SiGe合金综述:最新的研究进展及热电性能优化策略

摘要:硅锗(SiGe)合金作为代表性中高温热电材料,在太空探测航天器的辅助电源上,已经获得了较为广泛的应用。SiGe合金具备结构稳定、元素丰富、无毒、耐高温、易于工业集成等显著优势,但较低的热电性能限制了SiGe合金的实际应用与推广。基于此,本文综述了SiGe基热电材料在电、热两方面的协同优化策略,以及相关最新研究进展。在电学方面,揭示了调制掺杂、能量过滤机制等优化策略对提高SiGe合金的功率因子的重要性;在热学方面,详细回顾了降低SiGe合金晶格热导率的诸多策略,包括纳米结构化、SiGe-金属硅化物/硅化物复合以及SiGe-氧化物复合策略,并比较了不同优化策略对晶格热导率的降低效果。通过电热输运参数的协同优化,p型和n型SiGe基热电材料的zT值分别达到了1.81(1100K)和1.7(1173K),为当前文献报道的最高值。本文对于SiGe块体材料的热电性能的进一步优化提供了一定的参考。

搅拌摩擦增材制造技术研究现状与发展趋势

摘要: 现有的高能束增材制造技术在成形大型高性能金属构件时存在适用材料范围有限、能源利用率低以及成形件各向异性等工艺特点,搅拌摩擦增材制造是近年来发展起来的一项新型固相增材制造技术,其无液态金属熔凝过程的成形特征为铝合金、镁合金等易氧化轻质合金的高性能快速制备提供了新的增材制造途径。文中首先指出现有高性能金属构件增材制造技术应用的局限性,重点介绍搅拌摩擦增材制造技术的工艺原理、性能优势及应用现状。综述了国内外所开展的主要搅拌摩擦增材制造技术现状,包括同轴送料式、预置料式等类别,进而展示了搅拌摩擦增材制造技术在轻质大型结构件增材制造及特征结构添加,梯度材料与涂层制备,缺陷损伤修复及新型复合材料制备等方面的应用潜力。最后,对搅拌摩擦增材制造技术的发展趋势进行了展望。通过文中综述,以期推动该技术在国内航空航天等领域大型轻质材料构件的制备方面实现应用。创新点: (1)为解决现有激光/ 电子束等高能束增材制造技术在轻质材料构件应用方面的局限性,文中对搅拌摩擦增材制造这一新型固相增材制造技术开展调研分析,其无液态金属熔凝的成形特性使得制件不会形成与快速凝固相关的缺陷,如孔隙率、热烈纹、元素偏析、稀释、微细分散氧化物聚集以及高残余应力,具有更高成形效率、更大成形尺寸、更优的力学性能。(2)文中通过对搅拌摩擦增材制造技术的工艺特性与应用现状分析,总结出了该技术在轻质大型结构件增材制造、特征结构添加、梯度材料与涂层制备、缺陷损伤修复及新型复合材料制备等方面具备较大的应用潜力。

直升机声学超材料舱壁的低频多带隙降噪特性

摘 要:针对直升机舱内500 Hz 以下的低频噪声控制难题,在原有直升机舱壁结构基础上引入声学超材料设计范式,提出一类低频多带隙声学超材料结构。该声学超材料结构单元内部包含4 个悬臂梁式共振结构,在各个共振结构的谐振频率处能够打开局域共振完整带隙。首先,建立声学超材料结构单元的有限元动力学模型,算例分析其能带结构特性并揭示多带隙形成机理。其次,开展声学超材料样件安装于小尺寸均匀平直板前后的法向入射传声损失试验与锤击激励振声试验,发现实测的隔声提高区和传递函数幅值衰减区均符合理论预测的带隙频率范围,从而验证了理论模型的正确性。最后,在混响室-全消声室测试环境中开展声学超材料样件附加于大尺寸曲面加筋壁板前后的扩散场入射传声损失试验与激振器激励振声试验,证明即便应用于复杂结构壁板,声学超材料的带隙频段仍然显示出很高的潜力来改善隔声性能和振声行为。研究工作旨在为采用轻薄声学超材料降低直升机舱内噪声提供思路和方法。

增材制造技术在飞行器结构上的应用需求分析

摘要:未来先进飞行器的研制,对结构系统在功能和性能上均提出更高的要求,表现在结构的承载功能一体化、智能化、轻量化、承载效率提升等方面的需求,因此需要与之匹配的先进制造手段作为支撑。增材制造由于其在宏微观复杂结构研制、小批量柔性生产、高效率快速响应等方面的天然优势,成为未来支撑先进结构研制的先进制造方式之一。首先以飞行器承载结构为研究对象,分析各个部分的主要材料体系以及各个部分可能的增材制造应用前景,对现有的增材制造与飞行器结构研制的结合实现结构轻量化性能提升、复杂构件制备、快速原型机研制方面进行综述分析。进一步,通过具体的工程需求分析,阐述飞行器结构在新材料、优化设计、制备、维护/维修、成本控制等方面对增材制造的需求,为增材制造技术在飞行器承载结构和非承载功能结构技术上推广应用提供支撑和参考。

