高超声速飞行器强度技术的现状、挑战与发展趋势

高超声速飞行器作为一种前沿科技武器装备,对国家安全和利益具有重要战略作用,目前已成为航空航天领域的研究热点,在世界范围内的竞争态势日趋激烈。先进材料与结构设计是支撑高超声速飞行器研制的基础关键技术,极端严酷服役环境下材料与结构的强度问题依然是制约该类飞行器研制的瓶颈。本文回顾了过去几十年来高超声速飞行器领域的结构强度问题和演化特点,结合当前型号发展需求与技术发展趋势,剖析了当前结构强度技术在支撑高超声速飞行器研制方面的现状与短板,探讨了未来该领域内强度问题将呈现出的新需求、新特点及新方法。总结提出了未来高超声速飞行器结构强度领域的前沿发展方向。     

航天材料及工艺研究所

正航天材料及工艺研究所成立于1957年,是中国航天领域材料及工艺技术研究中心,首任所长姚桐斌为"两弹一星"功勋奖章获得者。研究所主要从事航天及高新技术新材料、新工艺的研究开发工作,承担着大量航天产品研制、生产任务,拥有丰富的复合材料设计、加工、生产经验,以新颖独到的材料工艺设计方案为火箭、卫星及其他高技术领域提供了更轻、更强及特种功能的部件。研究所是中国航天科技集团公司复合材料成形与加工工艺技术中心、无损检测工艺技术中心、焊接工艺技术中心、表面工程工艺技术中心;建有先进功能复合材料技术重点实验室、树脂基复合材料结构制造技术研究     

先进复合材料国防科技重点实验室的航空树脂基复合材料研发进展

归纳先进复合材料国防科技重点实验室在航空先进树脂基复合材料方面的应用和研究进展.研制出超薄热塑性无纺织物层间增韧技术以实现提高复合材料的CAI性能.设计出的多夹层结构具有多层吸收拓展频带的作用,使多夹层隐身复合材料的吸收频宽达1 ～ 18GHz.高韧性树脂基复合材料和耐高温复合材料技术得到发展,并形成预浸料-热压灌成型、液态成型和自动化制造技术体系.发展复合材料固化、树脂流动、固化变形等模拟优化技术,并建立复合材料数据库技术.建立先进复合材料国防科技重点实验室可在支撑航空装备研制,在航空复合材料创新引领、体系主导、基础支撑和保障应用方面发挥作用.     

Nb/Nb5Si3微叠层材料及其制备技术

Nb/Nb5Si3合金是未来最具潜力的超高温结构材料,实现该材料的结构微叠层化是一种新颖的材料设计思路和制备方法.Nb/Nb5Si3微叠层材料是将Nb和Nb5Si3按一定的层间距及层厚比以ABABAB型交互重叠结构形成的多层材料,其几种典型的制备技术包括热压、等离子喷涂、磁控溅射和电子束物理气相沉积(EB-PVD).其中EB-PVD是一种最适合工程应用的Nb/Nb5Si3微叠层材料制备方法,结构和功能复合、纳米化叠层、高韧化工艺是EB-PVD技术制备Nb/Nb5Si3微叠层材料的发展方向.     

雷达吸波材料表面波抑制性能测试技术

分析了雷达吸波材料对表面波抑制性能的作用机理并设计测试系统来测试材料对表面波的抑制性能。在X波段(8~12 GHz)利用喇叭天线发射电磁波,以掠入射角度投射到金属板上形成表面波,覆盖于金属板上的聚四氟乙烯将反射的电磁波束缚在介质中并沿金属板向前传播。利用电场探针来检测接收到的电磁能量,对比放置吸波材料前后的结果,以此来评估吸波材料对表面波的抑制性能。并对两种吸波材料进行测试,取得了良好的效果,说明了该测试方法的可行性和有效性。     

石墨烯的制备及其在陶瓷基复合材料中的应用

石墨烯以其优异的力学、光学、电学、热学性能和独特的二维结构成为材料领域的研究热点。本文主要介绍了石墨烯特性、石墨烯制备方法及其在陶瓷基复合材料中的应用。其中,其制备方法包括机械剥离法、化学还原法、化学气相沉积法及晶体外延生长法等;石墨烯在陶瓷复合材料中的应用可显著提高其物理性能。     

某飞行器防热材料力学性能测试与分析

按照飞行过程中的防热层温度变化情况,对某飞行器防热材料进行了不同温度下的弯曲性能测试。测试结果表明,该防热材料在升温和降温过程中,在相同温度点具有明显不同的力学性能。根据材料性能测试结果,用有限元方法进行模拟,进一步得出该材料的弯曲模量与拉伸模量的关系,为防热结构进行有限元分析提供材料性能数据支撑。     

Si和Ti对Nb-6Hf-4Zr-2B合金组织和室温力学性能的影响

 为了寻求Nb合金的强度和塑性的平衡,设计了以Nb基固溶体Nbss为主导相的Nb-xSi-6Hf-4Zr-2B-yTi(x=4,8;y=10,30;原子分数)合金,研究了Si和Ti对合金组织和室温力学性能的影响。结果表明,合金由Nbss、Nb3Si和Nb5Si3等3相组成。4Si-(10,30)Ti合金铸态组织是Nb枝晶和分布在枝晶间的硅化物(Nb3Si和Nb5Si3),8Si-(10,30)Ti合金Nb枝晶间分布的是Nb/硅化物(Nb5Si3)的共晶和Nb3Si,随着Si和Ti含量的增加,硅化物体积分数增加。1 600 ℃退火50 h可使部分Nb3Si共析分解,改变合金的组织形貌和各相的体积分数。随着Si和Ti含量的增加,合金的硬度和强度增加,但塑性和韧性降低。Nb枝晶的失效方式为解理断裂,而硅化物为脆性断裂。     

铝-锂合金的真空熔炼

 在ZG-25型中频感应真空炉中进行了铝-锂合金的熔炼与铸锭。真空度为66Pa。考察了普通石墨坩埚、氧化铝坩埚,以及氧化锌涂料、氮化硼涂料与铝-锂熔体的反应。抄到了在真空下控制铝-锂熔体中锂含量的方法。在不使用钛-硼细化剂的条件下,铸锭呈细小等轴晶组织,其成分均匀,夹杂物极少。真空熔炼可使合金中的氢、钾,钠等杂质含量显著地降低。