无人机产业高质量发展战略研究

摘要:我国已将发展低空经济上升为国家战略,无人机产业是低空经济新质生产力的重要构成。推进无人机产业高质量发展,是培育先进智能制造业、实现低空生产活动提质增效的重要途径,将成为拉动低空经济增长的关键支撑。本文阐述了无人机产业发展对经济社会转型、国防安全建设等带来的深刻影响与变革,剖析了无人机产业所涉及的技术突破转化、场景市场培育、低空空域治理、资源设施配置、安全监管服务、政策法规建设等发展要素以及面临的主要问题与挑战;提出了统筹无人机全产业链体系布局、加速应用场景与关键技术创新、探索低空空域治理新模式、加强低空基础资源配置、构筑全产业链监管服务体系等对策措施,前瞻了无人机产业的信息传输网络化、飞行空间数字化、运营控制智能化、行业应用服务化等新阶段的发展特点,以期为管理部门、企业等推进无人机产业高质量发展提供理论指引和应用支撑。

航空发动机叶片精密加工工艺及装备

摘要:叶片作为实现航空发动机性能的关键零部件,具有薄壁异形结构复杂、材料难加工、加工精度与表面质量要求高等典型特点,如何实现叶片的精密高效加工是目前航空发动机制造领域的重大挑战。通过对影响叶片加工精度关键因素的分析,全面总结了叶片精密加工工艺及装备的究现状,并对航空发动机叶片加工技术的发展趋势做了展望。

航空发动机单晶高温合金涡轮转子叶片增材修复技术研究进展

摘要:单晶高温合金涡轮转子叶片是航空发动机的核心热端部件之一,对航空发动机的推力和性能具有决定作用,其服役损伤增材修复技术是航空装备特种加工领域最具挑战的工作之一。本文系统梳理了航空发动机单晶高温合金涡轮转子叶片的增材修复工艺方法及其应用进展;针对单晶合金增材修复中易产生的热裂纹缺陷问题,从热裂纹形成机理、关键影响因素和控制措施等角度进行了归纳;总结了单晶合金增材修复组织及性能的研究进展。在此基础上,展望了单晶高温合金涡轮转子叶片增材修复的未来发展方向,指出单晶合金修复专用合金材料成分设计、新工艺开发和基于深度学习的多目标协同优化是此领域未来的重要研究方向。

3D打印技术发展趋势及其在商业航天上的应用

摘要:3D 打印技术具有对结构件复杂程度不敏感的特点,可实现轻量化、一体化、个性化产品的快速制造,已从原型制造逐渐向实际应用拓展,涉及航空航天、医疗、交通、电子等领域。由于金属3D 打印在航空航天领域有着先天的技术优势,在商业航天等新兴领域的应用越来越广。本文综述了3D 打印技术在不同领域的应用现状,重点突出在商业航天领域的应用,展望了3D 打印技术在商业航天上的广阔前景。

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.

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。

球形钛合金粉末制备技术及航空增材制造应用研究进展

摘要:钛合金具有高强轻质耐高温的特点,因而成为拥有巨大前景的航空结构材料。传统的机械制造工艺难度大、成本高,限制了钛合金的应用。增材制造(AM)作为新兴的先进制造技术,可以通过逐层加工的方式制造出具有较高三维精度的金属部件,从而实现钛合金的近净形加工。因此,首先介绍了球形钛合金粉末制备技术,其中包括等离子旋转电极雾化法(PREP)、电极感应气体雾化法(EIGA)、等离子体雾化(PA)和等离子球化技术(PS)等,对比4 种球形钛合金粉末的制备技术和优缺点,以及在航空增材制造的应用,包括激光选区熔化(SLM)、电子束选区熔化(EBSM)和激光熔化沉积(LMD)等,总结了不同钛合金粉末制备技术在航空增材制造的应用特点和发展趋势,并指出钛合金增材制造未来发展的关键是低间隙钛粉的制备,增材制造设备高精度、高效率和大型化将是未来的发展趋势。