基于电化学沉积的高深宽比无源MEMS惯性开关的研制

基于电化学沉积技术在金属基底上制作了一种新型的无源MEMS惯性开关。针对高深宽比、细线宽微电铸用光刻胶模具制作过程中,由于SU-8胶膜严重侧蚀导致的胶膜制作困难、质量低下的问题,进行了紫外光刻试验研究。试验研究了不同曝光剂量和后烘时间对SU-8胶光刻效果的影响,优化了光刻工艺参数。采用降低曝光剂量和延长后烘时间相结合的方法解决了高深宽比、细线宽SU-8胶膜制作困难的问题,制作出高质量的微电铸用光刻胶模具。最后,在上述试验结果基础上制作了一种高深宽比、无源MEMS惯性开关。其外形尺寸为3935μm×3935μm×234μm,其中最细线宽12μm,单层最大深宽比达10∶1,多层最大深宽比达20∶1。     

高精度反射器蜂窝拼接工艺

为解决反射器型面精度低的问题,通过对反射器的蜂窝拼接工艺特性进行理论分析,得到最优的拼接工艺,并采用该工艺进行试验验证。结果表明:正六边形蜂窝芯子拼接次数一般为3次或6次时,利于拼接后蜂窝结构对称,格型规整,降低面内刚度分布不均性,提高反射器型面精度;J-310A胶膜可作为高精度反射器的蜂窝拼接胶黏剂的首选,因其方便施工,固化后厚度尺寸小,大大降低不同材料的膨胀不匹配和刚度突变的影响,利于提高反射器型面精度;固定夹预加压后再与反射器共固化可以作为目前最优拼接工艺方法,此方法操作简便、成本较低;采用改进后的蜂窝拼接工艺制备的口径1. 8 m反射器,其型面精度RMS=53μm,相比传统的工艺提高了25μm,且能满足设计要求。实验结果显示蜂窝合理的拼接方法可以有效避免泡沫胶与蜂窝的膨胀不匹配的影响,减少拼接处胶黏剂与蜂窝刚度突变的影响,提高蜂窝结构对称性,大幅提高反射器型面精度。采用此工艺方法拼接蜂窝还可以有效降低用胶量,减轻产品结构质量。     

水下搅拌摩擦加工对AZ91镁合金组织和力学性能的影响

在空气中和水下对AZ91镁合金铸造板材进行搅拌摩擦加工,并对材料的微观组织和力学性能进行了分析测试。研究结果表明:由于水的强制冷却作用,水下搅拌摩擦加工板的搅拌区面积小于空气中加工板,两种板材搅拌区的微观组织均得到了显著细化,平均晶粒尺寸分别为1.9μm和3.5μm;热机影响区均形成了纤维状组织,且水下搅拌摩擦加工板的组织更为细小;空气中加工板的热影响区出现了组织粗化,而水下加工板的热影响区的晶粒尺寸与母材相当。两种加工工艺均使第二相β-Mg17Al12由原始铸态组织中连续网状变为颗粒状。由于水下加工板的组织更为细小,其硬度、抗拉强度和伸长率较空气中搅拌摩擦加工板高。     

电镀立方氮化硼砂轮在超深小孔磨削中的应用

1 工艺方案的提出图1所示导杆是某工程中的关键零件,材料为1Cr17Ni2,热处理HRC38～44,导杆长度为232?mm,内孔尺寸6C9(+0.10+0.07)深42?mm,表面粗糙度Ra?0.8?μm.对外圆14f7(-0.016-0.034)的同轴度0.08?μm,该零件形状较复杂,内孔小而深,尺寸精度、形位公差和表面粗糙度的要求都较高,很难加工.     

ZYTC600专用镗床精密转台微调机构设计与分析

为解决框架类零件的高位置度孔的精密镗削加工问题,研发了ZYTC600专用镗削机床.其精度指标优于现有的通用镗床(包括进口镗床),尺寸在500mm范围内,同轴度优于2μm,垂直度优于5μm,其中的关键部件双回转轴系分度精密转台采用了一套精密调整机构,可以实现0.2s”的精密调整,通过有限元分析得到其驱动刚度可达到800N/μm,可以满足加工需求.     

