太空金属增材制造研究进展

摘要:人类在探索太空的路上不断前行,从太空飞行到登陆火星、月球等地外行星,人类的航天事业取得了巨大成就。与此同时, 建设地外行星基地以及修复与替换空间站和卫星零部件的需求也与日俱增。增材制造技术因其设计与制造的自由度高,在太空中制造领域具有广泛的应用前景。然而,太空中真空、微重力、粒子辐射、冷热温差等极端环境对太空增材制造技术造成了巨大的困难与挑战。目前,大部分太空增材的研究主要集中于非金属材料。介绍了太空金属增材制造技术的种类、实验方法以及制造过程与服役性能面临的挑战, 为太空金属增材制造领域的发展提供参考。

石墨烯增强金属基航空复合材料研究进展

摘要:本文综述了石墨烯增强金属基航空复合材料的研究现状,归纳了该种复合材料的制备方法,讨论了石墨烯对其性能的影响及机制。指出目前高含量、排列石墨烯增强金属基航空复合材料的研究还比较缺乏,涉及的工艺参数、组织结构、界面化学及高温物理性能等相关问题仍需进一步研究,并提出未来的研究重点应由制备方法等工艺性探讨向微观复合构型设计的思路转变。

中国航天科技发展对高性能材料的需求

摘要:随着我国月球取样返回、火星探测的开展以及空间站建设的推进,航天任务的发展对高性能材料提出了新的要求。本文在对我国航天发展现状和趋势进行简要分析的基础上,从轻质高性能结构机构材料、轻质高效热防护材料、结构功能一体化材料、新型多功能复合防护材料、耐极端温度功能材料、智能材料、高性能航天服材料、功能梯度材料、超材料、3D打印材料及4D打印材料与结构等角度论述了我国航天科技发展对高性能材料的需求,最后提出了利用纳米技术、材料基因工程等新技术,并将空间环境纳入航天材料的研制全流程中,进一步开展航天材料的研制和开发。

固体发动机增材制造技术研究进展及应用展望

摘要:近年来金属材料、连续纤维增强复合材料、固体推进剂材料增材制造技术发展迅速,国外已经率先实现了固体发动机增材制造的工程化应用。概述了国内外固体发动机金属件增材制造、复合材料壳体增材制造、复合固体推进剂增材制造技术研究进展,结合增材制造技术优势,提出固体发动机增材制造技术未来应用设想。

飞机迎风面蒙皮涂层高动态雨蚀损伤评价和机理

摘要:目的飞机在雨中高速飞行时,机体迎风面蒙皮涂层受到雨滴冲击作用而产生损伤,出现表面开裂、剥离等典型损伤,会降低结构的安全性和功能性,因此需要对蒙皮涂层的雨蚀损伤机理进行深入研究。方法利用一级轻气炮搭建的单射流试验平台和水切割装置改装的多射流试验平台模拟雨滴冲击。针对以碳纤维T300 编制材料为基体,表面涂有3 种同等厚度的聚氨酯涂层材料,在不同试验条件下对材料进行雨蚀试验研究。结果在 617 m/s 冲击速度条件下,以0°、15°、30°的冲击角度以及在15°冲击角度,430、490 和555 m/s 的冲击速度下对三种涂层材料进行单射流试验;对三种涂层材料在 350、370 和420 m/s 的冲击速度下,进行1 000 次冲击的多喷射流试验。结果表明:随着冲击角度和速度的变化,三种涂层材料的损伤趋势是一致的;典型损伤形貌相同,即当水锤压力低于涂层材料的屈服强度极限时,损伤区域由环形损伤包围中央未损伤区域构成;当水锤压力超过材料的屈服强度极限时,水锤压力结合侧向射流会造成1~2 倍液滴直径的损伤区域。多射流与单射流的试验结果具有相似性。结论通过对比单射流与多射流试验下涂层材料的典型损伤形貌可知,材料的雨蚀损伤机理与自身的力学性能关系密切。根据三种涂层材料在不同试验参数下的损伤结果,材料1 性能最佳,在多种试验条件下均有良好的表现,能够满足飞机在不同环境下的飞行需求。

