TiAl基合金高温防护及热障涂层体系研究进展

摘要:TiAl基合金以其低密度、高比强度、耐烧蚀、良好的高温力学性能等优点成为新型轻质高温结构候选材料,自20世纪70年代以来备受关注。随着各种强韧化措施的研究不断深入,TiAl基合金的室温脆性问题逐步得到了解决。TiAl基合金成功应用于航空发动机叶片、航天飞行器蒙皮、舵翼、汽车排气阀等。然而,TiAl基合金高温抗氧化性能不足,限制了其作为高温零部件的应用。目前,主要通过整体合金化以及表面改性两种方式来改善TiAl基合金的高温抗氧化性能。整体合金化是在合金中添加Nb、Si、Mo、W、稀土等合金元素,促使合金表面形成致密的氧化层并提高氧化层与基体的结合力;表面改性主要包括表面合金化和表面涂层两种途径,表面合金化技术一般采用热扩散、离子注入、预氧化、激光表面合金化等方法,表面涂层技术是利用不同种类的涂层改善基体的表面性能,例如Ti-Al-X体系涂层、MCrAlY热障涂层、陶瓷涂层、复合涂层。热障涂层,作为一种表面改性中的涂层材料,具有优异的抗氧化性能以及长期服役性能。当应用于TiAl基合金表面时,热障涂层能够有效提升合金的高温抗氧化性能。但两者结合也存在如下问题,热生长氧化物的过度生长导致界面失效,以及涂层与基体元素互扩散严重,导致热障涂层/TiAl合金体系长期服役性能减弱。本文归纳并分析了TiAl基合金的高温氧化行为,分别从整体合金化以及表面改性两个方面综述了TiAl基合金高温防护的影响因素和作用机理,分析了热障涂层应用在TiAl合金表面所面临的问题并提出了改进方案,以期为提高TiAl基合金的抗高温氧化性能及发展热障涂层/TiAl合金体系提供参考。

无人机产业高质量发展战略研究

摘要:我国已将发展低空经济上升为国家战略,无人机产业是低空经济新质生产力的重要构成。推进无人机产业高质量发展,是培育先进智能制造业、实现低空生产活动提质增效的重要途径,将成为拉动低空经济增长的关键支撑。本文阐述了无人机产业发展对经济社会转型、国防安全建设等带来的深刻影响与变革,剖析了无人机产业所涉及的技术突破转化、场景市场培育、低空空域治理、资源设施配置、安全监管服务、政策法规建设等发展要素以及面临的主要问题与挑战;提出了统筹无人机全产业链体系布局、加速应用场景与关键技术创新、探索低空空域治理新模式、加强低空基础资源配置、构筑全产业链监管服务体系等对策措施,前瞻了无人机产业的信息传输网络化、飞行空间数字化、运营控制智能化、行业应用服务化等新阶段的发展特点,以期为管理部门、企业等推进无人机产业高质量发展提供理论指引和应用支撑。

航空锂电池热失控燃爆火焰抑制阻火单元研究

摘要:航空锂电池系统热失控产生的燃爆火焰对机上周围设备、线路和结构的高温热冲击危害极大。构建波纹型阻火单元及其前后5 cm 流体域的仿真模型,通过分析热失控过程中温度和压力流通特性可知,阻火单元芯体孔高越大越有利于减少电池燃爆舱内部压力积聚,芯体孔高越小更利于热量吸收和限制热量逸出,厚度越大则对火焰的抑制和控制流体流动效果更显著。搭建锂电池热失控火焰抑制专用测试平台,通过实验对比不同结构参数阻火单元对锂电池热失控火焰的抑制效果,芯体孔高侧重干预热量传递以及高能碎片的阻隔效果,0.6、0.9、1.2 mm 芯体孔高阻火单元对排出气体温度的抑制效果最高分别可达到86.55%、76.80% 和80.93%;厚度对燃爆气体逸散路径与腔内压力平衡调节有重要影响,在芯体孔高分别为0.6、0.9、1.2 mm 的情况下,厚度每减少1 mm,压力参数峰值差分别会相应地增加250、190、120 Pa。综合仿真和实验分析,芯体孔高为0.9 mm、厚度为30 mm 的阻火单元对锂电池热失控燃爆火焰抑制效果最佳,能将电池燃爆舱环境温度从365.6℃降低至156.1℃,将阻火单元背火面温度从238.3℃降低至108.5℃,并避免了阻火单元堵塞或高能碎片逸散。

航天复杂薄壁零件加工工艺知识图谱构建及其应用

摘要: 针对航天复杂薄壁零件加工工艺数据结构化程度低、难以重用等问题,将知识图谱引入工艺设计领域,提出了一种典型的复杂薄壁零件加工工艺知识图谱构建方法。首先,自顶向下定义工艺知识层次结构,利用本体建模构建了模式层; 其次,利用知识抽取、知识融合及本体关系建立的方法自底向上构建了数据层,通过Neo4j图数据库完成了模式层与数据层的映射,并实现了工艺知识的可视化表征和快速检索; 然后,在构建完成的工艺知识图谱基础上,结合零件属性和特征拓扑关系的相似度实现了工艺路线推荐; 最后,搭建了复杂薄壁零件加工工艺知识图谱可视化系统,并以框段类零件为例展示了工艺知识检索与工艺路线推荐功能。研究结果表明: 对基于知识图谱和相似度计算的工艺路线推荐模型进行了500次测试,有94.7% 的推荐列表中存在与目标零件相符的工艺路线。这证明了该工艺知识图谱的构建方法是可行的,并且其对工艺设计工作起到辅助决策作用,可以有效提高工艺查询和设计的效率。

