高熵陶瓷在热障涂层与环境障涂层中的研究进展

摘要:热障涂层(TBCs)和环境障涂层(EBCs)是航空发动机的关键技术之一。 TBCs可以大幅提高发动机高温合金热端部件的工作温度, EBCs可以有效保护发动机陶瓷基复合材料高温部件。高熵陶瓷(HECs)一般指的是多种组分(5种或以上)以等原子比或接近等原子比形成的固溶体, 其性能具有“鸡尾酒”效应, 展现出常规陶瓷材料不具备的优异性能。 HECs概念被提出以来已经在很多领域被广泛研究,成为陶瓷材料研究领域的热点。在TBCs与EBCs领域,研究者们对HECs也开展了大量的研究工作,取得了很多研究成果。对国内外已经报道可以用于TBCs和EBCs的新型HECs材料进行了分类总结,介绍了它们的制备方法、 晶体结构、热导率、热膨胀系数、力学性能 环境沉积物(CMAS)腐蚀行为以及HECs涂层的制备与性能,并对HECs在TBCs与EBCs中的发展前景进行了展望。

航天领域3D打印材料及工艺技术研究现状

摘要:概述了3D打印技术在航天领域的研究现状,介绍了3D打印技术加工出的结构复杂、拓扑优化的几何形状零部件的特点。重点阐述了国内外应用于航天领域的3D打印制备技术的发展,包括金属基材料,定向能量沉积成形(DED)和粉末床熔融成形(PBF)等工艺和后处理技术,以及制造的航空航天零部件。总结了3D打印技术在航天领域应用的优势和不足,提出了技术改进和研究方向。

涡轮叶片高温薄膜传感器喷墨打印制造方法研究

摘要:相较于溅射沉积、离子束蒸发等薄膜制造方法,采用喷墨打印直写沉积原位制造三维曲面高温多层薄膜传感器线路更为简单高效。提出一种利用喷墨打印技术精准制造薄膜传感器的方法,探究了墨水特性、打印参数、烧结参数等因素对薄膜沉积质量的影响规律,获得了陶瓷及镍基合金基底上高质量、高性能的薄膜线路。对薄膜传感器进行室温至1 100 ℃ 的标定测试,其平均赛贝克系数为46.8 μV/℃,升降温段热电特性曲线的重复率为99.96%,测量误差为±0.21%。

空间探测烧蚀防热材料应用及发展

摘要:烧蚀防热材料因其高可靠性及宽适用性而被绝大多数空间探测器所采用。不同的空间探测目标、探测器进入/再入弹道、探测器外形和防热结构质量限制等因素使得烧蚀防热材料种类繁多,但轻量高效是其发展的重要特征; 除此以外,可靠性也至关重要,在不同的热环境下,不同材料会表现出不同的烧蚀行为和特征,使得烧蚀防热材料成为空间探测活动成败的关键。本文综述了国内外探测器烧蚀防热材料的种类及应用情况,美国主要包括高密度酚醛/玻璃钢、蜂窝增强型防热材料、树脂浸渍型防热材料以及碳酚醛材料等,国内主要包括酚醛/尼龙、蜂窝增强型防热材料和NF材料,介绍了这些材料所应用的探测器、气动加热环境、防热材料性能和防热结构成型技术,总结了美国空间探测防热材料研制中出现的两次烧蚀异常及导致的探测器选材变化,可见防热材料与热环境耦合关系复杂。国内外针对防热材料抵御异常损伤开展了部分工作。已有试验结果表明,蜂窝增强型防热材料具有一定的优势。最后对空间探测防热材料的应用与发展进行了展望。

空天飞行器电磁功能结构研究进展及展望

摘要:空天飞行器是结构-功能高度一体化的新质装备,需实现力、热等承载特性和透波、隐身、射频等电磁特性的融合。首先,分析了空天飞行器的主要特点及现实需求,构建了空天飞行器承载/透波/隐身/射频(LWSR)一体的四面体设计体系,阐述了四面体各顶点功能的科学内涵;其次,分析了3 类飞行器典型电磁功能结构的最新研究进展,即天线罩结构、隐身蒙皮结构、综合共形天线结构;最后,展望了空天飞行器电磁功能结构的发展趋势,阐述了多物理场耦合、极端环境适应、多功能融合、智能感知响应及控制等关键问题。

