搅拌摩擦加工调控镁合金组织与耐腐蚀性能的发展现状与趋势

近年来，航空航天领域轻量化进程发展迅速，镁合金在其中扮演着越来越重要的角色。然而，镁合金耐腐蚀性不佳的特点制约了镁合金的应用范围。本文综述了搅拌摩擦加工技术调控含第二相镁合金耐腐蚀性能的研究现状，从动态再结晶和加速第二相破碎、固溶两个角度，论述了搅拌摩擦加工调控镁合金组织的基本原理，并分析了搅拌摩擦加工改善含粗大第二相镁合金耐腐蚀性的原因，为改善含粗大第二相镁合金的耐蚀性提供了技术途径和研究方向。     

基于ProCAST的镁合金惯组支架砂型铸造工艺研究

为实现镁合金惯组支架的高效率、高质量研制,使用ProCAST软件仿真优化ZM5镁合金惯组支架铸造工艺。通过对充型、凝固过程进行分析,发现铸件内部的3条薄壁筋板易出现浇不足、冷隔缺陷,圆弧面内侧厚壁筋条易出现缩孔、缩松等缺陷。经过优化设计,通过采取增加薄壁筋板厚度、调整内浇道位置、改变厚壁筋板上侧冒口结构等措施,较好地避免了上述铸造缺陷的产生,获得了合格的支架铸件。数值模拟仿真技术可应用于绝大多数航天构件的铸造过程分析,实现构件快速研制。     

镁合金在航天器上的应用分析与实践

镁合金具有比强度、比刚度高,阻尼性好,电磁屏蔽能力、抗辐照能力强等优点,是特别适合航天器选用的轻质金属材料。文章针对航天器结构轻量化的发展需求,结合镁合金在航天器中的不同应用情况,分析了镁合金存在的耐腐蚀性、焊接和加工成型等工艺问题,给出了具体工艺方法和措施建议。     

镁合金电子舱体浇注系统设计与快速熔模铸造

为了满足航天器大型复杂薄壁镁合金构件减重与快速制造需求,以某镁合金电子舱体为例开展了熔模铸造工艺研究。通过选区激光烧结(SLS)3D打印技术制备了舱体熔模,设计了3种浇注系统,采用ProCAST软件对舱体的低压铸造过程和铸造缺陷进行了模拟。研究结果表明,3D打印的聚苯乙烯熔模在烧除过程中未导致型壳胀裂问题的出现。低压铸造结合缝隙式浇注系统可满足镁合金熔体的平稳充型和完全补缩,实现了镁合金舱体铸件的快速熔模铸造成形。     

数控铣床加工钛合金薄壁肋条结构件

介绍了在数控铣床上加工钛合金薄壁肋条结构零件的加工工艺,以及数控加工程序的编制。选择与钛合金亲和力小的YG类超细颗粒硬质合金刀,刀具后角取a:10°～15°。主轴转速470r/min左右,切削速度21～27m/min,走刀速度0.04～0.07mm/min,采用10号机油作冷却液。     

AZ31镁合金搅拌摩擦焊工艺研究

采用带螺纹的搅拌头对10mm厚的镁合金在不同的工艺参数下进行搅拌摩擦焊,并观察了焊缝的表面形貌和显微组织,结果表明:当n/v比在一定的合适范围内时,才能获得焊缝成形优良的接头;焊核区的金属在搅拌头摩擦热和旋转搅拌的作用下发生塑性变形,并产生细小等轴状的动态再结晶晶粒,晶粒大小约为4.5μm,β-Mg17All2经过搅摩擦焊后弥散分布;前进侧和返回侧的金属均沿着焊核边缘向上迁移,前进侧焊缝过渡区域金属流变剧烈,而返回侧过渡区域的金属流变较缓和,存在一个渐变的过渡区域。     

基于NSGA-Ⅱ算法优化的SiC_p/Al复合材料超声磨削表面评价研究

碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiC_p/Al)具有优异的机械物理性能,也是一种典型的难加工材料,加工表面易产生裂纹、凹坑等缺陷,使用表面粗糙度难以有效表征评价该类材料的表面加工质量。针对SiC_p/Al复合材料加工表面质量表征评价困难的现状,文章提出了综合反映SiC_p/Al复合材料已加工表面形貌特点的特征参数Scr的概念,并以其为优化目标,基于NSGA-Ⅱ算法对SiC_p/Al复合材料超声振动磨削加工进行了工艺参数优化,获得了优化工艺参数组合为主轴转速n=15 000 rpm、进给速度v_f=5 mm/min、磨削深度a_p=15μm、超声振幅A=5μm。对工艺参数优化方法的有效性进行了实验验证,结果表明,采用优化后的工艺参数提高了SiC_p/Al复合材料的加工表面质量,特征粗糙度能够有效表征SiC_p/Al复合材料的加工表面质量。     

