航天先进轻合金材料及成形技术研究综述

轻合金是现代航天装备轻量化首选材料,高性能轻合金构件制造能力决定了我国航天装备的功能水平与竞争力。为推动先进轻合金材料及成形技术在航天领域的应用,对高性能轻合金材料、铸造、钣金成形、增材制造等技术领域在基础理论、工艺开发、装备研制、工程应用等方面的发展现状进行了梳理,提出了高强耐热铸造镁合金材料、高性能钛铝合金材料、高性能镁合金熔模精密铸造、数字化铸造、旋压成形、超塑成形、钛/铝合金电弧熔丝增材制造等相关技术的后续发展方向。     

Effect of bristle pack position on the rotordynamic characteristics of brush-labyrinth seals at various operating conditions

Over the last few decades, the research on the effect of bristle pack position on the rotordynamic characteristics of the brush-labyrinth seals is not sufficient. To this end, two kinds of brush-labyrinth seals for the bristle pack element installed upstream of the labyrinth teeth named BSU and installed downstream of the labyrinth teeth called BSD were used to investigate the effect of bristle pack position on the rotordynamic characteristics of the brush-labyrinth seals. Using the numerical model combining the porous medium model and the whirling rotor method, the rotordynamic characteristics of the BSU and BSD at various operating conditions including four kinds of pressure ratios, five kinds of inlet preswirl speeds and four kinds of rotor spinning speeds were conducted. The obtained results show that the effects of operating conditions on rotordynamic coefficients for the different seal configurations are different. The direct stiffness, cross-coupled stiffness and direct damping of the BSU are lower than those of the BSD. The rotordynamic coefficients of the BSU are more insensitive to the operating conditions variation. From the perspective of the seal stability, the BSU is a better brush-labyrinth seal configuration at high pressure ratio, high positive preswirl or high rotor spinning speed conditions. While in the case of low pressure ratio, low positive preswirl or low rotor spinning speed conditions, the BSD is a better choice.     

基于连续损伤模型的复合材料波纹梁压溃分析

复合材料的耐撞性受到了广泛重视,而波纹梁因其优异的抗屈曲构型被广泛应用于飞机翼梁和直升机底板等经常发生碰撞的结构中。进行了复合材料波纹梁的屈曲分析,研究了高度对波纹梁破坏模式的影响。建立复合材料波纹梁的连续损伤单波模型,层内基于Hashin判据建立含损伤因子的损伤刚度矩阵,层间根据二次名义应力准则和B-K准则模拟损伤演化,并通过典型复合材料波纹梁压溃试验验证了所建立模型的正确性。基于单波分析模型,通过施加周期性边界条件和反对称边界条件,研究了多波结构的吸能特性。     

酚醛树脂基纳米多孔材料的制备及结构调控

酚醛树脂基纳米多孔材料（Phenolic Resin-based Nanoporous Materials，PNM）是满足新一代航天飞行器轻质、高效隔热需求的新型热防护材料，传统制备方法中需使用超临界干燥技术，制备周期长、成本高。本研究通过两步法，即先合成线性酚醛树脂，再进行溶胶-凝胶的方法，实现了常压干燥PNM的制备。系统研究了固化剂含量、固化温度和固化时间对材料结构的影响和调控作用，分析了影响材料收缩率和热稳定性的因素。结果表明，PNM的微观纳米结构的变化会影响材料干燥后的收缩率，制备大颗粒、大孔径的微观结构更有利于降低材料的收缩率。而PNM的热稳定性主要受交联反应过程形成的化学结构的影响，通过优化固化剂的含量可提高PNM的热稳定性。当固化剂含量为10%，固化温度提高至150℃，固化时间延长至48 h的条件下，获得的PNM有最高的热稳定性（900℃下的残碳率为54.2%）、最发达的孔结构（比表面积为264.0 m²/g、孔容为2.67 cm³/g、平均孔径为40.0 nm）和最小的收缩率（0%）。此PNM制备方法简单、性能优异，在未来航天飞行器上有广阔的应用前景。     

