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。

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。

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。

航空高速齿轮服役温度预测模型研究

摘要:随着高速重载下航空传动服役温度的不断提高,齿轮胶合失效成为制约飞行器性能的关键因素。为高效预测航空齿轮服役温度,针对某航空发动机齿轮提出了一种基于顺序耦合的齿轮温度仿真分析方法,考虑固-液-气多相对流换热及不同齿面散热系数等因素,模拟了航空齿轮在不同工况下的本体温度和齿面闪温。经验证说明,该数值方法与ISO/TS 6336-20闪温法标准计算结果吻合良好,不同工况下接触温度最大偏差控制在10%以内;当传动系统输入转速为22400 r/min、转矩为119.4N·m时,分流大齿轮的接触温度达到242.6℃,齿轮胶合安全系数为1.22,存在胶合失效风险。所提出的仿真分析方法能有效预测航空等领域高速齿轮服役温度,为评估航空齿轮胶合失效风险提供了高效可靠的方法。

飞机柔性装配技术研究现状与发展趋势

摘要:飞机柔性装配技术因其较高的装配效率、精度和灵活性,已成为航空制造业数字化转型的关键组成部分。文章首先从国内外航空企业、科研机构的角度,重点从数字化测量、柔性对接装配及自动化钻铆3 个方面,评述了飞机柔性装配技术的研究与应用现状。其次,总结了飞机柔性装配的三大关键技术,即大空间高精度测量、柔性工装调姿定位与自动钻铆离线编程,并深入探讨了相关理论技术研究现状。最后,结合人工智能与大数据、数字孪生、物联网等新技术,对飞机柔性装配的发展趋势进行了展望。未来,柔性装配技术在提升飞机装配质量和效率方面将发挥更大的作用。

航空发动机热障涂层的CMAS腐蚀与防护研究进展

摘要:热障涂层(TBCs)广泛应用于先进航空发动机热端部件,可以有效提高发动机的工作效率和服役温度。随着发动机涡轮前进口温度不断提高以及工业生产和人类活动愈加频繁,TBCs 面临严峻的CMAS 腐蚀问题。目前CMAS 腐蚀已经成为制约TBCs 应用和发展的关键因素,如何提高TBCs 的CMAS 防护能力是TBCs 领域的研究热点和难点。关键词:先进航空发动机;热障涂层;CMAS; 腐蚀防护

航空航天复合材料结构非接触无损检测技术的进展及发展趋势

摘 要:新型复合材料在航空航天领域获得广泛应用,有些甚至已代替金属成为某些核心部件的主要结构材料,此类材料及其构件在结构、材料特性、所需检测条件等方面的特殊性对无损检测技术提出更苛刻、更有针对性的检测需求,如不能使用耦合剂、高效率、高可靠性、实时、直观、绿色环保等,非接触无损检测技术被认为是满足上述检测需求的重要手段,已有多种非接触检测技术为航空航天制造及维护提供服务。本文结合航空航天工业的发展趋势及该领域对新型复合材料的检测需求,就目前国内外研究较热且具有较大应用潜力的多种非接触无损检测技术(包括空气耦合超声检测技术、红外热像技术、激光超声检测技术、散斑干涉技术)进行综述,总结各方法所具有的技术特点、研究进展与应用情况。最后,综合各技术研究现状展望非接触无损检测技术的发展趋势,为此类技术在相关领域的研究与应用提供一定的参考和借鉴。关键词:非接触;无损检测;激光超声;复合材料;红外热像;散斑干涉;空气耦合超声

民用飞机复合材料机身壁板装配协调形性调控技术研究

摘 要 :为了更好地满足飞机安全性、经济性、舒适性和环保性的需求,以碳纤维增强树脂基复合材料为代表的轻质高强先进材料在新一代大型客机机体结构中得到了大量应用。复合材料机身壁板具有不同于传统金属材料机身壁板的装配工艺特点,因此,其对装配协调提出了新的要求。首先,概述了飞机复合材料机身壁板的制造工艺,分析了复合材料机身壁板装配协调技术现状与面临的问题。其次,探讨了适用于复合材料壁板的装配协调方法,并提出了一种面向复合材料机身壁板装配力形协同控制的全主动驱动柔性装配协调方法。最后,通过仿真和物理实验验证了该方法的有效性,实现了复合材料机身壁板力形协同优化控制。

航空发动机涡轮叶片热障涂层研究现状

摘要:热障涂层是一种可以有效保障航空发动机涡轮叶片正常工作,同时显著提高其工作效率和服役时间的表面防护技术。热障涂层的性能在很大程度上影响叶片的承温和抗腐蚀能力,进而间接影响航空发动机的服役性能。涂层性能主要受其结构和材料2 个方面的影响。介绍了涂层结构的优缺点和研究进展,当前常见的结构形式有双层结构、多层结构和梯度结构;介绍了粘结层材料的研究进展;对陶瓷层材料的研究进展进行了详述,如YSZ 的掺杂改性、A2B2O7 型化合物、钙钛矿结构材料以及近年来兴起的几种高熵陶瓷材料,其中高熵陶瓷材料包括:高熵稀土钽酸盐、铝酸盐、锆/铪酸盐、磷酸盐、硅酸盐以及高熵稀土氧化物,分别从热导率、热膨胀系数、断裂韧性、热循环寿命和抗腐蚀能力等方面对其进行介绍;概述了热障涂层常见的几种失效形式如:TGO 失效、、CMAS 腐蚀以及高温烧结,并且对其发生机理进行简要的介绍;展望了热障涂层未来的发展趋势和方向。