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。

液体火箭发动机超低温高速轴承国内研究进展

摘要:针对火箭发动机涡轮泵超低温高速轴承易出现保持架断裂、套圈烧伤等问题,对火箭发动机涡轮泵超低温高速轴承进行了系统化分析。首先,分析了轴承优化设计、摩擦发热等方面超低温高速轴承的理论研究进展,科研院所、高校联合攻关方式及逆向设计方法,满足了现阶段长征系列火箭超低温高速轴承要求;然后,从套圈材料、保持架材料、陶瓷球、表面改性、润滑等方面探讨了基础性研究,研究了轴系刚度、台架试验等对轴承应用的影响,奠定了轴承应用技术基础;最后,立足航天强国的背景,提出了中国液体火箭发动机超低温高速轴承的发展建议,该发展建议为我国火箭发动机轴承向着高承载、高可靠、长寿命、可重复的方向发展提供了技术思路。研究结果表明:聚四氟乙烯材料是超低温介质常用的保持架材料,混合陶瓷轴承性能优于全钢轴承,滚道表面改性有助于轴承抗磨减摩,通过增加试验轴承样本数量和提高轴承制造批次一致性,有助于提高轴承装配合格率。

基于失效物理的航空燃油齿轮泵滑动轴承全工况寿命预测与敏感度量化

摘要:航空燃油齿轮泵滑动轴承副的磨损失效是导致齿轮泵故障的主导因素,传统的滑动轴承寿命预测方法依赖大量试验数据,存在成本高昂、试验条件苛刻的局限性。提出了一种融合润滑磨损机理模型与主动学习的全载荷失效寿命评估方法,考虑了温度、弹性形变、粗糙表面影响,与加工和服役中的不确定性,构建了滑动轴承润滑磨损仿真模型,以表征轴承润滑特性与动态磨损行为;采用结合主动学习方法优化累积概率函数的学习预测过程,以显著降低样本需求,实现全载荷工况下失效概率与寿命分布的高效评估;通过矩独立敏感度分析给出了各不确定性因素对寿命的影响机制。研究表明:随着磨损深度的增加,磨损深度与轴承润滑特性显著关联,可以作为衡量滑动轴承性能退化程度的失效判据。主动学习方法所获取的轴承寿命分布显示,滑动轴承的失效主要发生在工作约687. 88 h 和859. 60 h 处,且其总寿命不会超过900 h。此外,分析敏感度发现轴承间隙随机公差的敏感度为0. 998 201,间隙随机公差对轴承寿命的影响大于泵出口随机压力脉动。所提供的机理模型可用于燃油齿轮泵寿命预测与结构优化,能为航空燃油齿轮泵长寿命与高可靠性设计提供理论支持与工程指导。

航空发动机中介圆柱滚子轴承抗倾斜能力分析及优化设计

摘要:针对某航空发动机中介圆柱滚子轴承由于内、外圈倾斜而导致滚子与内圈滚道出现剥落的问题,提出采用内、外圈许用倾斜角评价圆柱滚子轴承的抗倾斜能力,基于该方法分析得到轴承许用倾斜角随着滚子凸度和内圈滚道有效宽度增大而增大,故提出将滚子凸度增大到原结构的3.2倍,内圈滚道有效宽度比原结构增加6%的改进措施,改进后的轴承许用倾斜角提升到优化前的4~9倍,仿真和试验结果表明优化后的轴承能够避免滚子与内圈滚道一端出现应力集中。

空间柔性结构振动控制智能作动技术研究进展

摘要: 在空间柔性结构发展态势分析的基础上,综述了空间柔性结构振动控制智能作动技术研究脉络,归纳了空间柔性结构振动控制方法、空间柔性结构振动控制作动器构型、及空间柔性结构振动抑制作动器操控,并指出了空间柔性结构振动控制智能作动技术发展趋势和挑战。主要包括智能化作动设计与操控、先进作动材料与结构、宽频适用型作动构型综合、多维弱耦合高性能作动、高能量密度与高动态作动和振动控制作动技术智能化6个方面发展趋势,以及材料制备与构型设计、模型建立与精密操控、环境适应与品质保障和智能作动技术实际应用4个方面技术挑战。