复合材料网格加筋结构在飞行器中的应用

摘要:随着航空航天技术的不断进步, 复合材料因其优异的力学性能和轻质特性逐渐成为飞行器设计中的重要材料。复合材料网格加筋结构通过将复合材料与网格状的加筋设计相结合, 有效提升了结构的承载能力和抗变形能力, 满足了飞行器在极端环境下的性能需求。本文探讨了网格加筋结构的基本概念、优势及其在飞行器中的应用。此外, 随着制造技术的进步, 网格加筋结构的设计与制造变得更加灵活和高效, 推动了其在无人机及运载火箭等飞行器中的广泛应用。最后, 本文展望了复合材料网格加筋结构的未来发展方向, 旨在为未来飞行器的设计与应用提供新的思路和参考。

环保退镀和除锈工艺在航空零部件中应用的可行性

摘要:[目的]高强度钢退镀镉、镍常分别使用硝酸铵溶液和硫酸,不仅存在生产安全风险,还可能引发基体氢脆和疲劳强度下降。中高强度钢电镀前除锈常采用强酸溶液,也可能引起氢脆问题,直接影响产品的品质。因此亟需寻找环保且安全的替代工艺。[方法]研究了WNK-S20退镀液和WNK-798除锈剂分别用于航空零部件退镀和除锈的可行性,并与传统退镀液和盐酸除锈的效果进行对比。[结果]WNK-S20和WNK-798都具有安全、环保、低氢脆、无腐蚀等优点。[结论]WNK-S20和WNK-798都在航空零部件表面处理领域具有很好的应用前景。

航空航天结构轻量化设计制造技术发展现状与挑战

摘要: 轻量化技术是指在满足结构性能需求的前提下,通过对材料、结构和制造工艺等方面的优化,减少结构质量的技术,已经成为新一代航空航天装备发展的关键技术之一。本文首先分析了轻量化技术的发展历程。其次,从设计原理、组成方式和优化方法角度,介绍了仿生结构设计、胞元结构设计和高效拓扑优化设计三类轻量化设计方法。然后,从轻量化制造工艺和模式的角度阐述了增材制造、协同制造和复合材料制造在航空航天结构轻量化制造中的应用。最后,讨论了轻量化技术面临的挑战和未来的发展。

航空薄壁零件切削加工技术研究进展

摘要:航空薄壁零件的加工精度和效率直接影响飞机的性能和可靠性。本文系统综述了航空薄壁零件切削加工技术,包括夹具技术、加工变形预测与控制方法、颤振预测与控制技术,以及数字孪生技术应用等多个方面。夹具技术详细研究了各种夹具的操作模式、结构特点、功能与应用等方面。变形预测与控制分析了薄壁件加工变形原因,并介绍了相关的控制技术和方法。颤振预测与控制探讨了切削过程稳定性分析技术和颤振控制技术,包括在线监测与识别、主动与被动控制技术和方法。数字孪生技术的应用部分介绍了该技术在薄壁件加工中的实际应用情况。通过对航空薄壁零件加工技术的系统综述,全面深入地介绍了相关内容,可为学者们的研究提供参考与指导。

气动推力矢量喷管研究近况和发展趋势

摘要:推力矢量技术是未来飞行器特别是高机动飞行器的关键技术,其核心部件是推力矢量喷管。气动推力矢量喷管通过流动控制实现喷管出口气流偏转,具有革命性优势,并可进一步衍生出短距/垂直起降、反推等多种功能以适应更丰富的应用场景。通过数十年的研究,气动推力矢量喷管逐步经历了概念设想、初步探索、机理研究和工程实验等阶段,其技术成熟度不断提高,正朝着初步工程应用发展。着重介绍了近年来具有代表性的国内外研究人员在多种气动推力矢量喷管上的研究成果,探讨了气动推力矢量喷管的发展趋势和未来研究重点,指出需要进一步加强内部流场的机理研究,攻克包含多目标、多学科综合优化和飞行器、发动机与气动推力矢量喷管的整机匹配等在内的关键技术,推进工程应用,以期为气动推力矢量喷管技术的应用提供参考。

基于机器视觉的飞机电镀部件曲表面无损检测

摘要:[目的]为解决机器视觉在曲表面无损检测中算法复杂的问题,以及克服传统光源在曲表面检测中的局限性,开发了一套基于格栅光源的飞机电镀部件曲表面无损检测系统。[方法]该系统通过格栅光对电镀部件曲表面进行成像,随后进行图像分析,包括图像导入、预处理、Blob分析等步骤。[结果]该系统能够快速、准确地检测出电镀部件曲表面存在的缺陷,检测效率高且稳定可靠。[结论]该系统在飞机制造企业及航空公司飞机维护一线的初步工程应用中取得了良好效果,有望进一步推广。