激光增材制造在航天领域的实践与展望

摘要:航天装备大型化、精密化、高性能化的发展趋势使传统加工工艺在航天构件制造方面面临挑战,具有复杂结构一体化成形、高精度成形特性的激光增材制造技术为航天构件的高质量生产提供了新途径。航天领域对极限制造和柔性制造的需求日益增长,激光增材制造的工艺、设备、产线正面临严峻考验。从航天构件典型结构特点入手,阐述了激光增材制造工艺在航天构件高质量制造方面取得的进展。进一步,以航天构件发展需求为导向,介绍了激光选区熔化成形装备和激光熔化沉积装备在航天领域中的发展现状及设计方向。同时,针对航天构件生产中多品种、小批量的特点,探讨了增材制造生产线在提升制造效率、降低成本和提高可靠性方面的最新进展。从激光增材制造工艺、设备和智能生产线三方面入手,系统地介绍并分析了激光增材制造技术在航天领域中的应用现状,并对其发展前景进行了展望,为激光增材制造技术在航天领域中的进一步应用提供了指导,也为该技术在航天制造中的深入发展指明了方向。

航空发动机整体叶盘叶片前倾抛光工序规划

摘要:通过增加前倾角的前倾抛光工艺可降低表面粗糙度。探究前倾角对抛光表面质量的影响规律对提高整体叶盘叶片的抛光效率具有重要意义。通过砂布页轮前倾抛光实验,获得P400~P1200粒度砂布页轮抛光TC4整体叶盘叶片时,用在不同抛光次数、前倾角度下的表面粗糙度。实验结果表明,抛光表面粗糙度随着前倾角的增加呈下降趋势。分析了前倾角变化对抛光表面质量的影响机制,并从多个角度进行探讨。通过量化抛光效率,研究了各粒度砂布页轮抛光效率随前倾角的变化规律,并得到了最佳前倾角度;此基础上进行抛光效率最优的抛光工序规划,并通过抛光实验进行验证。实验结果表明,优化后的抛光工序规划能在较少工序内获得合格的表面粗糙度,验证了抛光工序规划结果的可靠性。该研究为TC4整体叶盘叶片砂布页轮抛光工艺的优化提供了理论依据和实践指导。

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。

航空发动机先进材料发展现状和趋势研究

摘要:飞机性能的每一次飞跃基本都离不开航空发动机技术的贡献,而先进材料的发展是新一代高推重比发动机的技术基础。本文总结了航空发动机先进材料的研究进展,综述了陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料、金属间化合物、高温防护涂层材料、耐高温隐身涂层材料、先进钛合金材料和树脂基复合材料等高温、中低温材料的研究和应用现状,分析了目前存在的问题,结合目前在研航空发动机型号和未来新一代先进航空发动机对材料的需求,阐述了航空发动机先进材料的研究重点。

数字时代的航天系统工程

摘要:航天系统工程方法围绕型号研制总体最优目标,对型号产品研制全过程和涉及的管理要素进行全方位的科学组织管理,是支撑我国航天事业成功的重要法宝。进入数字时代,面对航天强国建设和高质量发展的新要求、新挑战,必需深入研究构建数字时代航天系统工程理论方法体系。在对航天系统工程的形成、发展和基本方法论述的基础上,提出数字时代航天系统工程的概念、特征和总体框架,对其转型变革进行系统分析总结。在新一代信息技术的赋能下,航天系统工程将实现以模型取代文档成为技术状态控制和质量管理的重要载体,以高效的在线协同实现研制和管理效率提升,以数据驱动实现精细化管控和科学决策,组织管理趋向于扁平化、融合化、敏捷化和协同化。在组织管理、使能工具、研制模式、质量管理、决策方式、供应链管理等方面将发生深刻变革。以上理论方法体系的提出,结合航天重大任务探索实践,为型号工程管理水平和科研生产能力提升提供理论方法支撑。

新时期我国民用航空发动机自主发展战略研究

摘要:民用航空发动机是现代工业的科技高地、综合国力的象征,是我国构建“双循环”新发展格局的重要装备领域;我国相关行业起步较晚,正处于加速发展的关键时期,探讨民用航空发动机自主发展战略路径对推动交通强国、制造强国、航空强国建设具有重要价值。本文着眼民用航空发动机高质量自主发展,结合实地调研及深化研讨成果,系统梳理民用航空发动机的国际发展经验,分析我国民用航空发动机发展态势,识别内外部环境变化并洞察市场需求,凝练行业发展面临的迫切问题。针对“双循环”格局下民用航空发动机自主发展的“三步走”目标,论证提出了产业发展路径,即增强国内大循环内生动力和可靠性、提升产业链供应链韧性、形成“双循环”发展格局。研究建议,统筹布局未来绿色动力研发、构建飞发协调机制、加快形成多元支持模式、加强政策引导和支持,促进民用航空发动机产业稳健发展。

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。

直升机声学超材料舱壁的低频多带隙降噪特性

摘 要:针对直升机舱内500 Hz 以下的低频噪声控制难题,在原有直升机舱壁结构基础上引入声学超材料设计范式,提出一类低频多带隙声学超材料结构。该声学超材料结构单元内部包含4 个悬臂梁式共振结构,在各个共振结构的谐振频率处能够打开局域共振完整带隙。首先,建立声学超材料结构单元的有限元动力学模型,算例分析其能带结构特性并揭示多带隙形成机理。其次,开展声学超材料样件安装于小尺寸均匀平直板前后的法向入射传声损失试验与锤击激励振声试验,发现实测的隔声提高区和传递函数幅值衰减区均符合理论预测的带隙频率范围,从而验证了理论模型的正确性。最后,在混响室-全消声室测试环境中开展声学超材料样件附加于大尺寸曲面加筋壁板前后的扩散场入射传声损失试验与激振器激励振声试验,证明即便应用于复杂结构壁板,声学超材料的带隙频段仍然显示出很高的潜力来改善隔声性能和振声行为。研究工作旨在为采用轻薄声学超材料降低直升机舱内噪声提供思路和方法。

航空航天领域轻合金缺陷修复研究现状及发展趋势

摘要:修复与再制造是经先进技术修复后使废旧产品质量达到甚至超过新品的操作。本文总结了熔化类修复方法(激光、电弧、电子束增材修复方法等)和基于搅拌摩擦的固相修复方法的研究进展。对比分析了各种修复方法的可修复缺陷形式、是否可连续送料、修复后样件强度及是否产生新缺陷等问题。以轴向送料的搅拌摩擦沉积技术及侧向送料的摩擦辊压增材制造技术为代表的可连续送料固相修复技术克服了金属构件在熔化类修复过程中易造成组织粗化,产生孔隙、裂纹的技术难题,是航空航天、轨道交通等领域的高强高韧铝合金、轻质镁合金等轻质合金构件修复领域的发展趋势。最后指出可连续送料固相修复技术的研究仍处于起步阶段,开展固相缺陷修复技术的理论研究、开展不同材料的缺陷修复工艺研究及工程化应用、加快相关修复装备的建立是未来亟需研究的重点工作。

等离子旋转雾化制备航空用3D打印金属粉体材料研究

摘要:获得高品质、低成本的球形粉体材料是满足金属3D打印技术及制备高性能金属构件的关键环节。现阶段,快速凝固制粉工艺是制备金属3D打印粉体材料的核心技术之一。快速凝固技术是将金属、合金熔体直接雾化制得球形粉末,或通过高压雾化介质(水或气体)的强烈冲击,或通过离心力使之破碎,高速冷却凝固实现的。