无缓凝剂磷酸镁修补砂浆的力学性能实验研究

磷酸镁水泥(Magnesium phosphate cement,MPC)是一种快速修补型胶凝材料,具备快硬、早强、高强、粘结力强、耐久性好等优点。首先运用正交试验方法,通过控制胶砂比、氧化镁与磷酸二氢盐的物质的量比(M/P)和水胶比,确定了基准MPC修补砂浆的最优配合比。然后研究了粉煤灰和磨细矿渣对MPC修补砂浆抗压强度和抗折强度的影响,分析了其强度特征。结果表明,MPC修补砂浆的最佳M/P比为6∶1,胶砂比1∶1。掺加粉煤灰的MPC修补砂浆具有较高的强度尤其是抗折强度,适宜作为道路与机场道面的快速修补材料。掺加磨细矿渣的MPC修补砂浆,其力学性能不如掺加粉煤灰的MPC修补砂浆。此外,MPC修补砂浆的抗折强度和抗压强度之间具有密切的线性相关关系,且与养护龄期、原材料来源与烧结温度、是否掺加缓凝剂和矿物掺合料、M/P比和水胶比等因素无关。     

复合材料构件热压罐成型模具温度均匀性分析

热压罐固化中成型模具的温度分布对复合材料固化质量有显著影响,提高与构件直接接触的模具型面温度均匀性有利于改善内部温度梯度,减小固化变形,提高成型精度。本文以复合材料构件热压罐框架式成型模具为对象,应用有限元方法,分析模具温度的分布,研究模具支撑结构对型板表面温度均匀性的影响。研究表明,支撑板厚度越薄,温度均匀性越好,与进气风口平行方向的支撑板对温度均匀性的影响更为显著,因此可优先考虑增加与进气风口垂直方向支撑板厚度来增加模具刚度。在保持面积不变的前提下,改变散热孔的形状,发现菱形与圆形散热孔具有较强的抗变形能力,而方形散热孔使得型板表面温度分布更加均匀。通过控制散热孔的布局改变风道时,发现T型风道对于改善温度均匀性的效果最佳。     

基于结构健康监测的飞机结构 MSG-3 分析

结构健康监测(SHM)技术被广泛引入到了飞机设计与维护,本文依据现阶段SHM技术的发展现状,将SHM技术与MSG-3分析思想融合,制定了一种针对采用SHM技术飞机结构的计划维修分析流程。     

改进层次聚类法在复合材料敲击检测中的应用

伴随复合材料的迅速发展,其在航空航天方面的应用也日益普遍,但因复合材料的各向异性,在制造过程中会导致某些缺陷的产生。敲击检测作为一种实时原位的无损检测,在复合材料的检测中效果明显。由于敲击检测尚未找到合理的数据处理方法,所以其应用范围受到限制。从解决敲击检测数据处理方法的角度出发,提出将改进层次聚类法应用于敲击检测中,并在应用实例环节对该方法进行了应用,通过实验结果对比,表明改进层次聚类方法可以解决敲击检测数据处理的问题。     

光纤环及其骨架材料膨胀系数测量方法研究与实现

介绍了一种光纤环及其骨架膨胀系数的简易测量方法,并组建了测量系统。利用铝材和不锈钢,对系统的可行性进行了验证,同时用该系统测量了光纤环及不同骨架的膨胀系数,并对实验数据进行了分析研究,实验结果表明：该系统能够为找出与光纤环相匹配的骨架材料提供技术支撑,具有一定的实用和推广应用价值。     

Ω长桁和T长桁的工艺对比分析研究

在飞机复合材料蒙皮类构件的设计制造过程中,早期设计阶段,对不同长桁结构进行工艺对比分析研究,有助于提高加筋壁板的结构性能、便于工艺优选、节约制造成本,实现面向制造的低成本最优化设计。针对飞机复合材料蒙皮与Ω长桁、T长桁共固化的典型结构,阐述二者的制造流程及工艺特点;从制造工艺、工时、花费、产品重量和抗冲击性能等方面,对比Ω长桁和T长桁的优缺点;提出在飞机设计制造的并行工程中进行不同结构工艺分析的方法。结果表明:Ω长桁相对T长桁,具有重量轻、抗冲击性能好等优点,但其制造工艺更为复杂,报废率高,制造成本较高。