不同冷却介质下多道次搅拌摩擦加工对 AZ91镁合金组织和性能影响

对铸态 AZ91镁合金板进行了三种不同冷却条件下的多道次搅拌摩擦加工,即两次空气、一次空气和一次水下、两次水下的搅拌摩擦加工,并对其组织和力学性能进行了研究。研究结果表明：在多道次搅拌摩擦加工过程中,剧烈的塑性变形使搅拌区内呈网状的第二相β-Mg17 Al12显著破碎变成细小颗粒状,搅拌区的微观组织均得到了显著细化,三种不同冷却条件下样品的平均晶粒尺寸分别为5．8μm,1．4μm 和0．8～1μm;两次水下加工的组织更为细小,其显微硬度、抗拉强度和延伸率较其他两种冷却条件下多道次搅拌摩擦加工样品的高,分别为94．7 HV,355．5 MPa 和31．5％。     

低温超塑性钛合金的超塑性研究

对一种超塑性温度相对较低的双相钛合金SPZ的超塑性能进行了研究.结果表明:740～800℃,应变速率恒为1.11×10-3s-1时,SPZ合金的最大拉伸延伸率均超过1600%;760°C,合金的超塑延伸率可高达2149%.760℃,应变速率高达1.11×10-2s-1时,合金的超塑延伸率仍可达1380%.也就是说,700℃/1hAC处理后,SPZ合金在试验温度范围内具有低温高速超塑性.SEM观察发现,超塑变形前,合金的晶粒细小均匀,平均晶粒尺寸只有0.89μm;应变速率为2.22×10-3s-1,740℃,760℃变形后SPZ合金的晶粒尺寸分别为1.51μm,2.33μm.超塑性变形的微观机制是以晶界滑动为主,晶内变形以及位错蠕变起了协调作用.     

单层钎焊CBN成型砂轮加工钛合金的尺寸精度和表面完整性(英文)

采用单层钎焊CBN成型砂轮进行钛合金榫头磨削试验。测定了试样尺寸精度,结果表明其达到了航空发动机叶片榫头的加工要求。同时,测定了试样的表面残余应力,表面粗糙度,微观组织和显微硬度,并和陶瓷结合剂CBN成型砂轮加工试样进行对比。在所采用的试验条件下,所有试样获得的都是表面残余压应力,表面加工影响区小于40μm。虽然能从试样表层晶粒的细化观测到塑性变形,但是在距表面100μm范围内未观测到相变发生。相比于陶瓷结合剂CBN成型砂轮,单层钎焊CBN成型砂轮加工试样的表面残余应力和加工硬化程度更小。所有试样的表面粗糙度都在0.8μm以下。     

微小刀具同轴全息对刀方法研究

针对现有对刀方法存在的各种不足,提出了一种微小刀具的同轴全息对刀方法。在对全息成像原理和全息图像关键问题进行研究与分析的基础上,搭建了一套微细铣刀的全息对刀检测装置,并利用标准刀具在五轴加工中心进行了微细铣刀的对刀测量试验。试验结果表明:该对刀装置能够高效地进行微细铣刀的对刀检测,系统相对检测精度达5.1μm。在相同检测条件下,与高精度机外预调仪的测量结果相比,接触式对刀仪的相对误差为0.033%,而全息对刀样机的相对误差为0.007%,后者更能有效地实现微小刀具的对刀检测。该结果验证了微小刀具的同轴全息对刀方法的可行性,即全息测量可用于微细铣刀的高精度对刀。     

超塑变形对TC4 室温力学性能的影响

在T=880℃和ε=9.8 ×10-4 s-1下,进行了TC4圆筒件超塑成形试验,研究了超塑变形量对TC4室温强度、疲劳性能和金相组织的影响.结果表明:随着变形量的增加,晶粒尺寸增大.当超塑胀形延伸率e为55％时,晶粒尺寸由供应态的约8μm增加为约20 μm.随着e增加,TC4室温下的屈服强度、抗拉强度和条件疲劳强度降低.当e为55％时,材料的屈服强度、抗拉强度下降约7％;循环周期为106下的疲劳强度下降约10％.     

Ti/Al叠层结构低频振动制孔试验研究

钛合金与铝合金叠层构件的装配孔制备过程中存在孔壁质量差、尺寸超差等问题,为解决该问题,开展了低频轴向振动扩孔、铰孔与传统扩孔、铰孔的对比试验,重点分析了其在切屑形态、加工质量等方面的差异.结果表明,振动制孔技术能够产生C形或发条形切屑,利于切屑排出,减小铝合金孔壁的划伤.使用振动辅助技术进行一次扩孔与一次铰孔后,钛合金与铝合金孔壁粗糙度均可低于Ra0.6μm,孔径精度可满足H7公差等级,出口毛刺高度小于200μm.     

