航空钛合金激光快速成形技术应用的材料问题

激光快速成形技术是20世纪90年代中期发展起来的新型零件成形技术,也是目前航空制造业研究与应用开发的热点技术之一.本文就航空钛合金激光成形技术在实际生产中的冶金质量控制、组织性能关系、工艺规范和工艺适应性、质量一致性控制、航空构件应用定位等材料应用技术问题进行了评述,为确保航空用激光快速成形制件的安全可靠使用提供了参...     

覆膜陶瓷粉末变长线扫描激光烧结成形机理研究

介绍了覆膜陶瓷粉末变长线扫描激光烧结成形技术的基本原理,应用变长线扫描激光烧结快速成形机对自行研制的覆膜陶瓷粉末(PCCP1)进行了烧结成形试验.对覆膜陶瓷粉末激光烧结成形动态过程进行了分析研究,并在此基础上建立了覆膜陶瓷粉末变长线扫描激光烧结成形的机理模型.     

激光烧结快速成形中的软件系统研究

详细介绍了激光烧结快速成形机的控制软件系统及其实际应用效果.该软件系统结合激光快速成形技术的工艺特点,采用了数据处理与加工控制并行处理的运行机制.     

激光快速成形制造技术的应用研究进展

简要介绍了几种典型激光快速成形技术的基本原理 ,分析了激光快速制造技术的研究和应用现状 ,并给出相应的应用实例 ;讨论了激光快速制造技术的研究方向 ,指出这种新技术广阔的应用前景     

激光快速成形飞机金属零件

激光快速成形技术是近几年国际上广泛关注的一种先进实体自由成形技术，利用该技术能够实现高性能致密金属零件的直接成形，具有无模具、短周期、低成本、市场响应快等特点。这些特点为先进飞机和高推比发动机中关键零件的研制及生产开辟了一条快速、经济、高效、高质量的途径。介绍了激光快速成形技术的基本原理及特点，概括了该技术在国内外的发展现状以及在航空领域的应用情况，分析了该技术实际应用过程存在的问题。     

基于选区激光熔化的金属零件快速成形现状与技术展望

金属零件激光快速成形研究涉及粉体材料制备与表征、激光工艺控制与优化、成形零件结构设计与优化以及激光冶金物理化学理论,是激光技术、材料科学与工程、机械工程、冶金工程等多学科交叉与融合,因此是一个富有开放性和挑战性的研究领域。目前,对于金属零件选区激光熔化快速成形的材料、工艺及理论的研究,尚有很多方面未获得本质突破。对于该领域诸多新材料、新工艺、新现象及新理论的深入研究与发掘,是实现激光快速成形技术走向工程应用的基础。     

钛合金航空构件的LAM成形技术

介绍了基于激光熔覆技术的LAM快速制造技术.对激光成形系统的各组成部分进行了较详细的描述和说明.指出了钛合金航空构件LAM成形的技术特点和优势,给出了铸造、机械加工、LAM等加工方法的周期、费用等不同因素的对比.结合Ti-6Al-4V的机械性能数据,分析了不同热处理制度对组织和性能的影响.同时给出了激光成形Ti-6Al-4V的疲劳性能,对比了轧制退火、再结晶退火、β退火等不同退火态的裂纹扩展速率,最后展望了LAM技术的应用前景.     

激光工程化净成形同轴送粉的研究

激光工程化净成形技术是近年来在传统快速成形技术基础上引入激光熔覆技术而创造的一种新的快速成形技术。与选择性激光烧结工艺不同，激光工程化净成形工艺不需要浸渗、热等静压等复杂后处理工序即可快速获得致密度和强度均较高的金属功能零件。介绍激光工程化净成形工艺系统的组成，着重介绍同轴送粉器的组成和工作原理，试验分析粉末流量与步进电机转速之间的关系。     

激光增材制造低合金超高强度钢的组织与力学性能研究进展

激光增材制造技术可以实现超高强度钢大型复杂关键重载构件的高性能精确成形,同时还可用于损伤零件的快速修复,在航空航天等领域的应用日益广泛.介绍了激光增材制造低合金超高强度钢的成形特性,评述了激光增材制造过程中热累积对低合金超高强度钢显微组织的影响规律,探讨了显微组织和热处理对激光增材制造低合金超高强度钢力学性能的作用机理...     

