空气动力学表面减阻技术研究进展

摘要:表面减阻技术因其较高的应用价值成为空气动力学研究的重要方向之一。本文对气固界面表面减阻相关研究作了系统的分类和概括,从减阻研究方法、表面摩擦减阻和表面压差减阻3 个方面进行阐述。在研究方法方面,文中对气动减阻研究中主要的风洞试验方法和阻力测量方法进行了概述,并分析了各研究方法的技术特征,同时分析了计算流体力学技术在气动减阻研究中的应用。表面摩擦减阻主要总结了表面纵向沟槽(肋条)、展向沟槽等结构的研究进展,包括结构形貌及沟槽尺寸的研究、减阻机理研究及应用情况。表面压差减阻部分主要概述了表面结构在钝体上的减阻特点,总结了表面粗糙度、凹坑、沟槽等结构在延迟边界层分离中的作用机理,及影响其减阻效果的结构形貌和尺寸的研究进展。本文针对不同的阻力方式系统地概括了表面减阻技术的研究进展及表面形貌的主要制造方法,为表面减阻应用提供支持。

航空典型金属材料增材制造组织、缺陷、表面、构型研究进展

摘要:增材制造是一种集激光、数字化、材料等学科为一体的新型制造技术,具有降维制造、复杂成型、材料利用率高等优点,是材料加工领域中最具应用前景的技术之一,金属增材制造技术已在航空领域得到广泛研究和应用,国内外学者在航空金属材料增材制造方面的研究不断深入。中国航发增材制造技术创新中心在金属增材制造结构四要素——组织、缺陷、表面、构型方面开展了大量研究并获得一些数据,发现了一些现象和规律,包括组织接续生长特征及其对力学性能的影响;典型材料增材制造常见缺陷(气孔、裂纹、未熔合)特征、形成原因及其对力学性能特别是疲劳性能的影响机制;零件表面粗糙度与成形角度的关系及对疲劳性能的影响;金属增材制造构型的影响因素。在此基础上,总结了金属增材制造发展中存在的问题,对下一步重点提出了建议,并对未来研究工作提出了展望。

航空航天领域用增材制造金属材料的研究进展

摘要:从航空航天领域对增材制造金属材料的需求出发,介绍了增材制造金属材料在航空航天领域的应用以及市场规模。评述了铁基合金、镍基合金、钛合金、铝合金等增材制造合金的微观组织和力学性能。总结了4种增材制造合金在航空航天领域关键零件中的典型应用实例。指出了航空航天领域用增材制造金属材料存在的问题及未来的研究方向。

等离子喷涂树脂基体抗氧化材料及涂层的研究

摘要:随着航空发动机的日益发展,燃烧室火焰温度的不断提高,广泛应用于航空发动机冷端部件的树脂基复合材料面临着更加严苛的氧化烧蚀环境,而在树脂基复合材料表面制备抗氧化烧蚀涂层则是一种有效可行的应对策略。在各类涂层方案及体系中,兼具隔热、抗氧化、应力缓冲等特点的多层结构体系受到广泛关注,该研究提出Al/NiCoCrAl/YSZ三层结构涂层,并使用酚醛树脂和SiO2对YSZ 进行改性,利用喷雾造粒的方法对改性后的复合粉体进行制备,使用大气等离子喷涂方法在碳纤维增强的聚酰亚胺基复合材料表面制备涂层样品。在热流密度为100J/(m2·s)的氧乙炔燃流条件下,酚醛树脂含量为6wt.%改性的涂层的防护效果最佳,试样的线烧蚀率为4.42×10−4mm/s,质量烧蚀率为9×10−6g/s。

增材制造镍基高温合金在航空发动机与燃气轮机中的研究应用进展

摘要:镍基高温合金具有良好的高温性能,被广泛用于航空发动机与燃气轮机热端部件的制造。增材制造逐点快速熔凝、逐层累积堆叠的工艺特点,不仅可实现高性能复杂结构零件的快速制造,还可用于损伤零件的高效率、高质量修复。目前,增材制造技术已逐渐成为镍基高温合金零件制备及修复的重要技术途径之一。本文综述了增材制造镍基高温合金在显微组织与冶金缺陷研究方面的进展,总结现有文献中GH3536、GH3625 和GH4169 三种常用镍基高温合金的拉伸性能,介绍增材制造镍基高温合金零件在航空发动机及燃气轮机中的典型应用案例。最后,针对现有研究存在的问题及制约增材制造镍基高温合金零件应用的困难,提出从设计增材制造专用镍基高温合金成分、建立增材制造镍基高温合金专用热处理/热等静压工艺、开发单晶镍基高温合金增材制造技术、发展增材制造实时监测控制技术、创新增材制造零件内表面处理技术等方面,进一步促进增材制造镍基高温合金零件的工程应用。