8Cr4Mo4V高温轴承钢热处理及表面改性技术的研究进展

摘要: 8Cr4Mo4V钢是我国应用较为广泛的一种高温轴承钢,主要用于航空发动机主轴轴承的制造。随着发动机主轴轴承的服役工况愈发恶劣,对材料性能的要求也越来越高,国内外学者开展了大量8Cr4Mo4V 钢性能提升的研究工作。首先,介绍了8Cr4Mo4V钢化学成分优化的研究进展; 其次,重点分析了8Cr4Mo4V钢热处理技术发展,包括传统淬回火、贝氏体等温淬火及尺寸稳定化等热处理工艺; 然后,介绍了8Cr4Mo4V钢表面强化技术的研究进展及相关成果,涉及表面合金化、涂层沉积、喷丸强化及复合强化技术; 最后,结合8Cr4Mo4V钢服役需求及相关技术研究现状对其后续研究方向进行了展望。

复合材料在商用大飞机上的应用现状

摘要:复合材料在商用大飞机制造中的应用已成为不可逆转的主流趋势, 其使用比例不仅是衡量飞机先进性的重要指标, 更是反映航空制造业技术水平和创新能力的关键参数。近年来, 国内外商用大飞机上的复合材料使用占比正不断攀升, 这一趋势不仅推动了飞机性能的提升, 也促进了复合材料技术的快速发展。简要概述了国外商用大飞机使用复合材料的发展现状, 分析了复合材料在商用大飞机中的应用价值, 论述了复合材料在国外商用大飞机上的应用产品, 并对中国商用大飞机的发展历程进行阐述, 提出中国商用大飞机与国外先进水平相比还需提供复合材料相关产业链多个环节, 为后续发展提供一定参考。

可持续航空燃料发展战略

摘要:可持续航空燃料(SAF)是航空业在中短期内实现负碳排放目标中最具潜力的新能源解决方案之一。目前,国际民航组织(ICAO)正积极推动可持续航空燃料的发展,美国、欧盟等国家和国际组织也在制定相关技术路线图,并承诺实现发展目标。然而,可持续航空燃料仍处于发展的初期阶段,特别是在发展中国家,面临着多重挑战,包括原材料供应问题、规模化生产难题、航空燃料安全性标准以及可持续性的认证问题,最终导致成品燃料价格较高。因此,针对上述发展困境提出未来SAF战略发展方向,需进一步完善SAF原料和技术加工的供应链建设,基于系统安全思考革新安全性认证标准,完善可持续性认证体系和标准,实现全产业链下协同化发展,并提出了航空发动机视角下加快推进中国SAF产业高质量发展的建议。

航空航天装备的轻量化:挑战与未来

摘要:轻量化是航空航天装备研发领域永恒的主题,它对装备的综合性能和服役效能具有决定性影响。在过去的数十年里,一系列高性能优化设计方法、新材料和制造工艺技术的研发和应用,不断推动航空航天装备轻量化水平的提升。然而,随着新一代装备对综合性能和多功能需求的不断增加,现有的轻量化设计制造技术正面临着日益严峻的挑战。因此,本文重点探讨了航空航天装备研发的总体设计、机电系统设计、材料与结构、高性能制造与装配等主要环节,并分析了轻量化技术在未来的发展趋势。

热障涂层辐射传热特性的研究进展

摘要:随着航空发动机、燃气轮机向着高推重比、高热效率的方向发展,涡轮进口温度(TIT)不断提高,热障涂层(TBCs)作为涡轮发动机热端部件中至关重要的热防护材料面临着严峻的挑战。研究表明,当燃气温度大于1 200 ℃时,热障涂层材料中辐射传热占总体传热的比例迅速增加,高温下热障涂层辐射传热特性研究显得尤为重要。综述了热障涂层材料、涂层结构对其辐射传热特性的影响,总结了热障涂层的光谱反射率、透射率、吸收率等光学性质与涂层材料及微观组织之间的关系,展望了热障涂层陶瓷材料辐射传热特性的研究方向。

新一代航空发动机新结构设计及其对新材料与新工艺需求分析

摘要:随着航空动力技术的不断演进,发动机的结构设计、材料及制造工艺三者协同发展,为发动机性能的提升提供了关键支撑。一代发动机,一代结构设计方法,一代材料与制造工艺。尤其是近年来,伴随着发动机需求的复杂化和多样化,新结构、新材料和新工艺逐渐呈现出跨代创新的发展趋势。系统对比了各代军用涡扇发动机在结构设计、材料应用及制造工艺方面的特点,揭示了新一代航空发动机的3 大核心技术创新方向:在结构设计领域,聚焦高结构效率整体式设计、高推进效率轻质化设计和长寿命高可靠结构设计,深入解析了空心点阵、拓扑优化、微纳仿生、耐高温/隐身/透波一体化多功能结构和变体结构等突破性技术;在材料创新方面,确立了超耐温结构材料、轻质高强材料、隐身材料、智能超材料等关键材料的材料体系,着重分析了这些新型材料在极端服役环境下的性能要求与应用前景;在制造工艺方面,分析了激光加工、增材制造、微纳制造及智能制造等先进制造技术对复杂构件成形和质量控制的革命性影响,构建新一代航空发动机制造技术体系。旨在为航空发动机的未来发展提供前瞻性参考与指导。