基于粉末材料快速成形的复杂零件和模具制造技术

粉末材料激光快速成形技术应用分层制造思想,用粉末将CAD模型转换为零件,不受零件形状复杂程度的限制,无需任何工装模具.它可以划分为很多种工艺,本文主要介绍了华中科技大学模具国家重点实验室快速制造中心研究和开发的选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)技术和选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术.     

基于飞机油箱模型形状特征油量测量切片步长选择方法研究

 在分析飞机数字式油量测量过程中目前广泛使用的切片法油量测量原理的基础上,针对现有的定步长切片法无法得到准确、可靠的燃油质量特性数据库的缺陷,结合对飞机油箱模型形状特征的分析,提出了基于飞机油箱模型形状特征的油量测量切片步长选择方法。此方法包括切片步长整体和局部选择两个过程,整体选择以实现相邻两切片平面所夹油箱模型体积近似相等为目的来确定切片步长,以体现油箱模型截面整体变化规律;局部选择以设计切片平面与截面突变平面重合或尽可能接近的方式,突出油箱截面的局部变化特征。实验结果表明：该切片步长选择方法较定步长方法能够建立更为合理、可靠的燃油质量特性数据库,从而提高了油量测量精度。     

二维翼段颤振的μ控制

 采用超声电机作为作动器来实现含控制面的翼段颤振鲁棒抑制。针对作者设计的二维翼段颤振主动抑制系统，通过理论与实验相结合的方法，建立了考虑沉浮方向阻尼和作动器模型参数不确定性的控制系统模型，设计了μ控制器，并对控制器做了降阶处理。数值仿真和风洞试验表明，μ控制器可有效地抑制颤振的发生，将颤振临界速度提高23.4%。相对于H_∞控制器，μ控制器的控制效果和鲁棒性更好。     

Abnormal Shape Mould Winding

为解决网格化芯模的缠绕问题,本文提出了复合材料面片缠绕机理;接着详细分析了面片缠绕过程中的芯模凹曲面上纤维滑线和架空现象,应用微分几何曲面理论和空间几何理论,提出判据及其解决方案;最后,针对飞机发动机进气道的缠绕成型,编制缠绕控制程序并进行相应的实验,验证了面片缠绕方法的可行性。     

基于H∞性能指标的质量矩拦截弹鲁棒控制

 以所建立的质量矩拦截弹数学模型为基础，利用微分几何的反馈线性化理论，得到一个解耦线性系统，考虑到拦截弹的鲁棒性要求和3个滑块的协调控制问题，提出采用双回路的设计方法，内回路采用线性二次调节器（LQR），外回路采用考虑混合灵敏度问题的H_∞控制设计。仿真结果证明了该方法动态性能满足设计要求，同时对系统参数的不确定性具有较强的鲁棒性。     

航天器返回地球的气动特性综述

航天器返回地球的飞行过程中,气动特性是实现将宇宙飞行速度减到落地前速度、保证再入飞行得到有效控制以及再入防热安全可靠的关键因素。针对简单旋成体气动外形、半弹道式再入控制、烧蚀防热类返回航天器,综述了返回地球过程中变化的空气流域特性、航天器周围的气体绕流环境、空气与航天器作用产生的动力学与热效应等。系统地给出了该类航天器的再入气动特性参数与飞行性能的共性规律,包括:气动阻力与再入减速、气动升力与再入轨迹控制、配平攻角与飞行稳定性、气动加热与防热,以及再入过程中不同气动特性航天器、气象条件变化等对再入飞行性能的影响规律。为航天器开展返回飞行过程的跨流域气动性能工程研制提供设计参考。     