蒸汽腔平板微热管仿真及传热性能测试

平板微热管是一种新型的气液两相流传热器件,在空间有限的紧凑器件热控系统中应用更有优势,但是目前性能仍有很大提升空间。首先分析了具有蒸汽腔的平板微热管的工质输运特性,设计并制作了体积为45mm×16mm×1.75mm的蒸汽腔微热管,其中蒸汽腔的深度为200μm。制作了同样尺寸的无蒸汽腔微热管进行传热性能对比。试验结果表明,仿真分析与试验的温度差异在10%左右,高速图像采集系统采集图像与仿真图像可以较好地吻合。当输入功率为6W时,蒸汽腔热管的平衡温度为70.4℃,而相同功率下没有蒸汽腔热管的平衡温度为118℃。在1~6W输入功率下,蒸汽腔热管的平衡温度要明显低于没有蒸汽腔热管的平衡温度,因此蒸汽腔对于减小气态工质循环阻力,提高微热管传热能力有较大影响。本研究可为平板微热管的优化设计提供借鉴。     

固体火箭发动机两相内流场的连续介质-离散颗粒耦合混合模型数值模拟

为解决含Al推进剂固体火箭发动机内流场两相流动的数值模拟问题,采用将颗粒相视为连续介质和离散颗粒相结合的综合方法,建立起气相与颗粒相的双向耦合混合模型。针对颗粒类型与粒径尺寸的不同,采用拉格朗日法描述大粒径颗粒,平衡欧拉法描述小粒径颗粒,克服了现有模型难以全面考虑颗粒尺寸效应而使模拟精度下降的困难,通过算例验证了该混合模型的有效性和准确性。针对含Al推进剂固体火箭发动机内流场湍流气粒两相流动进行了数值模拟,分析了不同粒径尺寸颗粒的分布及其对发动机内流场和结构性能的影响情况。结果表明,大颗粒粒径在跨喷管段变化明显,平均减小30%。粒径40μm以上的颗粒易破碎,且燃烧效率进入平台区,较10μm颗粒下降50%以上,其Al含量均大于60%。     

TC4钛合金深孔钻削试验研究与机理分析

TC4钛合金深孔钻削过程中钻削温度高、排屑路径长,加剧刀具磨损,影响深孔加工质量和精度。为制定可用于实际生产的钛合金深孔钻削加工参数,开展TC4钛合金深孔枪钻加工试验。试验结果表明,钻削温度受钻削速度影响较大,进给量的影响不显著;孔径和圆度随着钻削速度的增加而增大,同轴度随着切削速度增加而先增大后减小;孔的表面粗糙度随着钻削参数的增加而增大,且大参数下深孔表面质量进一步恶化;各组试验加工硬化层在30μm左右,且随着钻削速度增加,切屑挤压变形严重。综合分析后制定的干切削条件下TC4钛合金深孔枪钻的钻削速度为20m/min,进给量为0.08mm/r。     

六转子微型飞行器及其低雷诺数下的旋翼气动性能仿真

提出了一种新结构的六转子无人飞行器的概念,该飞行器可以在空间任意方向飞行,甚至可以在地面上滚动前进。分析了其可能的三种构型并给出了各自的运动方程,给出了三轴解耦时该飞行器的配置方式及转子空间位置。由于该飞行器具有小尺寸外形、低重量和飞行速度慢的特点,根据转子速度、弦长和飞行模态,计算得该飞行器的雷诺数变化范围为1×104到12.8×104。以选用的Eppler 387翼型作为分析对象,采用正投影混合网格方法对其在低雷诺数下的气动性能进行研究,得到了雷诺数分别为1×104,2×104,3×104和6×104下对应不同迎角的升力系数、阻力系数和升阻比,并对雷诺数为6×104下的升力系数仿真结果同试验结果进行了对比,二者具有较好的一致性。制作了六转子微型飞行器样机,实现了垂直起降及慢速前飞。     

凯夫拉有机纤维和碳纤维增强复合材料的振动-冲孔

凯夫拉-49有机纤维复合材料要进行切割和机械加工而不出现脱层、裂纹、凸起和起毛等缺陷是困难的,而且切削工具的寿命非常短。为了解决这个问题,试验了镜面精冲工艺——振动-冲孔,主要用于冲加工飞机上复合材料的铆钉孔和紧固孔。试验证明,在0.4—0.8s冲压振动时间内,将孔表面加工成带有完美线性截面且Rmax为5-9μm的光滑表面,几乎没有任何困难。此外,冲孔的尺寸精度与精冲金属薄板的精度一样高。这些结果说明,振动-冲孔可能是代替目前的钻孔和机械加工的一种工艺。     

