基于第二动力技术的TBCC综合能源展望

飞行器电能、液压能和气压能的功率需求由第二动力系统单独做功或提取发动机主轴功率供应。TBCC发动机模态转换后,第二动力系统无法从发动机主轴提取功率。因此,需要解决空天飞行器第二动力系统长时间大功率能量输出的问题。分析航空蓄电池、起动发电机、APU、GTS、ATS和RAT的技术特点、发展现状以及第二动力的发展趋势,结合高超声速飞行器的发展趋势,提出ATS/RAT组合和多电超导发动机/大比能的储能装置技术组合是实现空天高超声速飞行器综合能源的技术路线。     

厚壁碳/酚醛复合材料热压罐固化工艺优化

厚壁碳/酚醛复合材料在固化过程中容易产生较大的温度梯度,造成固化不均匀。为了解此类产品在固化过程中内部的温度变化和分布,通过在产品内部预埋热电偶的方式,开展了温度监测实验。同时采用DSC及凝胶实验对树脂的固化特性进行了分析。结果表明:在初期阶段的升温过程中,产品内部温度远低于罐体内的温度;酚醛树脂随着温度的升高,流动性能变好,在95~100℃时开始凝胶,出现聚合放热现象。依据以上实验结果对固化工艺进行了优化,主要包括延长各温度点的保温时间、延缓初期的升温速率、调整加全压的时机、增加树脂凝胶温度点的保温段。最后对优化后的固化工艺进行了验证,结果表明优化后的固化工艺合理,产品经超声波检测,内部缺陷大大减少,质量均一性得到了有效提高。     

TiB2颗粒对2195铝锂合金焊接头焊接性的影响

为了解决2195铝锂合金在焊接时裂纹敏感性高、焊接头软化等问题,通过调整焊丝的化学成分,添加微米级原位自生TiB_2颗粒,制备出BJ-4210焊丝,并对焊接头的抗裂性、力学性能及显微组织进行了研究。研究表明,TiB_2颗粒在熔池中作为形核质点,能够降低焊缝晶粒尺寸并且改变晶粒形态,从而有效的降低接头的裂纹敏感性,提高接头的力学性能,其拉伸强度达到370 MPa,延伸率为3.1%。BJ-4210焊丝的研制可为2195铝锂合金的工程应用提供技术支撑。     

2195铝锂合金钨极氩弧焊接工艺研究

针对2195铝锂合金在焊接时裂纹敏感性高、气孔敏感性高、易氧化等问题，开展氩弧焊接工艺研究，对焊接头的抗裂性、力学性能及显微组织进行了分析。研究表明，提高焊缝金属中的Cu含量，可以有效降低2195铝锂合金熔焊接头的裂纹敏感性，裂纹率K₁=0%,K₂=0%。2195铝锂合金单面双层焊接接头力学性能最佳，抗拉强度超过376 MPa，延伸率达到5.5%。提高焊接试板的清理深度可以解决焊接气孔敏感性高的问题，增加氩气拖后保护及背保护措施可以有效防止焊接氧化问题。熔焊工艺研究可为2195铝锂合金的工程应用提供技术支撑。     

基于多尺度的空间锂离子蓄电池单体电-热耦合模型

针对高比能兼顾高功率的锂离子电池,高电极载量、高压实、低电导等特性会显著增加电池大倍率放电的产热和内部温差,传统的热试验方法无法获取电池内部温度分布。将传统热试验与仿真相结合,以能量功率兼顾型空间锂离子蓄电池单体为研究对象,建立了一维电化学与三维热双向耦合模型,获取了电池在绝热环境下不同倍率放电的电压、温度和发热功率变化,仿真结果与实验值吻合度高,分析得到单体电池大倍率放电的本征热安全区间为0～75%放电深度(DOD)。同时,计算发现随着放电倍率的增加,放电结束时电池温度最高区域由电芯内部中心位置逐渐变成正极极柱,最大温差逐渐增大,3 C时达到0.82℃。假设增加底面恒温散热,3 C放电结束的最大温差高达11.18℃。本文建立的模型不仅适用于空间锂离子蓄电池单体的研发,还适用于电池组的热仿真设计。     

电动直升机关键性能指标及影响因素研究

本文基于电池、电机当前的技术水平和发展趋势，结合直升机性能估算方法，对某轻型直升机进行了全电化改型方案设计与性能计算，分析了改型前后续航能力和悬停升限等关键性能指标的变化，给出了电池能量密度、重量占比、电机功重比等对电动直升机性能的影响规律，提出了现阶段直升机全电化改型的建议。结果表明，当前电动直升机的续航能力仅能达到油动直升机的8%左右，但其悬停升限明显优于油动直升机，可根据实际任务场景，选择增加电池重量占比、加装辅助升力装置等方式提高电动直升机的续航能力。     

高高原低气压环境对锂离子电池循环性能的影响

随着锂离子电池在中国高高原地区及机场的应用，其在高海拔低气压环境下的循环性能及老化机制成为一个亟须解决的问题。对此，在96 kPa-25℃（常温常压）及60 kPa-25℃（常温低压）环境下，通过电池健康状态、直流放电内阻、电化学阻抗、容量增量及微分电压曲线等电池电化学特征参数对NCM523软包锂离子电池的老化行为进行了分析。研究表明:60 kPa低气压环境加速了锂离子电池老化进程，电池内部结构受60 kPa低气压应力影响，致使电池欧姆阻抗和电荷转移阻抗较常压工况分别增加6.22%和45.76%，锂脱嵌反应受限，电池界面动力学衰退；因电池阻抗增大造成以正极活性锂离子损失主导的循环容量加速衰减，电池健康状态衰减率较常压工况高3.08%。      

1420铝锂合金锻件质量管控措施

文摘1420铝锂合金锻件主要失效类型有成分偏析、氧化物夹杂和延迟开裂。本文根据失效分析的结果,结合对锻件从生产、检验、存放到最后加工为成品的整个工艺流程的研究和分析,提出了9个方面的质量管控措施,防止失效故障的发生,有效地提高了1420铝锂合金锻件的质量可靠性。     

水气吸附法评定树脂残碳密实度

通过水气吸附法研究了树脂残碳的密实度,以S-157 酚醛树脂、Q-913 酚醛树脂、硼酚醛环氧树脂体系

等6 种树脂为例进行说明,把6 种固化树脂粉体在氮气气氛中热解成碳,把残碳移入控制温湿度的实验环境内放置,

采用高精度的天平称量残碳不同时刻的质量变化,经过约200 min 的残碳吸附过程分析,获得残碳吸附空气中的水气

达到平衡后,树脂残碳在控制温湿度的环境条件下质量变化率与时间的关系,通过比较残碳的增重对其密实度进行

评定。采用扫描电子显微镜对残碳表面进行观察验证。结果表明:水气吸附能力可反映树脂残碳的密实度,在规定

温湿度环境内吸附平衡时,水气吸附量为残碳密实度的评定依据。

     

铝锂合金曲面件超低温成形工艺

针对铝锂合金室温成形性差和热成形性能弱化的难题,利用发现的超低温下伸长率与硬化指数同时提高的双增效应,提出铝锂合金曲面件超低温成形新工艺。通过2195铝锂合金板材在不同温度和热处理状态下的超低温变形行为研究,确定发生双增效应的临界温度为低于-140℃,伸长率可提高至40%以上、硬化指数达到0.44;利用建立的超低温成形工艺实验装置,首次试制出直径200 mm的2195铝锂合金球底曲面件,深径比达到0.55、成形极限提高104%;阐明超低温成形试件壁厚分布规律与回弹规律,最大减薄率为10.3%。