跨流域高超声速绕流Boltzmann模型方程并行算法

通过对Boltzmann方程碰撞积分进行模型化处理,提出了统一描述各流域复杂高超声速流动输运现象的气体分子速度分布函数控制方程,使用离散速度坐标法对分布函数方程所依赖的速度空间离散降维,构造出直接求解分子速度分布函数的气体动理论耦合迭代数值格式,研制了复杂飞行器高超声速绕流气动热力学计算模型。基于对气体动理论数值计算方法内在并行性、变量依赖关系、数据通信与并行可扩展性的分析研究,使用区域分解并行化方法提出了新型的气体动理论数值算法并行方案;研究了数据的并行分布与并行执行特征,开展了大规模的并行化程序设计,构造了可稳定运行于成千上万CPU的高性能并行算法,用以模拟各流域复杂飞行器的高超声速绕流问题。以稀薄流到连续流环境下不同Knudsen数、不同马赫数的可重复使用类球锥卫星体及翼身组合复杂飞行器等气动力、热绕流问题为研究对象展开大规模并行计算,并进行算法验证,所得计算结果与理论分析、直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)的模拟值及有关实验数据吻合较好,揭示了飞行器跨流域高超声速下的复杂流动机理与变化规律,提供了一条能够可靠模拟高超声速飞行器跨流域气动力及热问题的统一的算法应用研究途径。     

基于马赫数分布可控曲面外/内锥形基准流场的前体/进气道一体化设计

提出了一种高超声速飞行器乘波前体的外锥形基准流场设计方法,在锥面马赫数分布规律给定的条件下,通过有旋特征线法实现反设计,提高了基准流场设计的灵活性。该基准流场通过锥形"下凹"弯曲激波和波后等熵压缩波系压缩气流,可以在较短的长度内完成高效压缩。基于反正切马赫数分布外锥形基准流场设计的乘波前体具有较高的容积率,乘波特性良好且出口均匀,设计点时有黏升阻比为1.89。另外,基于该乘波前体和马赫数分布可控的内收缩进气道给出了一种双乘波的前体与进气道一体化设计方案,实现了内外流分别独立乘波,充分发挥了乘波前体和内收缩进气道的各自优势。     

Potentials of manufacture and repair of nickel base turbine components used in aero engines and power plants by laser metal deposition and laser drilling

IntroductionExpensive turbine parts like HPT(HighPressure Turine)blades or vanes are replaced bynew parts in case of damage.For example theburn through of the inner side of a blade or vane(Figure 1)is a frequently appearing damage,which cannot be repaired…     

Enhancing the efectiveness of film cooling

Advanced gas turbine stages are designed to operate at increasingly higher inlet temperatures to increase thermal efficiency and specific power output.To maintain durability and reasonable life,film cooling is needed in addition to internal cooling,especially for the first stage.Film cooling lowers material temperature by forced convection inside film-cooling holes and by forming a layer of coolant about component surfaces to insulate them from the hot gases.Unfortunately,each cooling jet forms a pair of counter-rotating vortices that entrains hot gas and causes the film-cooling jet to lift off from the surface that it is intended to protect.This paper gives an overview of efforts to enhance the effectiveness of film-cooling.This paper also describes two new design concepts.One design concept seeks to minimize the entrainment of hot gases underneath of film-cooling jets by using flow-aligned blockers.The other design concept shifts the interaction between the approaching hot gas and the cooling jet to occur further above the surface by using an upstream ramp.For both design concepts,computational fluid dynamics results are presented to examine their usefulness in enhancing film-cooling effectiveness.      

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<正>About Journal Chinese Journal of Aeronautics(CJA)is a comprehensive academic journal dealing with the fields of aeronautics and astronautics.It reports researches concerning the two fields in China and abroad to promote the academic exchange.Founded in 1988 and sponsored by the Chinese Society of Aeronautics and Astronautics and Beihang University,CJA publishes papers bimonthly,with issues released in February,April,June,August,October and December.