超声波/离心组合喷嘴性能研究

采用试验研究方法初步探索了一种超声波/离心组合喷嘴应用于航空发动机燃烧室的可行性.对该组合喷嘴开展冷态试验,得到了其流量特性和雾化特性(包括油雾索太尔平均直径(SMD)和雾化锥角),设计加工了横截面尺寸为117mm×60mm的单头部矩形燃烧室模型,并在不同进口条件下开展了相关的燃烧性能试验.结果表明:在冷态情况下,喷嘴流量特性符合传统离心喷嘴的流量特性,流量与供油压差呈二次函数关系;喷嘴雾化细度较好,无气状态下,油雾SMD在38~45μm之间变化,在满足产生超声波要求的气压条件范围内油雾SMD在8~12μm之间变化;喷雾锥角主要受供气条件影响,供油压力对喷雾锥角基本无影响;装有该喷嘴的模型燃烧室在所有试验工况下均可以稳定燃烧,燃烧效率最高达到99%.      

跨声速风洞现代试验设计方法应用研究

针对单变量风洞试验方法存在试验结果表达不直观、试验效率低、忽略变量间交互作用等缺点,在2.4m×2.4m跨声速风洞开展了现代试验设计方法应用研究。分析了试验区间划分、数据量确定、数据点分布等试验设计重要环节,开展风洞试验获取了各试验点的气动系数,建立了试验数据的响应面模型,并通过查看额外试验点是否落入模型95%置信区间的方式评价了所建立模型的拟合精度。结果表明,本文提出的MDOE风洞试验方法仅需传统方法20%的数据量,吹风时间仅占传统方法的50%,同时在试验结果表达、更多响应值的提供、交互作用体现等方面更有优势。     

微型燃气轮机喷嘴射流和雾化特性研究

为在微型燃气轮机内营造低氧贫燃氛围以实现液体燃料的节能减排,利用可适性多普勒激光测速仪APV/LDV对改造喷嘴附近截面进行了测量和分析,用以考查近喷嘴处的气液混合夹带情况以及雾滴尺寸及分布。结果发现：增加外部涡旋气流后,喷孔附近雾滴的动量增大,雾锥内出现一小回流区,对应湍流度较大区域附近;燃烧时较大切向动量及湍流度利于空气与周围高温烟气迅速混合形成低氧环境,并和雾滴掺混进行热量和动量的传递;喷孔出口雾化角增大,使得雾滴更加分散,利于雾化、气液混合和传热传质;所有实验工况雾滴平均直径低于50μm,且为偏高斯分布。该研究为液体燃料喷嘴的设计提供了参考,可作为微型燃气轮机燃烧室热态反应物流场的参考依据。     

高超声速风洞多天平测力试验技术研究

在同一次试验中通过安装多台天平测量多个部件气动力,可以更加详细地了解飞行器的气动特性,并可以降低试验成本、提高试验效率。多天平测力技术在亚跨超声速风洞中应用已经非常成熟。但是,在高超声速风洞中,由于模型尺寸小、来流温度高,多天平的布局比较困难,所以目前国内在高超声速风洞中进行的多天平测力试验相对较少。为满足型号研制的需要,在 CARDC 超高速所的Φ1m 高超声速风洞上开展了多天平测力试验技术研究。选取某飞行器的3个控制舵为研究对象。针对试验模型径向尺寸小,而轴向尺寸相对较大的特点,确定采用铰链力矩天平轴线与测量舵转轴互相垂直的“纵轴式”布局方式;采用合理的小型化六分量天平结构形式,升降舵天平测量元件的长、宽、高尺寸为20mm×20mm×25mm;为更加真实地模拟天平的工作状态,设计了专用的加载头,并采用单元加载和组合加载相结合的方法进行校准,校准结果表明,天平主要分量的静校准度均在0．7％以内;在采取温度补偿措施之后,零点漂移明显减小;采用了天平-舵偏角变换装置一体化设计,有效提高了定位和安装精度。在Φ1m 高超声速风洞上开展的 Ma＝5条件下的风洞试验结果表明,采用的多天平测力试验技术是可行的,可以应用到高超声速风洞测力试验中。