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。

航天器发动机耐高温复合材料支架设计与验证

摘要:针对第1代490N发动机复合材料支架和第2代490N发动机钛合金支架难以同时满足耐高温和轻量化双重要求的问题,设计一种应用耐高温双马树脂基复合材料的第2代490N发动机支架,并开展了分析验证和试验验证。验证结果表明:其能够承受各种复杂工况下的力、热载荷,相比第1代490N发动机复合材料支架,可将耐温能力由100℃提高至200℃,相比第2代490N发动机钛合金支架,可实现结构质量减小57.7%。耐高温复合材料支架已成功应用于多个航天器,可为航天器高质量发射和精确变轨提供可靠的技术保障。

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。