智能航空发动机——本体智能化技术概述

摘要:智能化能提升什么、智能化的核心技术是什么、智能化靠什么实现,是目前在航空发动机领域应用智能技术面临的三个核心问题。本文从理解智能化思维与传统思维模式区别的角度去阐明上述三大问题,梳理航空发动机本体智能化的功能效用、核心技术和实现途径。通过文献梳理,总结出智能航空发动机与传统航空发动机的最大区别,即不在于结构和工作原理上的改变,而在于通过智能手段对数据利用的广度、深度和速度。可以进一步理解为,智能航空发动机摆脱了机械思维模式下追求参数因果关系的技术思路,转而追求大数据、多维度、高实时下的多源异构信息的关联性,从而能在常规技术水平下发挥出航空发动机的最佳性能,在新技术的匹配下更能实现发动机的性能跨越。

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。

生物质多环碳氢高密度航空燃料合成

摘要:高密度航空燃料是一类为提高航空航天飞行器的飞行性能而人工合成的液体碳氢化合物。与常规燃料相比,它具有高密度和高体积燃烧热值等优点,能有效提高飞行器的航程、航速、载荷等飞行性能。随着全球化石资源的日益减少和生态环境的持续恶化,以生物质为原料合成高密度航空燃料成为研究热点。本文综述了近年来由生物质平台分子及其衍生物合成多环碳氢高密度航空燃料的研究进展,主要介绍了高密度燃料合成中常见的构筑多环结构的C-C 键偶联方法,包括羟醛缩合反应、烷基化反应、羟醛缩合-氢化脱氧-分子内烷基化反应、Diels-Alder 反应、光照2+2 环加成反应、重排反应;讨论了催化剂对C-C 键偶联反应的影响因素;总结了大量的多环碳氢高密度航空燃料的性能,讨论了分子结构和组成对燃料性能的影响,取代基的适当引入、多组分燃料的形成是提高燃料综合性能的主要方法,以平台分子合成石油基型高密度燃料也是提高生物质高密度航空燃料综合性能的一种策略;最后,展望了生物质多环碳氢高密度航空燃料合成的新趋势。

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。

航空航天领域轻合金缺陷修复研究现状及发展趋势

摘要:修复与再制造是经先进技术修复后使废旧产品质量达到甚至超过新品的操作。本文总结了熔化类修复方法(激光、电弧、电子束增材修复方法等)和基于搅拌摩擦的固相修复方法的研究进展。对比分析了各种修复方法的可修复缺陷形式、是否可连续送料、修复后样件强度及是否产生新缺陷等问题。以轴向送料的搅拌摩擦沉积技术及侧向送料的摩擦辊压增材制造技术为代表的可连续送料固相修复技术克服了金属构件在熔化类修复过程中易造成组织粗化,产生孔隙、裂纹的技术难题,是航空航天、轨道交通等领域的高强高韧铝合金、轻质镁合金等轻质合金构件修复领域的发展趋势。最后指出可连续送料固相修复技术的研究仍处于起步阶段,开展固相缺陷修复技术的理论研究、开展不同材料的缺陷修复工艺研究及工程化应用、加快相关修复装备的建立是未来亟需研究的重点工作。

平板热管性能优化及其在航天热控中的应用进展

摘要:平板热管具有传热效率高、均温性好、安全可靠等优点,已成为航天器热控的重要途径之一。吸液芯结构优化是提高平板热管流动传热性能的主要方式。在吸液芯结构设计方面,综述了高性能吸液芯结构设计方法,并分析了宏观-介观-微观多尺度数值模型的选择和应用。在吸液芯表面改性方面,探讨了提高纳米结构机械稳定性、调整传热机制和开展数值模拟研究的重要性。针对太空环境下高辐射和散热困难难题,展望了平板热管在航天器热控中的发展方向。