航空工程科技未来20年发展战略研究

摘要:在航空强国建设稳步推进的背景下,航空工程科技涉及专业领域多、技术风险高、资金投入大、发展周期长,需要制定长期、稳定的发展战略,才能集中力量突破航空工程科技的关键核心技术,实现航空工业的可持续发展。本文从民用飞机、航空动力、机载系统、空管系统4个方面出发,总结了世界航空工程科技发展态势,梳理了我国航空工程科技发展现状;识别出基础研究及技术储备、系统集成与产品体系研究、航空动力技术、机载系统研发及试验、航空维修能力、工业软件及基础元器件等方面的不足。在此基础上,论证提出了未来20年我国航空工程科技发展构想,着重阐述了超声速客机、高速旋翼机、新能源飞机、混合电推进系统、新一代空管技术、智能化客机技术、全复合材料航空发动机技术、复合材料智能修复技术等未来项目部署的重点方向。研究建议,将航空强国建设列入国家中长期战略规划,强化科技创新体系建设,加强跨领域协作,注重国际合作,精准支撑未来20年航空工程科技发展。

激光冲击强化机理及其在航空构件上的应用

摘要:航空构件因服役环境恶劣、应力条件复杂等因素,常常发生疲劳断裂,这严重影响了航空发动机的安全可靠性。激光冲击强化技术因其具有在材料表层引入超过1 mm 的微观组织形变层和残余压应力层,并能极大提高材料的力学性能、提升金属零部件的疲劳寿命等特点,自诞生之日起便引起了广泛的关注,在航空发动机零部件的生产和修理中实现了批量化应用并取得了巨大的效益。首先概述了激光冲击强化的基本原理,分析了激光冲击强化对材料力学性能和微观组织演变规律的影响,揭示了激光冲击强化在提升金属零部件残余压应力、硬度、拉伸性能和疲劳性能等力学性能方面的显著优势。材料力学性能的变化和微观组织演变主要得益于激光冲击强化过程中等离子体诱导冲击波的应力效应,并就其微观组织演变过程总结激光冲击强化机制。此外,将深入讨论激光冲击强化在典型航空零部件方面的应用情况,分析总结了不同类型航空结构件的激光冲击强化特点与研究进展,探讨了激光冲击强化技术提升航空发动机系统安全可靠性方面的重要作用,旨在为进一步提升航空部件的综合性能提供理论参考。

航空氢发动机轴承所面临的挑战及机遇

摘要:氢能作为一种理想的清洁能源,对助力航空工业脱碳有着重要潜力。探讨了航空氢发动机中轴承面临的典型问题,重点分析了氢脆、氢致开裂/剥落、氢鼓泡、应力腐蚀等氢损伤行为对轴承性能的影响,以及临氢/涉氢轴承的材料选择、设计参数、润滑方式和工况适应性等技术挑战。通过对不同轴承抗氢损伤设计的研究结论和技术手段进行对比分析,指出氢分布均匀化、应力均匀化及损伤均匀化是提高航空氢发动机轴承氢环境适应能力与运行稳定性的重要策略,并进一步展望了未来研究的方向以及航空氢能发展所带来的机遇。

宽速域高压捕获翼气动构型及其跨声速气动特性

摘要:具备高超声速巡航能力的宽速域飞行器是近年来国内外的研究热点,然而,更宽的飞行速域给气动布局设计带来了巨大的挑战。为有效突破实用化升阻比与容积率之间的矛盾,基于高压捕获翼气动布局概念提出了一种具有大容积率特征的新型气动构型,仿真结果表明该构型在马赫数6. 0 条件下最大升阻比可达5. 89,相比于不带捕获翼的参考构型而言升阻比增量超过18%。在此基础上,重点针对马赫数0. 8 和1. 2 两个典型跨声速状态进行了数值仿真与分析。结果表明,相较参考构型,新型高压捕获翼气动构型在两种状态下的升力和阻力系数均有不同程度的增加。尽管升阻比有一定损失,但在整个宽速域范围内气动焦点的偏移量明显减小。在跨声速速域内焦点相对偏移量减小11. 1%,在跨声速至高超声速速域内焦点相对偏移量减小49. 9%。进一步分析表明,气动焦点偏移量的缩减主要是新增翼面与机身间的耦合作用所致。

增材制造用适航级钛合金粉末在民用航空领域中的研究与应用进展

摘要:增材制造技术在零件构型快速试制迭代、复杂零件一体化成形和结构减重等方面具有极大的应用优势,随着民用航空领域的发展,对激光增材制造提出了更多的需求。金属粉末作为增材制造的基础,对激光增材制造的质量的影响很关键。综述以民用航空用钛合金粉末为对象,梳理了增材制造金属粉末的制备工艺及其性能评价,对照适航级品质的要求,阐述了增材制造钛合金粉末在民用航空中研究和应用进展,并分析了制约增材制造金属粉末在民机进一步批产应用的瓶颈和挑战。