轻质高性能镁合金开发及其在航天航空领域的应用

镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料,在航天航空、轨道交通、汽车、3C(computer,communication,consumer electronics)产品等领域具有广阔的应用前景。但镁合金材料强度偏低,尤其是高温强度,其抗蠕变性较差；镁合金铸件容易形成缩松和热裂纹,成品率低,镁合金变形件塑性加工条件控制困难,导致组织与力学性能不稳定。介绍了高性能镁合金材料(非稀土镁合金、含稀土镁合金、镁锂合金)及其成形技术(重力铸造、低压铸造、压铸、挤压铸造、半固态成形、塑性成形)的开发现状,综述了其在航天航空领域的应用状况,并展望了今后的发展趋势。     

一种GEO卫星平台电推进轨道转移技术

为解决传统化学推进方式比冲小、燃料携带量大等问题,将化学推进平台改为全电推进平台。全电推进可节省卫星燃料,增加卫星载重比,延长卫星使用寿命,并且支持"一箭双星"发射。通过调研国内外全电推进卫星平台的进展情况,设计出使用电推进的轨道转移方案,并与传统推进方式进行对比。分析结果表明:卫星发射质量为2 700 kg,使用2台300 mN的推力器并联工作,从地球同步转移轨道(GTO)至地球同步静止轨道(GEO)的转移时间约为6个月,消耗燃料约650 kg,可满足任务需求。     

金属/聚合物基于摩擦连接技术研究现状

随着结构轻量化概念的逐渐普及和发展,聚合物及其纤维增强材料在航空结构逐步得到了应用。聚合物及其纤维增强材料具有密度小、比强度高、耐腐蚀、耐热性好等优异性能,采用金属/聚合物复合结构既可以提高结构整体使用性能,又可以减轻重量、节约成本、实现轻量化的目标。从金属/聚合物连接的背景意义出发,对胶接、机械连接、激光焊等几种在金属/聚合物结构的连接中应用范围较广且工艺较为成熟的方法的优劣势进行了分析,并重点介绍了金属/聚合物基于摩擦连接技术研究现状,主要包括搅拌摩擦缝焊、搅拌摩擦点焊、摩擦铆接、摩擦注射铆接以及摩擦自铆接5种连接方法在金属/聚合物结构连接中的应用情况。最后,对金属/聚合物连接技术所涉及的连接机理及未来的研究方向进行了总结与展望。     

一种基于热管理的热端部件轻量化研究

基于对航空发动机使用热管理的思路,采用单向流固耦合(fluid structure interaction,FSI)算法,在等冷气耗量条件下,对旋转轮盘内应力水平与其盘心开槽加热及轻量化的关联性进行了计算研究.在转速为10000 r/min,盘腔冷却空气进出口边界条件、盘内外缘加热热流密度均保持不变的条件下,借鉴双辐板...     

机载蒸发循环系统结构的轻量化设计

机械结构作为机载蒸发循环系统主要的支撑件,具有较大的质量并承受来自直升机的振动冲击作用,其结构性能影响着整个系统的正常功能,在保证足够强度和刚度的前提下,对结构进行轻量化设计具有重要的理论意义和实用价值。首先,采用ANSYS软件对机载蒸发循环系统进行有限元分析;然后,借助Pro/E与Ansys Workbench之间的双向参数实时传递功能,对结构进行参数化设计,在此基础上采用灵敏度分析法获取对模型优化目标影响较大的关键尺寸参数;最后,采用多目标遗传算法对结构进行优化设计。结果表明:在满足设计要求的前提下,结构质量比原来减少了24.4%,得到了最佳结构参数,实现了轻量化目的。     

专注超薄、超轻复合材料研究,引领中原先进复合材料发展 ——走进河南省碳纤维复合材料国际合作实验室

超薄、超轻先进复合材料具有力学性能好、对薄壁及复杂型面适应性好、节省材料消耗、减重效果显著等优点,被视为下一代航空航天复合材料的重要组成部分,也是海洋、通信、新能源等其他高端制造领域的重要的轻量化材料之一,对减少碳排放,减轻全球变暖具有重要意义。河南省碳纤维复合材料国际合作实验室依托河南工业大学“机械工程”一级学科博士点及博士后科研流动站、“机械设计及其自动化制造”国家一流本科专业,立足河南,面向国家战略新兴产业主战场,是河南省碳纤维复合材料的科学研究基地,也是国内以超薄碳纤维纱、带、织物增强树脂基复合材料为研究特色的国际合作实验室。围绕该研究方向获国家授权发明专利12项。     

嫦娥五号轻量化高精度上升器结构设计

针对嫦娥五号上升器结构面临的轻量化设计要求严苛、有效载荷接口精度要求极高和有效载荷指向变化预示精度要求很高的难题,提出至顶向下的结构轻量化设计方法,使得上升器结构自重降低到整器重量的6.2%(47.758 kg);建立压紧和精度保持功能分离、双坐标系分级实现高精度的结构设计方法,实现相关有效载荷的结构安装接口精度达到400 mm×400 mm区域平面度小于或者等于0.05 mm;探索出综合了有效载荷自身和安装结构耦合效应的有效载荷在轨指向变化预示方法,实现准确、高效、快速地对有效载荷指向变化进行角秒级高精度评估。这些方法支持完成中国月面无人自动采样返回任务,并最终促进中国航天器结构技术的发展。     

ULE?叠层反射镜二维等效建模方法研究

ULE~?叠层反射镜是实现大口径、低面密度、高刚度空间反射镜的有效途径。为提高ULE~?叠层反射镜设计效率,文章基于蜂窝夹芯结构均质板等效理论,推导了叠层反射镜二维等效模型建模方法,利用有限元法计算二维等效模型自由模态频率,对比详细模型计算结果,验证等效模型计算精度,并结合设计实例验证该二维等效模型在叠层反射镜优化设计中的有效性。分析结果表明,叠层反射镜面密度大于40kg/m~2时,二维等效模型模态频率计算误差优于4%,满足优化设计精度要求。文章提出的叠层反射镜二维等效建模方法大幅缩减叠层反射镜有限元模型规模,实现叠层反射镜有限元模型高度参数化,有效提高了叠层反射镜设计效率。     

轮盘结构对向心涡轮内部流动影响的数值研究

采用数值方法对燃气轮机带有冷气封严的向心涡轮开展研究,对比分析了不同轮盘结构向心涡轮总体气动参数差异及内部复杂二次流的动力学机制。研究表明:扇形与深度扇形向心涡轮相比常规结构效率分别下降1.7%,3.5%,冷气量分别降低12.2%,16.3%,冷气量主要由高速旋转盘的"泵吸效应"决定。叶背间隙泄漏流在进入流道处受同向的离心力及科氏力,表现为向叶顶方向运动;盘腔冷气在进入流道处受到的离心力与科氏力相反,且科氏力占主导地位,表现为贴壁运动;在往下游运动过程中两股流体逐渐演变为主要受离心力影响并向叶顶发展。深度扇形向心涡轮冷气与叶背泄漏流掺混后,在流道中部形成大尺度旋涡,是其气动效率显著下降的根本原因。