纤维多孔陶瓷的研究进展

摘要:纤维多孔陶瓷是利用黏结剂将随机分布的陶瓷纤维进行黏接,形成具有鸟巢形态的多孔材料,内部具有大量三维联通孔,其具有轻质、高气孔率、高比表面积、高效隔热的特性。纤维多孔陶瓷为飞行器提供良好热防护效果的同时,可明显减轻其质量,降低发射成本,是航天器大面积热防护系统极具潜力的候选材料。本文主要对近年来纤维多孔陶瓷材料有关纤维骨架、黏结剂、制备方法,以及其在性能优化等方面的研究工作进行了梳理、总结,展望纤维多孔陶瓷在多重热防护方式、集成化及工程化等方面的发展。

航空航天先进复合材料研究现状及发展趋势

摘要:材料支撑了航空航天发展,而新时代建设航空航天强国的新使命对材料提出了新的需求。先进复合材料的高性能轻质化、耐极端环境、多功能智能化等特点极大了促进了航空航天技术更新。文章从复合材料发展现状入手,重点从结构类型及功能类型两方面分别介绍了复合材料研究的热点问题,最后展望了先进复合材料未来的发展趋势与方向。

飞机炭刹车盘制备中各工艺参数对其摩擦磨损性能的影响

摘要:炭/ 炭刹车盘的摩擦磨损性能对飞机获得高能量刹车时的高摩擦磨损特性有重要的影响。通过控制炭/ 炭(carbon/carbon,C/C)复合材料制备过程中各工艺参数可以得到高性能刹车的炭刹车盘。影响C/C 复合材料摩擦性能的因素有很多,综述了国内外研究现状,本文讨论了炭纤维预制体、致密化过程、高温热处理和机械加工对炭刹车盘摩擦磨损性能的影响以及这几个工艺参数的协同作用。

电动飞机非晶合金电机的轻量化设计

摘要:针对电动飞机主驱动电机部件重量大影响推重比的问题,从材料和结构两个方面提出电动飞机主驱动电机轻量化设计方法。根据轻质材料非晶合金高频低损的特点,利用磁路法建立非晶合金电机电磁计算数学模型,编写非晶合金电机电磁设计程序,利用已有样机试验数据验证该程序的可用性。结合转子结构拓扑优化方法,设计一台60 kW电动飞机非晶合金电机,对比相同结构参数的非晶合金电机和硅钢片电机的性能。非晶合金电机整体减重7. 95%,并且铁心损耗显著降低。

氢能飞机研制进展及产业化前景分析

摘要:在航空碳减排引发各国广泛关注、航空运输业低碳化发展渐成趋势的背景下,突出氢能“高效、清洁、可持续”,可作为未来航空器最佳能源载体的特征,拓展氢能飞机研制与应用,具有重大的价值和广阔的前景。本文结合航空领域“双碳”目标研判了氢能飞机的发展背景,系统梳理了国外氢能飞机的前沿规划、我国氢能飞机总体研究及飞行试验的最新进展;详细分析了氢能飞机研制与应用关键技术体系,涵盖氢能飞机总体设计、液态储氢罐、氢燃料电池、氢燃料涡轮发动机、氢燃料航空内燃机、氢能飞机安全与适航技术、氢燃料加注基础设施。着眼未来氢能飞机的产业化发展需求,针对通勤 / 短氢能飞机构建了相应的总拥有成本(TCO)模型,测算结果表明2045 年前后通勤 / 短程氢能飞机将与纯电动飞机、燃油飞机的TCO基本持平。进一步提出了采取多技术路线同步发展、坚持动力先行、科学有序地开展研发、推进适航标准体系建设等发展建议,以期为航空科技革新、航空运输业高质量发展等研究提供参考。