国内外航天器超黑消杂光涂层的研制现状及产业启示

摘要:在空间光学系统中,具有高吸收性能的超黑涂层是抑制光学杂散光、提高光学系统检测信噪比和成像质量的关键材料,被广泛应用于航天器星敏感器、空间相机等产品。目前国内外常用的消杂光涂层技术有阳极氧化、超黑Ni-P、碳纳米管、黑硅、黑漆等,本文对国内外航天器常用消杂光涂层技术以及研制进展进行系统综述,揭示了国内在高性能超黑涂层的工程应用方面仍与国外存在差距,提出应当进一步促进产学研一体化,推进产品的工程转化应用,同时进一步开展耐空间环境的高性能材料研究的发展思路,为我国航天器消杂光涂层研制及产业发展提供启示。

空间太阳能电站关键材料技术需求展望

摘要:空间太阳能电站( Space solar power station,SSPS)作为可再生空间能源系统,需要基于大型展开结构与控制技术、高效太阳能转化技术、超大功率电力传输与管理技术、远距离无线能量传输技术、在轨组装与维护技术等多种关键技术协同应用进行构建。材料技术作为上述各类关键技术中最基础的技术支撑,也将面临更大的挑战。本文通过分析空间太阳能电站建设难点,阐释了大尺寸桁架、柔性太阳能电池、超大功率导电旋转关节、在轨原位制造等关键技术对轻量化、柔性化、智能化新材料的发展需求。

激光增材制造技术在航空制造领域的研究与应用进展

摘要:增材制造是一种实现复杂结构精密“控形”和高性能“控性”相结合的制造方式,在航空航天等高端制造领域具有极大的应用前景。通过以金属构件的选区激光熔化(SLM)和激光熔化沉积(LMD)工艺为代表,阐述这两种技术的发展历程、在民用飞机制造领域的适航研究进展和在航空制造领域的应用案例,并分析了激光增材制造技术在民用飞机制造领域的发展趋势及挑战。

可持续航空燃料发展战略

摘要:可持续航空燃料(SAF)是航空业在中短期内实现负碳排放目标中最具潜力的新能源解决方案之一。目前,国际民航组织(ICAO)正积极推动可持续航空燃料的发展,美国、欧盟等国家和国际组织也在制定相关技术路线图,并承诺实现发展目标。然而,可持续航空燃料仍处于发展的初期阶段,特别是在发展中国家,面临着多重挑战,包括原材料供应问题、规模化生产难题、航空燃料安全性标准以及可持续性的认证问题,最终导致成品燃料价格较高。因此,针对上述发展困境提出未来SAF战略发展方向,需进一步完善SAF原料和技术加工的供应链建设,基于系统安全思考革新安全性认证标准,完善可持续性认证体系和标准,实现全产业链下协同化发展,并提出了航空发动机视角下加快推进中国SAF产业高质量发展的建议。

搅拌摩擦增材制造技术研究现状与发展趋势

摘要: 现有的高能束增材制造技术在成形大型高性能金属构件时存在适用材料范围有限、能源利用率低以及成形件各向异性等工艺特点,搅拌摩擦增材制造是近年来发展起来的一项新型固相增材制造技术,其无液态金属熔凝过程的成形特征为铝合金、镁合金等易氧化轻质合金的高性能快速制备提供了新的增材制造途径。文中首先指出现有高性能金属构件增材制造技术应用的局限性,重点介绍搅拌摩擦增材制造技术的工艺原理、性能优势及应用现状。综述了国内外所开展的主要搅拌摩擦增材制造技术现状,包括同轴送料式、预置料式等类别,进而展示了搅拌摩擦增材制造技术在轻质大型结构件增材制造及特征结构添加,梯度材料与涂层制备,缺陷损伤修复及新型复合材料制备等方面的应用潜力。最后,对搅拌摩擦增材制造技术的发展趋势进行了展望。通过文中综述,以期推动该技术在国内航空航天等领域大型轻质材料构件的制备方面实现应用。创新点: (1)为解决现有激光/ 电子束等高能束增材制造技术在轻质材料构件应用方面的局限性,文中对搅拌摩擦增材制造这一新型固相增材制造技术开展调研分析,其无液态金属熔凝的成形特性使得制件不会形成与快速凝固相关的缺陷,如孔隙率、热烈纹、元素偏析、稀释、微细分散氧化物聚集以及高残余应力,具有更高成形效率、更大成形尺寸、更优的力学性能。(2)文中通过对搅拌摩擦增材制造技术的工艺特性与应用现状分析,总结出了该技术在轻质大型结构件增材制造、特征结构添加、梯度材料与涂层制备、缺陷损伤修复及新型复合材料制备等方面具备较大的应用潜力。