基于PVDF敏感器的空间碎片撞击航天器感知定位技术

从理论和实验两个方面开展了基于PVDF(Polyvinylidene Fluoride)压电薄膜敏感器的空间碎片撞击航天器感知定位技术研究,分析了基于双曲线理论的定位方法,并在理论分析的基础上,利用气枪和超高速弹道靶分别开展了平面铝板、曲面铝板等单层结构和Whipple结构下的验证实验。弹丸速度范围100m/s-3km/s,实验靶材为2mm厚的单层铝板和铝板厚为1mm、前后间距为10cm的Whipple结构,靶材上安装了4个PVDF传感器。研究结果表明：基于PVDF传感器的感知定位技术可实现空间碎片撞击航天器的位置定位,是一种可应用于航天器在轨感知空间碎片撞击系统的可选技术。     

焊后热处理对7050铝合金FSW接头的影响

对20mm厚7050-T7451铝合金进行搅拌摩擦焊和接头的焊后热处理。对比分析了热处理前后接头的组织和性能。结果表明:在搅拌头旋转速度300r/min,焊接速度50mm/min时,接头抗拉强度为426MPa,延伸率为8.2%。经过固溶时效处理后,接头组织细化,并析出大量第二相粒子,接头性能进一步提高,抗拉强度达到511MPa,延伸率为8.5%;热处理前接头均断裂于前进侧热影响区,与接头的硬度分布有对应关系。热处理后,接头断裂于焊核区。热处理前后接头断口均表现出韧性断裂特征。     

铝合金散热板砂铸技术研讨

铝合金散热板是航空航天工业电子组装件上的常用零件。多用会属型铸造。在非大批量生产且生产周期不允许金属型铸造时,采用砂铸是常用而经济的工艺方法。由于片薄、间距小的结构特点,若不掌握关键工序的操作技术,砂铸件将大批量报废。本文从生产的角度对铸件的结构设计提出意见;在砂铸工艺技术方面(包括缺陷及分析)进行了探讨,认为砂铸散热板类铸件的技术关键是砂型的紧实度及其均匀性和砂型排气问题。文中对砂铸手工造型技艺作了简述。     

固体火箭发动机药柱裂纹灌浆修补技术研究

采用灌浆修补技术对固体火箭发动机药柱裂纹进行了修补,对修补区域药柱的力学性能、能量特性和燃烧性能进行了测试试验,并对发动机修补端面燃面推移规律和发动机内弹道进行了仿真,分析了发动机和修补区域的结构完整性。试验和计算结果表明,发动机装药裂纹灌浆修补法有效。     

胶接法修补固体发动机药柱裂纹技术

使用胶粘剂对固体发动机药柱裂纹实施修补,通过单向拉伸试验测定修补区域药柱的力学性能来验证修补的有效性,并使用高温加速老化预测药柱修补区域的贮存寿命;进行了发动机药柱结构完整性分析,比照试验数据和理论计算结果,证明胶接法可对发动机药柱裂纹实施有效修补。     

航天用大力矩高精度超声波电机研究

超声波电机与传统电磁型电机不同 ,它是一种靠摩擦驱动的新原理电机 ,具有低速大力矩、响应快和功率质量比大等特点 ,能直接驱动 ,适合航天领域的应用。先简单介绍超声波电机的特点及其在航天领域的应用情况 ,随后介绍了所研制的一种低速大力矩超声波电机的结构、摩擦材料、特性和步进定位控制策略 ,其结构型式为纵扭复合型 ,样机直径为 80 mm ,堵转力矩达到了 13Nm,转速 12 .5 r/min,重复定位精度优于 0 .0 2 0°,纵扭振动的一阶谐振频率较接近 ,电机的工作频域较宽 ,近 7k Hz,起动时间在 5 m s左右 ,关断时间在 2 m s以内。     

短切炭纤维/酚醛树脂胶粘剂的配方研究

为确定最佳组分含量,采用正交实验法对“酚醛树脂(PF) 纳米S iO2粉 石墨粉 ZrO2粉 短切炭纤维”胶粘剂体系进行了配方研究,并探讨了组分含量对胶粘剂性能的影响。得到的最佳配方为“PF 2%纳米S iO2粉 1%石墨粉 1%ZrO2粉 4%短切炭纤维”,其对石墨材料的粘接强度达11.6 MPa,胶粘剂本体线烧蚀率为0.058 mm/s,质量烧蚀率为0.0732 g/s。胶粘剂可进一步用于粘接修复C/C复合材料喉衬构件的工艺缺陷。     

基于惯导数据的实时周跳检测和修复算法

为了获得高精度的GPS载波相位定位和导航结果 ,必须首先对周跳进行检测和修复。在过去的十年间 ,已经提出的众多周跳检测和修复算法 ,在对它们研究的基础上 ,融合惯导数据 ,利用载波相位三差方程 ,提出一种实时的周跳检测和修复算法。经过实验证明 ,行之有效     

