精锻机关键技术研究进展

摘要: 精锻机广泛应用于国防、航空航天领域特殊原材料的加工, 已经成为“大国重器”。介绍了精锻机主机锻造箱的最新研究成果。基于锤头运动方式的不同对主机锻造箱进行区分, 并总结了其外部箱体和内部锤头的设计及优化过程。同时, 对有关操作机夹头结构的研究进行了梳理。结合精锻机工作原理, 分类论述了锻造过程中锤头同步运动、夹头旋转和操作机轴向进给的控制难点及解决方法。概述了精锻机整体控制系统的研究现状, 并在此基础上提出了专用数控系统的设计。探究了精锻机工艺参数对锻件质量的影响, 提出了采用仿真优化与实时监测相结合的方法来提高锻造效率和精度。最后, 总结了精锻机设备的全面国产化研发思路, 展望了精锻机的发展方向。

太空制造技术的发展与思考

摘要:太空制造技术在深空探测以及未来航天活动中有广泛的应用前景,是各航天大国竞相发展的先进技术。本文从太空制造技术的发展背景及现实意义出发,阐述了太空制造技术内涵及体系构成,在此基础上梳理国内外在轨制造技术和地外天体原位制造技术的研究现状,从在轨制造材料、在轨增材制造、在轨等材制造、在轨连接与修复、在轨装配与检测、地外资源原位提取利用和地外天体设施原位建造等多个方面对太空制造技术发展重点进行了归纳总结,指出相关技术在当前发展过程中遇到的一系列技术挑战,并提炼出其未来的发展趋势。通过国内外太空制造技术发展历程及国内外研究差异性分析,从任务牵引、平台构建、标准制定三个方面给出了我国太空制造技术的发展建议,以期为太空制造技术发展布局提供有益参考。

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。

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。

涡轮叶片用合金材料的薄壁效应研究进展

摘要:近年来,随着航空航天技术的飞快发展,对发动机热效率和轻质化的要求越来越高,导致涡轮叶片的壁厚不断减小。然而,壁厚减小导致叶片用合金材料性能下降,即薄壁效应。因此,薄壁效应的研究对涡轮发动机安全稳定运行具有重要意义。但是,薄壁效应产生的原因和规律十分复杂。基于此,本文综述了实验条件、材料的表面状态、涂层、多晶、单晶及合金的各向异性等方面对叶片用合金材料薄壁效应的影响规律,并根据薄壁效应的机理和模型,归纳了3 种典型情况:氧化损伤模型、氧化-蠕变损伤模型和基于裂纹扩展的分析。由于氧化作用和硬脆相的存在,工件在服役过程中不可避免地产生裂纹,基于裂纹扩展分析表明裂纹扩展与薄壁效应有着明显的相关性,这为未来薄壁效应的研究提供了新思路。

重复使用液体火箭发动机用材料及工艺研究进展

文摘:系统梳理了国外几种典型的可重复使用液体火箭发动机用材料及工艺情况,着重介绍了氢氧火箭发动机、液氧/煤油火箭发动机、液氧/甲烷发动机等可重复使用液体火箭发动机的推力室、涡轮泵、喷管等关键构件材料选用及成型工艺情况。分析各种液体火箭发动机性能需求及结构特点,探究关键材料及工艺技术发展趋势,对比国内可重复使用液体火箭发动机材料及工艺研究现状,为后续可重复使用液体火箭发动机材料及工艺技术发展方向提供思路。

