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。

机载液氢燃料储供系统发展现状与展望

摘要:氢动力飞机具有高质量能量密度和近零排放的优势,成为航空业绿色转型中的重要方向。液氢燃料储供系统作为氢动力飞机的核心系统之一,其关键核心技术突破直接影响到飞机的经济性和实用性。系统综述了氢动力飞机的发展现状,重点探讨了液氢储罐、液氢增压泵、换热器等机载液氢燃料储供系统关键部件的设计与集成挑战,并凝练出机载液氢燃料储供系统发展的6 项关键核心技术,包括布局优化技术、系统轻量化技术、液氢储罐高质量储氢比与高效存储技术、供氢动态匹配控制技术、液氢冷能综合调控技术以及安全与风险控制技术。分析结果表明:机载液氢燃料储供系统布局优化是基础,依据不同飞机类型给出适用布局;液氢燃料储供系统的轻量化有助于提升飞机的航程和有效载荷,特别是液氢储罐高质量储氢比与高效存储尤其重要;供氢动态匹配控制和液氢冷能综合调控技术适用于飞机动态工作阶段;通过结合国际标准并采用多重安全设计以降低泄漏与火灾风险,保障氢动力飞机运行安全。以上机载液氢燃料储供系统的关键部件研制、关键核心技术突破与相关标准建立,不仅有效推动氢动力飞机的商业化进程,而且为低空经济及航空业碳中和目标提供了重要支撑。

航空重油空气辅助喷射技术研究概述

摘要: 空气辅助喷射(AAFI)技术因其优异的雾化特性和燃料适应性,是解决高空环境下重油雾化差和混合气形成困难的关键技术。综述了AAFI 技术在低空经济和单一化燃料发展背景下的应用及其研究进展,并对其面临的挑战和潜在的发展趋势进行了前瞻性分析。结果表明:气动力是燃油雾化破碎的关键影响因素, AAFI 喷雾的纺锤形和锚型涡环结构通过气液相互作用和剪切层不稳定性增强雾化效果,受到喷雾场速度、喷嘴结构和闪急沸腾等共同作用。目前研究主要集中于喷雾形成的宏观过程,而对气液耦合微观界尺和整机环境适应性的研究相对较少。并且,气源供应是AAFI 技术的关键挑战,现有方案增加了动力系统质量,限制了无人机( UAV)的续航里程。此外, AAFI 技术在双燃料发动机和低碳/零碳燃料领域展现出广阔的应用前景,氢气、氨气和天然气等低碳/零碳燃料能够作为AAFI 的气相介质。

基于专利的热障涂层技术发展研究

摘要:热障涂层技术是高性能航空发动机不可或缺的关键技术之一,对于提高航空发动机性能和延长使用寿命具有重要作用。本文基于专利信息,对热障涂层技术发展趋势、技术构成、研究机构和重点专利技术进行了分析,并简要阐述了热障涂层技术未来发展方向,以期为进一步开展热障涂层技术研究提供参考与支撑。

国内航空发动机用树脂基复合材料及应用现状

摘要:先进航空发动机性能的提升对整机结构轻量化提出更高要求,树脂基复合材料是实现航空发动机轻量化的关键材料之一。近年来,北京航空材料研究院聚焦航空发动机冷端部件应用的需求,系统研发了航空发动机高韧性环氧树脂、耐高温高韧性双马树脂、耐高温聚酰亚胺树脂以及高韧性热塑性树脂基复合材料。本文在总结国外航空发动机用树脂基复合材料进展概况、航空发动机发展对树脂基复合材料的要求的基础上,以北京航空材料研究院相关研制进展为代表,介绍国内航空发动机用树脂基复合材料研发和应用方面的主要进展,并提出航空发动机用树脂基复合材料未来发展趋势和重点。总体来讲,国内航空发动机用树脂基复合材料在耐高温性能、抗冲击性能、结构功能一体化、整体制造技术等方面取得突破,并实现在航空发动机风扇叶片、包容机匣、外涵机匣等的批量应用。面向未来航空发动机需求,树脂基复合材料将向耐高温化、高韧化、结构整体化、工艺自动化与智能化、全寿命周期低成本化等方向不断聚焦。

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。