Damage escape and repair in dried Chroococcidiopsis spp. from hot and cold deserts exposed to simulated space and martian conditions

The cyanobacterium Chroococcidiopsis, overlain by 3?mm of Antarctic sandstone, was exposed as dried multilayers to simulated space and martian conditions. Ground-based experiments were conducted in the context of Lichens and Fungi Experiments (EXPOSE-E mission, European Space Agency), which were performed to evaluate, after 1.5 years on the International Space Station, the survival of cyanobacteria (Chroococcidiopsis), lichens, and fungi colonized on Antarctic rock. The survival potential and the role played by protection and repair mechanisms in the response of dried Chroococcidiopsis cells to ground-based experiments were both investigated. Different methods were employed, including evaluation of the colony-forming ability, single-cell analysis of subcellular integrities based on membrane integrity molecular and redox probes, evaluation of the photosynthetic pigment autofluorescence, and assessment of the genomic DNA integrity with a PCR-based assay. Desiccation survivors of strain CCMEE 123 (coastal desert, Chile) were better suited than CCMEE 134 (Beacon Valley, Antarctica) to withstand cellular damage imposed by simulated space and martian conditions. Exposed dried cells of strain CCMEE 123 formed colonies, maintained subcellular integrities, and, depending on the exposure conditions, also escaped DNA damage or repaired the induced damage upon rewetting.     

丁羟基固体推进剂的破坏包络及其演化行为研究

分析了宽温域(-70 ℃～70 ℃)、泛加载速率(2～200 mm/min)条件下丁羟基固体推进剂的拉伸特性,获得了温度、应变率依赖的推进剂破坏包络;进一步采用循环载荷模拟空基反复巡航加载历史,研究了推进剂在服役环境中的破坏包络演化。结果表明：丁羟基固体推进剂的破坏包络满足平移原理,随着加载速率增大,破坏包络面向高温区平移,导致低温可靠性显著降低;经历循环载荷后,破坏包络整体向小断裂延伸率方向下移,导致可靠发射区域显著减小。研究结论将为复杂条件下的发动机设计及其贮存期可靠性分析提供支撑。     

基于组合矩阵的精确修复MDS编码

针对分布式存储系统中精确修复故障节点数据的问题,构造了一类最小存储再生编码。本文利用线性无关矢量以及分块矩阵构造了编码的生成矩阵。所有编解码运算都属于GF(2)域,编码后的数据混合存放在存储节点中。采用该编码的存储系统,能够仅经过2k个基本异或运算精确修复任意单节点故障。修复故障的最小带宽为M×(k+1)/n,且在系统正常工作时,能够为单用户提供最高n×B的可用带宽。与其它最小存储再生码相比,编码矩阵简单,解码计算量较小,为用户提供较高的可用带宽。
     

Human and robotic repair of a solar array wing during ISS assembly mission 10A

With the installation of a new module and the relocation of three other modules, including multiple hand-offs from the station arm (SSRMS) to the shuttle arm (SRMS), International Space Station (ISS) assembly mission 10A/STS-120 was anticipated to be one of the most complicated ISS assembly missions ever attempted. The assembly operations became even more complex when a solar array wing (SAW) on the relocated Port-6 (P6) truss segment ripped while being extended. Repairing the torn SAW became the single most important objective for the remainder of STS-120, with future ISS assembly missions threatened by reduced power generation capacity if the SAW could not be repaired. Precise coordination between the space shuttle and ISS robotics teams led to an operational concept that combined the capabilities of the SRMS and SSRMS robotic systems in ways far beyond their original design capacities. Benefits of consistent standards for ISS robotic interfaces have been previously identified, but the advantages of having two such versatile and compatible robotic systems have never been quite so spectacular. This paper describes the role of robotics in the emergency SAW repair and highlights how versatility within space robotics systems can allow operations far beyond the intended design scenarios.     

Human and robotic repair of a solar array wing during ISS assembly mission 10A

With the installation of a new module and the relocation of three other modules, including multiple hand-offs from the station arm (SSRMS) to the shuttle arm (SRMS), International Space Station (ISS) assembly mission 10A/STS-120 was anticipated to be one of the most complicated ISS assembly missions ever attempted. The assembly operations became even more complex when a solar array wing (SAW) on the relocated Port-6 (P6) truss segment ripped while being extended. Repairing the torn SAW became the single most important objective for the remainder of STS-120, with future ISS assembly missions threatened by reduced power generation capacity if the SAW could not be repaired. Precise coordination between the space shuttle and ISS robotics teams led to an operational concept that combined the capabilities of the SRMS and SSRMS robotic systems in ways far beyond their original design capacities. Benefits of consistent standards for ISS robotic interfaces have been previously identified, but the advantages of having two such versatile and compatible robotic systems have never been quite so spectacular. This paper describes the role of robotics in the emergency SAW repair and highlights how versatility within space robotics systems can allow operations far beyond the intended design scenarios.