细晶制造科学与工程: 理论、应用、发展

摘要: 细晶制造一般指通过各种制造技术与工艺将构件中粗大的宏微结构进行细化,促进细晶组织、化学成分、物理性质和加工性能的空间分布均匀性,减小构件局部形性协同离散超差,提升金属构件整体服役性能。典型粗大组织包括柱状晶、树枝晶、金属间化合物和网状共晶等。细晶制造具有重要科学和工程意义,广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车行业、海洋船舶和基础建设等领域,其关键技术是实现金属细晶结构调控工程化。细晶结构调控工程化的主要方法有细晶凝固和固态变形,前者为重点论述内容。在细晶结构调控工程化的机理/理论或高效细化剂方面,研究工作取得了诸多进展。通过Al 和Mg 金属及合金的铸造实验,众多学者发现凝固细晶调控主要取决于形核颗粒和偏析元素。事实上,细晶凝固研究已涵盖到了Al、Mg、Fe、Ti、Cu、Sn、Zn 和中/高熵合金等金属构件,细晶结构尺寸可调控范围包括: 非晶—纳米晶—亚微米晶—微米晶—亚毫米晶—毫米晶—厘米晶—大单晶。但是,适用于所有金属细晶凝固的共性科学机理/理论尚未完全形成共识。并且,基于现有理论所开发的新型晶粒细化剂效率并不一定都高,这表明当前理论可能忽略了其它未发现的调控因素。基于70 多年来细晶凝固领域科学发展,总结了金属凝固细晶调控的共性科学基础与工程实践研究,阐明了当前主流的铸造金属细晶调控理论的异同,揭示了细晶铸造所需细化剂的本征物化条件,简述了固态形变细晶与缺陷工程化,最后探索了细晶制造在航空航天环形构件研发中的工程化应用。

智能飞行汽车关键技术及发展趋势

摘要:城市立体交通是未来智慧出行发展的热点方向, 近年来受到了广泛的关注。作为城市立体交通的载体, 智能飞行汽车融合了飞机与汽车两种运动模态, 能够灵活地在空中与地面进行切换。本文介绍了智能飞行汽车的背景、历史与现状, 阐述了其与城市空中交通载具的区别, 分析与讨论了飞行汽车的系统设计, 并介绍了智能飞行汽车的关键技术创新, 包括动力技术和机电总体设计、多模态切换、模块复用与飞车脑认知等。重点讨论了飞行汽车的智能化技术, 包括近地感知、决策与规划、智能控制与智能通信系统的关键技术与瓶颈。最后, 结合现有技术, 对智能飞行汽车的技术进行了剖析, 并讨论了潜在的解决方案与发展趋势。

适用于航空热管理的相变材料研究进展

摘要:航空领域的热管理至关重要,良好的热管理可以提高设备能效,提升系统的稳定性和可靠性。本文阐述了航空领域进行热管理应用的需求,分析了利用相变材料辅助热管理的优势,指明了当前航空领域热管理所需相变材料热物理性能面临的挑战。本文梳理了通过多种方法对相变材料热性能进行优化的方案,重点讨论了分子设计、共晶混合、分散添加剂和封装技术等用于制备复合相变材料的策略及其性能提升效果。同时,介绍了相变材料常用的换热性能测试和仿真方法。现有研究存在的主要问题是相变材料的分子设计和部分共晶混合缺乏系统化理论或模型指导。未来,结合机器学习、量子化学计算和分子动力学模拟等方法有望得到更理想的设计方法。通过综述相变材料在航空热管理领域应用的研究进展,期望为相关材料的设计、制备和性能验证提供指导和启示。

热障涂层金属粘结层制备与研究进展

摘要:热障涂层是航空发动机和地面燃气轮机提升工作效率、延长服役寿命的关键技术和重要手段。粘结层作为热障涂层系统中的重要组成部分,一方面可缓解陶瓷层和高温合金基体间的热不匹配应力,提高热障涂层系统热稳定性;另一方面,高温下通过生长一层致密且连续的Al2O3层,保护合金基体免受氧化和腐蚀。因此,粘结层性能直接决定了热障涂层系统的服役寿命。本文系统总结了传统粘结层材料、制备方法及其优缺点等方面的研究进展,同时介绍了新型高熵合金粘结层体系,重点关注其成分设计、结构及抗氧化性能等方面的研究现状及不足。最后,对粘结层材料的研究方向进行了展望。