太空探索技术公司运载火箭机构技术发展路线分析及启示

摘要:近年来,重复使用运载火箭的高速化发展和航天运输的商业化趋势对运载火箭机构技术的发展提出了迫切需求。美国太空探索技术(SpaceX)公司的机构技术经历了“猎鹰”系列运载火箭和超重-星舰运输系统的演进与验证,已获得了具有重要价值的实证结果。通过剖析SpaceX公司运载火箭机构技术的演化历程、发展路线及未来方向,揭示运载火箭重复使用需求下机构技术发展的关键要素。面向中国运载火箭复用化、商业化的发展,提出面向新功能需求的机构正向设计、面向新性能需求的机构系统优化、面向新产能需求的机构货架建设等的发展路线。

高能量长续航无人机电池的开发及制备

摘要:以高镍三元单晶和多晶颗粒为正极材料,制备出了3种体系的正极极片。负极材料采用高首效和低膨胀的硅氧颗粒,并制备成负极极片。通过软包电池叠片和注液工艺,制备成单体电芯。采用3种不同的化成工艺对单体电池进行激活,经过高温加压和阶梯式充电电流方式化成的电池,循环500 周后容量保持率高达95.3%。最终制备的单体电池在常温2 C 放电条件下表现出优异的电化学性能,放电容量为23 Ah,能量密度达到269 Wh/kg。在常温1 C/2 C循环1000次后,电池容量保持率达到88.3%。单体电池在高温柜放置7天后,电池的容量保持率达到95.7%,容量恢复率为97.4%。该电池还具有优异的放电倍率性能,以1 C放电容量为基准值,10 C的放电容量比达到了83.3%。按照国家标准,电池还顺利通过了严格的加热和外短路安全要求测试。此外,通过选用一致性更高的6块单体电池以串联的方式进行组装,成功制备出了无人机电池组。该电池组尺寸为81 mm×183 mm×71 mm,重量为1902 g,2 C放电能量密度为240 Wh/kg,可满足不同倍率下放电,使之能够在多种复杂工作条件下为无人机提供可靠的动力支持。

热处理对激光熔覆高Co-Ni钢涂层组织和性能的影响

摘要:研究了热处理对激光熔覆高Co-Ni钢涂层组织和显微硬度的影响。通过使用光学显微镜、扫描电子显微镜和能谱,分析了涂层的微观组织,采用维氏硬度仪测试了涂层的显微硬度。结果表明,当热处理温度从200℃提高至600℃时,晶界残余奥氏体因发生分解反应而显著减少,针状M3C渗碳体和棒状M2C碳化物的数量则明显增加;经550℃和600℃热处理后,M2C碳化物均发生明显粗化。当热处理温度为200~400℃时,析出的细小M2C碳化物与基体有着良好的共格关系,故涂层的显微硬度值随着M2C碳化物增加而增加,当温度继续升至600℃时,M2C碳化物粗化,与基体失去共格关系,且基体中位错恢复,导致涂层的显微硬度急剧下降。

高温合金GH4169超声喷丸强化表征与热影响分析

摘要: 针对改善高温合金GH4169 表面完整性的问题,对高温合金GH4169 试样进行了超声喷丸和热暴露试验。首先,进行了覆盖率为98%~125%、喷丸强度为0.15 A和0.25 A的超声喷丸试验。然后,对试样分别进行了250、400、550 ℃的1 h 和10 h 的热暴露试验,最后研究了超声喷丸对高温合金GH4169 表面粗糙度、硬度、微观形貌和残余压应力的影响,并分析了热暴露后残余压应力的变化。研究结果表明,经超声喷丸后,高温合金GH4169 表面发生塑性变形,表层硬度显著提高。近表层晶粒细化明显,晶粒尺寸由表层至深度呈梯度分布,并在表层引入残余压应力。当喷丸强度从0.15 A提升至0.25 A时,晶粒细化程度提升了29%。高温合金GH4169 经过高温热暴露后,表层残余压应力发生热松弛,最大松弛速率发生在热暴露初期阶段,之后便趋于稳定,与热暴露时间无关。热暴露温度越高,近表层残余热松弛越剧烈,最大残余压应力深度位置越大。