空间站微重力复杂等离子体实验载荷与科学研究进展

摘要:复杂等离子体是由电离气体与介观颗粒组成的一种复杂系统,作为软物质的等离子体态,在基础物理与应用研究方面具有重要的意义与价值,也一直是空间站微重力实验的重要组成部分。讨论了复杂等离子体的基本性质,着重描述了颗粒充电机制与测量方法,分析了颗粒相互作用原理与外场受力情况。介绍了和平号空间站与国际空间站4 代实验载荷的技术特点,涵盖颗粒光致带电以及直流与射频等离子体放电,综述了6 个具有代表性的研究课题,包括电荷诱导颗粒凝结、三维结晶与熔化、双分散复杂等离子体相分离、电流变效应与链结构自组织、放电极性反转诱发尘埃声波与频率同步现象、颗粒流驱动流体涡旋,并结合实验室匹配研究进行了对比分析。最后,介绍了未来国际空间站与中国空间站实验载荷的初步设计方案与主要功能。

激光选区熔化技术在航空航天领域的发展现状及典型应用

摘要:增材制造技术(AM)是一种基于离散-堆积原理,以计算机模型数据来加工组件的新型制造技术。激光选区熔化(SLM)作为增材制造领域的一项重要技术,以其一体化制造特点和在复杂结构零部件制造领域的显著优势,成为航空航天制造领域的重点发展技术和前沿方向。本文综述了SLM技术的材料体系和应用领域,主要对SLM技术的最新工艺研究和航空航天领域的典型应用进行细致分析。重点阐述SLM铁基合金、镍基合金、钛合金和铝合金等材料体系的研究进展及成果。SLM技术在各领域广泛应用的同时,也存在成形材料内部缺陷多、高性能材料的裂纹及变形、标准体系的欠缺和粉末材料兼容性低等诸多问题和不足之处,使其发展受到一定制约,需要在这些方面做更深入的工作。

大型复杂航天器在轨动力学关键技术与工程实践

摘要:随着航天重大工程的深入实施,大型复杂航天器呈现规模更大、性能更高、多载荷融合的发展趋势,涉及的在轨动力学问题更为复杂。在此背景下,本文面向大型复杂航天器动力学领域,系统梳理和总结了研究团队在“十三五”“十四五”时期的相应技术攻关与工程实践进展:以大尺寸可展开天线、激光通信终端、大型光学相机等典型载荷的工程应用需求为牵引,针对相关类型航天器的复杂结构在轨动力学行为预示、有效载荷受复杂在轨环境扰动时的稳定工作评估等问题,攻关了大口径环形天线柔性动力学非线性建模与降阶、大尺寸空间结构在轨展开动力学精确建模与高效仿真、多扰动源对高精高稳载荷的微振动评估、刚 ‒ 液 ‒ 柔耦合动力学建模与仿真、系统级热变形建模与仿真等关键技术;自主开发了大型复杂航天器动力学集成仿真软件。上述成果成功应用于大尺寸可展开天线类、高分辨率光学遥感类、星间激光通信类卫星的工程研制,顺利通过了地面试验和在轨飞行验证。进一步,把握当前大型复杂航天器工程研制、未来新型航天器研发等需求,展望了总体设计、动力学与控制、验证及预测等方面的技术研究方向。相关内容可为指导航天器设计与在轨使用、解决未来复杂航天巨系统中的动力学难题等提供参考。

航空发动机应用领域粉末高温合金的研究进展

摘要:【目的】总结粉末高温合金的材料设计和制备工艺等方面的研究进展,为研究延长航空发动机涡轮盘等关键部件的使用寿命打下基础。【研究现状】 针对近年来国内外航空发动机涡轮盘等关键部件主要材料的粉末高温合金,综述多种类型的粉末高温合金的元素组成及制备工艺,概括碳、钽、铪、硼、锆、钴、 钛、 稀土元素等微量元素对粉末高温合金性能的影响,总结热等静压、 热挤压、 粉末注射成型、增材制造等制备工艺对粉末高温合金性能的影响。【结论与展望】在材料设计方面,应优化粉末高温合金元素组成,探索添加更多高性能元素,制备更耐高温、耐氧化、力学性能优异、服役寿命长的粉末高温合金;在制备工艺方面,优化热等静压及热挤压工艺参数,继续探索完善粉末注射成型、增材制造工艺。

航空异形截面导管内高压整体成形工艺分析

摘要:针对航空领域异形截面焊接导管面临的成形精度低、生产效率差且成本高等问题,以某异形截面导管零件作为研究目标,提出基于内高压成形的导管整体成形工艺方法。通过采用无内压预压弯成形、内高压压弯胀形和液压锻造整形3道成形工序对零件进行成形,通过有限元模拟和实验验证了所提出的工艺设计的可行性。研究结果表明:提出的基于内高压成形的导管整体成形工艺方法可以实现某航空异形截面导管整体成形,成形质量优异,最大减薄率6%,为此类航空异形截面导管的整体精密成形提供了可靠的技术支撑。