超高温抗氧化碳陶复合材料研究进展

综述了国内外近年来陶瓷涂层抗氧化改性C/ C 复合材料和陶瓷基体抗氧化C/ C 复合材料研究

与应用的新进展, 主要包括1 800℃以下、1 800 ~2 200℃和2 200℃以上不同使用温度范围的抗氧化陶瓷涂层

以及SiC 陶瓷和超高温陶瓷基体改性复合材料。指出了目前高超声速飞行器2 200℃以上超高温抗氧化热防

护材料研究中存在的问题,提出了今后研究的方向。

     

Ni-Cr-W 基高温合金熔盐环境中的热腐蚀行为

利用扫描电镜、X 射线衍射分析、能谱分析等手段,从合金成分、热处理组织形貌、界面分布等方

面研究了Ni-20Cr-18W 基高温合金在900℃温度下25% NaCl+75% Na2SO4 混合熔融盐中的热腐蚀行为。结

果表明:Ni-20Cr-18W 基高温合金的腐蚀行为是酸碱熔融机理。腐蚀层呈平面向合金基体推进,无明显择优

腐蚀现象发生,主要腐蚀产物为疏松多孔的NiO 和Ni3S2 腐蚀产物,导致合金表面失去保护性氧化层,增加了

腐蚀速度。合金抗热腐蚀性能的降低是因高含量W 元素在SO4

2-作用下腐蚀加剧及第二相粒子与基体的相间

腐蚀导致。

     

DLC 和CrN 薄膜在油润滑下的摩擦性能

采用闭合场非平衡直流磁控溅射技术和阴极电弧离子镀技术在轴承钢表面分别制备了DLC 和

CrN 薄膜,在全配方发动机油(CF-4,15W/40)润滑条件下,选择DLC/ 钢、CrN/ 钢摩擦配副,用SRV-IV 摩擦实

验机考察了25℃和100℃时DLC 与CrN 薄膜在不同载荷下的摩擦因数和磨损率,并对摩擦界面进行分析。结

果表明:DLC 和CrN 薄膜在油润滑条件下的摩擦因数都随着载荷的增加而降低;DLC 和CF-4 构成的固液复合

润滑体系具有更加优异的摩擦学性能;活性较高的CrN 薄膜与发动机油中的添加剂相互作用,在摩擦界面上

发生摩擦化学反应形成摩擦化学反应膜,并且薄膜表面形成的氧化层有利于提高薄膜在高温时的耐磨性。

     

RTM 用R602 树脂性能及工艺

　研制开发出了一种低黏度、高活性、高性能的室温RTM 成型用树脂体系———R602,其凝胶温度

为105℃,固化温度125℃,后处理温度175℃,Tg 为178℃;该树脂体系室温黏度较低,适用期在50 h 以上;固

化产物和复合材料具有优异的综合力学和抗吸水性能,树脂的拉伸强度为97. 2 MPa,断裂延伸率为4. 12%,弯

曲强度为162. 6 MPa。SEM 结果显示R602 树脂体系对纤维具有很好的浸润性。

     

Al2 O3 掺杂对SiO2 纳米透波/ 隔热材料性能的影响

在溶胶-凝胶过程中加入纳米Al2O3 颗粒制备Al2O3 掺杂的SiO2 纳米透波/ 隔热材料,研究了

Al2O3 掺杂对材料高温热稳定性、介电性能及隔热性能的影响。结果表明,Al2O3 掺杂阻碍了SiO2 颗粒之间的

烧结,提高了材料的使用温度;材料介电常数符合Lichtenecker 对数法则;室温热导率略有提高,通过组合结构

改善了材料的隔热性能。

     

不同介孔结构的SiO2 对PMMA 性能的影响

分别采用二维六方孔结构SiO2(SBA-15) 和蠕虫状孔结构SiO2(MSU-J) 与MMA 原位聚合制备

介孔SiO2 / PMMA 杂化材料。采用XRD、N2 吸附-脱附、SEM、DSC 和TGA 等方法研究了材料的微观结构、力学

性能、热性能和介电性能。结果表明:介孔SiO2 对PMMA 有增强增韧作用,同时也有利于杂化材料热性能和介

电性能的提高。杂化材料的热稳定性和耐热性均高于PMMA,含4wt% 的SBA-15/ PMMA 和7wt% 的MSU-J/

PMMA 杂化材料的介电常数由2. 91 分别降至最低2. 73 和2. 64。

     

直升机复合材料桨叶固化过程的多物理场有限元模拟

根据热传导、复合材料力学和固化动力学理论,采用基于偏微分方程的强耦合多物理场有限元方

法,计算在F650 双马来酰亚胺树脂建议温度周期下直升机复合材料桨叶固化过程中温度、固化度、固化度反应

速率和内应力变化历程。通过仿真结果对温度周期进行优化调整,改善工艺过程。计算结果表明:桨叶中树脂

固化反应同步度高,交联反应产热量少;调整后的加热周期与建议加热周期相比,最高加热温度由460 K 降低

为393 K,但固化度由0. 1 增加到1 的反应时间只由25 min 增加为30 min,固化反应速率峰值从1. 35×10-3 / s

降低为1. 15×10-3 / s,PMI(聚甲基丙烯酰亚胺,Polymethacrylimide)泡沫的Von Mises 热应力最大值从0. 82 MPa

降低为0. 482 MPa。

     

溶胶-凝胶法制备纳米TiO2 及粒径控制工艺

采用溶胶-凝胶法,以钛酸丁酯为前驱体,乙二醇作为螯合剂制备纳米TiO2 粒子。考察钛的乙二

醇盐的浓度、pH 值、温度等因素对TiO2 粒径的影响,并用红外光谱和SEM 对纳米TiO2 粒子进行结构和形貌表

征。结果表明,采用溶胶凝胶法可以制备出呈椭圆形且粒径分布均匀的TiO2 纳米粒子。使用硝酸铵可以有效

阻止TiO2 纳米粒子团聚。当pH 值为2 ~3、温度为20 ~40℃,钛的乙二醇盐在丙酮中的浓度为0. 03、0. 05 及

0. 07 M 时,粒径分别为150、240 及600 nm。

     

高温对单搭接接头强度的影响

对不同温度下单搭接接头进行拉伸试验,对比不同温度对接头强度的影响。结果表明,温度越

高,接头强度越低,同时,随着温度的升高,胶层的破坏模式也发生变化。通过有限元数值仿真,模拟不同温度

下胶层表面上等效应力的分布情况,得出温度越高,胶层热应力越大,接头强度越低等结论。

     

氮化硅的氧化机制研究

研究了氮化硅的氧化机制以及被动氧化至主动氧化的转捩温度,并结合试验结果做了分析。结果表明氮化硅在高温下极易炸裂,在被动氧化机制下生成氮气和SiO2薄膜,转捩温度和碳化硅材料基本一致。     

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。     

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.      

Guide for Authors

<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.     

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