非金属材料。介绍了太空金属增材制造技术的种类、实验方法以及制造过程与服役性能面临的挑战, 为太空金属增材制造领域的发展提供参考。

激光增材制造技术发展及在航天领域的应用进展

摘要:增材制造(AM)技术作为近30多年来发展起来的新型数字化制造技术,具有快速制造复杂结构产品、高效利用原材料、可高度优化产品结构及适应个性化小批量生产等优点,非常契合航天装备日益整体化、复杂化、轻量化、结构功能一体化制造需求,为传统航天制造业的转型升级提供了巨大契机。近年来,以金属粉末为原材料、以激光为热源的激光增材制造(LAM)技术已成为AM技术领域最为热门的研究方向之一,其在航天领域的应用范围已从零部件级逐渐发展至整机级,且正在迈向工业化和智能化。本文针对航天领域广泛应用的3类典型轻质高强金属材料(铝合金、钛合金及镍基高温合金)、3类典型结构(大型整体结构、异种金属结构、发动机整机结构),介绍了近年来国内外LAM技术的发展及在航天领域的应用进展,分析了当前存在的问题和不足,并对未来LAM技术潜在研究发展方向进行了展望。