基于工程的超声速民机宽速域机翼设计

摘要:超声速民机气动设计除了需要保证超声速的气动性能外,还需满足工程要求的低速特性,特别需关注低速状态俯仰力矩上仰角度、副翼效率特性。采用经试验验证的基于雷诺平均Navier-Stokes方程的计算流体动力学(CFD)数值方法对某典型低声爆超声速民机构型进行了全速域气动特性计算,分析了导致俯仰力矩上仰、副翼效率不足现象的原因,研究了前缘半径、前缘下垂位置、外翼段后掠角等关键参数对高/低速气动特性匹配的影响规律,开展了宽速域翼型、机翼优化设计。经评估,优化方案在马赫数Ma=1. 8 时气动性能良好,升阻比为8. 28;在Ma=0. 3 时俯仰力矩上仰迎角推迟至14°,副翼效率在计算迎角范围内均保持80% 以上。研究提出了一种满足工程需求的宽速域机翼气动设计方案,对于解决超声速民机高/低速气动特性匹配问题具有工程实用价值。

超高温热阻涂层研究进展

摘要:随着航空发动机涡轮前进口燃气温度的不断提升,传统的热障涂层难以有效阻隔高温燃气产生的近红外光波段热辐射,热辐射传热可透过涂层直接加热下层金属基体,损害热端部件服役寿命。本文结合作者的实验结果,综述了新型兼顾辐射抑制能力的热障涂层材料设计和结构设计,对比了传统热障涂层的近红外光学特性,深入探讨了目前用来提高涂层抑制辐射传热能力的方法。重点针对传统热障涂层YSZ 在短波红外波段不能有效阻隔红外辐射热传播的问题,对提高涂层的红外反射率或红外吸收率这两类降低热障涂层红外透过率的基本途径进行了分析,并对提高涂层红外反射率和吸收率的调控手段、影响因素、内在机理及优缺点进行了系统总结。最后指出新型辐射抑制涂层在材料和结构设计以及高性能计算辅助等方面的未来发展趋势和突破方向。

飞机起落架用超高强度不锈钢的研究及应用进展

摘要:本文结合飞机起落架的设计理念,梳理了飞机起落架用超高强度钢及高强不锈钢的应用及发展历程,重点阐述了典型超高强度不锈钢的成分、组织和力学性能以及强韧化机理。建议通过材料热力学动力学计算创新设计新的超高强度不锈钢钢种;提出新型超高强度不锈钢的组织设计,将更关注多类型或高密度的共格析出强化以及高力学稳定性残余奥氏体的强韧化作用机制;最后指出采用最新的一些加工工艺技术,如等温多向锻造工艺技术,可显著提高超高强度不锈钢的综合力学性能。

高强高模聚酰亚胺纤维的空间环境适应性研究及在航天领域的应用前景分析

摘要:高强高模聚酰亚胺(PI)纤维是近年来出现的一种新型高性能有机纤维,具有优异的力学性能、耐高低温性能、低介电、高绝缘、高阻燃、耐辐照等综合性能,在航天、航空、安全防护、核工业等领域具有广阔的应用前景。本工作着重针对高强高模PI纤维在航天领域中的应用需求,特别是在空间环境中的应用特点,分析了其在极端温度、交变温度、粒子辐照、高真空以及长期负载等环境下的性能表现,初步考核了其空间环境适应性,以期为其相关应用提供设计依据。研究结果显示,高强高模PI纤维表现出优异的力学性能、耐高低温、耐粒子辐照、抗蠕变等综合性能,在350℃条件下其拉伸强度和拉伸模量仍分别可达到1.55GPa和27.74GPa,经1.0×108rad(Si)剂量粒子辐照后,拉伸性能保持率高于98%。此外,本工作还结合PI纤维的综合性能表现对其在航天领域的应用前景进行了展望。

氮化硅陶瓷在航空航天领域的研究进展及应用

摘要:氮化硅陶瓷凭借其耐高温、耐磨损、高强度和优异的抗热冲击性能,已成为涡轮叶片、热防护系统和航空航天结构件的理想材料。然而,随着航空航天结构件向更高服役温度和轻量化方向的发展,氮化硅陶瓷在成型和性能方面的不足逐渐显现。此外,现有的性能检测多集中于常温、常压、瞬时状态等工况,难以反映氮化硅陶瓷在航空航天领域的真实服役性能,亟须改进。为解决这些问题,本文详细阐述了近年来氮化硅陶瓷在成型、性能检测、微观结构调控和力学性能等方面的研究进展,探讨该材料在航空航天领域的应用现状,并提出相关建议以推动氮化硅陶瓷在航空航天领域的创新与发展。