航空电磁超材料研究进展及发展建议

摘要:电磁超材料是由亚波长微结构周期排列而成的人工复合材料,对电磁波有很强的传导调控作用或吸收作用,在航空武器装备隐身设计领域被广泛研究。本文首先介绍了电磁超材料的概念,综述了电磁调控型超材料、电磁吸收型超材料、主动可调型超材料和智能超材料的最新研究进展;然后介绍了航空电磁偏折超材料、电磁吸收超材料和频率选择超材料的隐身机理及应用研究现状,分析认为隐身机理丰富和可设计性强是电磁超材料有别于传统吸波材料的主要优势。从拓展吸波频谱、增强吸波性能、吸波智能可调三方面对电磁超材料提出发展建议,包括吸波频谱进一步向红外、激光、紫外波段拓展,宽频吸波性能进一步提升,吸波频带智能可调。

航空发动机单晶高温合金涡轮转子叶片增材修复技术研究进展

摘要:单晶高温合金涡轮转子叶片是航空发动机的核心热端部件之一,对航空发动机的推力和性能具有决定作用,其服役损伤增材修复技术是航空装备特种加工领域最具挑战的工作之一。本文系统梳理了航空发动机单晶高温合金涡轮转子叶片的增材修复工艺方法及其应用进展;针对单晶合金增材修复中易产生的热裂纹缺陷问题,从热裂纹形成机理、关键影响因素和控制措施等角度进行了归纳;总结了单晶合金增材修复组织及性能的研究进展。在此基础上,展望了单晶高温合金涡轮转子叶片增材修复的未来发展方向,指出单晶合金修复专用合金材料成分设计、新工艺开发和基于深度学习的多目标协同优化是此领域未来的重要研究方向。

树脂基复合材料在民用航空发动机中的应用与关键技术研究进展

摘要:纤维增强树脂基复合材料对于改善航空发动机推重比、燃油经济性及节能环保具有重要意义。本文介绍了树脂基复合材料在民用航空发动机上的应用情况,总结了航空发动机复合材料风扇机匣和风扇叶片面临的挑战与关键技术问题,包括复杂曲面预制体设计技术、复合材料异形结构高精度制备技术、复合材料结构多尺度建模与精细化仿真以及复合材料机匣的包容性设计准则等。结合目前研究热点展望了可应用于航空发动机复合材料结构研制的新思路和新技术。

运载火箭表面防护技术及其研究进展

摘要:运载火箭是将人类制造的卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等各种航天器推向太空的重要载具,其中运载火箭表面防护技术是其成功发射的重要保障。概述了运载火箭表面防护技术,主要包括烧蚀性热防护涂层技术、非烧蚀性热防护涂层技术、环境适用性表面涂层技术和低温绝热材料技术等。烧蚀性热防护涂层是通过质量损耗带走热量的一种有机涂层,可分为两类:环氧类烧蚀防热涂层和硅橡胶类烧蚀防热涂层,前者存在附着力好的优点,但是高温易开裂,涂层韧性差,适用于较低热流密度防护;后者耐温性好,但存在烧蚀易粉化的缺点。非烧蚀性热防护涂层是一类高红外辐射率的陶瓷无机涂层,国外已经发展了三代非烧蚀性热防护涂层材料体系,适用于可重复运载火箭关键部位的热防护,但国内研究基础与工程能力相对不足。环境适用性表面涂层主要用于应对运载火箭地面发射时面临高盐雾、高湿热、高辐射等环境工况,发展了防辐射、抗静电等防护涂层。低温绝热材料起到超低温液氧/液氢工况保温隔热的作用,主要有泡沫材料和气凝胶材料,前者较后者施工工艺更为灵活,满足复杂形状的高效隔热。总结了近年来国内外运载火箭表面防护技术的发展现状和趋势,介绍了运载火箭卫星整流罩、推进剂贮箱和舱体尾部等不同部位面临的不同防隔热需求,为相关的研究工作提供了技术参考。

航空装备激光增材制造技术发展及路线图

摘要:激光增材制造支持结构设计创新、快速研制和验证,是当前航空装备领域最具代表性的增材制造方法,其中激光选区熔化主要应用于复杂精密功能结构的精确近净成形制造,激光直接沉积主要用于大尺寸复杂承载结构的制造。为支撑航空领域增材制造技术发展的战略布局,本文对激光增材制造现状和发展趋势进行梳理,指出增材制造发展重点必然会转向产品的冶金质量、力学性能及其稳定性控制方面,增材制造设备的在线监测、参数自整定控制等智能化功能的研究开发正成为设备的研发热点,基于损伤失效分析、寿命预测研究的增材制件力学行为研究以及基于元件、特征结构的性能考核验证技术,开始引起工程应用部门的关注。在对技术发展趋势分析的基础上,提出2035 年航空领域激光增材制造技术发展目标和相应的政策和环境支撑、保障需求,并给出2035年技术发展路线图建议。