Progress in Research on Materials Under Microgravity in China

Research on materials under microgravity in China began in the 1980s, sparked by Prof. Lanying Lin (academician of CAS), Prof. Xiji Wang (academician of CAS), Prof. Guirong Min (academician of CAS), and Prof. Huabao Lin (academician of CAS), and others. The first semiconductor crystal, first optical crystal, and first alloys were grown in space on board a recoverable satellite in 1987. Since then, microgravity materials science became a new scientific branch in China.Scientific and technical activities on space crystal growth and solidification are carried out through two major programs: ground-based studies and orbital experiments. The main results obtained during 2001-2003 are reported below.     

TiC和ZrC颗粒增强钨基复合材料

用粉末冶金热压法制备了ＴｉＣｐ／Ｗ和ＺｒＣｐ／Ｗ两种钨基复合材料，对其高温强度进行了研究，结果表明，随着温度提高，两种复合材料的抗弯强度开始时逐渐提高，当ＴｉＣｐ／Ｗ复合材料达到１０００℃时有最大值１１５５ＭＰａ，ＺｒＣｐ／Ｗ复合材料在８００℃时最大值８２９ＭＰａ，分别比各自的室温强度提高５７％和１７％。而后，随温度的进一步提高，复合材料的强度又下降，分析了复合材料高温增强的机理。     

减速器内部金属屑运动仿真分析

为掌握因轴承磨损产生的金属屑在直升机中间减速器内部流场中的运动状态，针对其固-液-气三相流特征建立了金属 屑颗粒受力平衡方程和多相流模型-离散相模型（VOF-DPM）耦合的CFD仿真模型。基于离散相运动方程编程计算及采用CFD仿 真分析方法获得了减速器内部颗粒的运动轨迹、运动速度，并据此对比验证了VOF-DPM耦合模型的正确性；利用CFD仿真分析 了颗粒在流体中运动时各种附加力对颗粒运动轨迹的影响，探究连续相空气、滑油与离散相颗粒三者之间的相互作用机理。结果 表明：连续相和离散相耦合作用对颗粒运动的影响较小，轨迹误差约5%、速度误差约3%，可忽略不计；虚质量力、压力梯度力和 Magnus升力对颗粒运动轨迹影响较大，Saffman升力对颗粒运动轨迹影响较小，而热泳力与布朗力不适用于直升机中间减速器固- 液-气三相流情形。     

Principles and methods for determining calendar life and corrosion tolerance of mechanical parts

In order to facilitate the determination of the calendar life of mechanical parts, the author summarized his relevant research papers that had studied for many years as eight distinct topics: (A). The principle and method for compiling the equal-damage temperature and humidity spectrum; (B). The principle for preparing the high concentration medium solution; (C). The principle and method for determining the metal calendar life; (D). The principle and method for determining the protective coating calendar life; (E). The principle and method for determining the total calendar life; (F). The principle of the reliability processing; (G). The principle and method for determining the corrosion damage tolerance; (H). The principle and matching design method to ensure that the total fatigue life and the total calendar life of the mechanical part were safe simultaneously. The above contents established a complete set of theoretical systems and methods for determining the calendar life.     

镁基水冲压发动机三维两相反应流场研究

建立了镁基金属燃料/水冲压发动机三维两相反应流动模型,提出了采用燃烧效率修正一次燃烧温度的方法,对某试验发动机理想和实际工作状态进行了数值模拟,得到了发动机内流场分布趋势,并对计算与试验结果进行了对比,分析了产生误差的原因。结果表明修正燃烧温度后模型更能反映发动机实际工作状态及内流场分布,雾化效果和发动机热损失是影响发动机性能的重要因素,实际工作过程中由于存在凝相金属镁使计算燃烧效率大于试验燃烧效率。     

基于知识工程的钣金快速工艺设计系统开发

介绍了国内外现代民用飞机快速研制的实际需求,参考国外航空制造企业的经验和国内飞机钣金专业技术在知识工程方面的研究进展,提出了以知识工程技术为核心,以数值推理为手段,建立钣金快速工艺设计系统的总体思路与技术途径,并通过专家知识库构建和系统软件开发,建立基于知识工程的钣金快速工艺设计系统。通过在民用飞机研制中的应用,批量、自动实现了钣金零件的工艺性分析、工序设计,自动生成工艺分析报告、制造大纲、数控代码,大幅度提高民用飞机研制的工艺设计效率,降低技术人员的劳动强度。     

增材制造技术在航空航天金属构件领域的发展及应用

受传统制造工艺的限制,航空航天产品一直存在生产周期长、制造成本高、减重困难等问题,迫切需要开发出航空航天产品高效快速研制方法。与传统制造工艺相比,增材制造技术以其完全不同的制造理念迅速成为制造技术领域的新方向。阐述了金属增材制造(激光/电子束/电弧)技术种类、优势、深入研究和成果应用。     

双脉冲发动机中金属膜片动态与静态打开对比分析

为了研究双脉冲发动机中金属膜片的打开特性,分别选取Ductile damage模型和Brittle cracking模型来模拟膜片静态和动态打开过程。数值计算发现膜片分别在3.46MPa静态内压载荷和1.95MPa动态内压载荷作用下打开。为了验证计算结果的有效性,进行了膜片的冷流静态打开和热流动态打开试验,膜片分别在平均3.75MPa静态载荷和平均2.2MPa动态载荷作用下打开,数值计算结果与试验结果一致,说明了数值计算方法的有效性。计算结果和试验结果表明,膜片的静态打开压强明显高于动态打开压强,分析认为是由于膜片的塑性变形、材料本身特性及预制缺陷处的应力松弛引起的。根据隔舱的冷流及热流单项试验可以发现,膜片的打开形式与预期一致,满足双脉冲发动机的使用要求。     

钛蜂窝体制备及压缩性能研究

采用融熔沉积快速成形法制备钛金属蜂窝结构材料,对粉浆制备、钛金属蜂窝结构蜡坯固化、脱蜡等工艺以及所制备的钛蜂窝体的压缩性能进行了研究.结果表明,采用融熔沉积快速成形可以制备钛金属蜂窝结构,工艺简单、尺寸可控,钛蜂窝结构的相对密度在9%～12.6%范围内,屈服强度和弹性模量的增加不大;相对密度超过12.6%后,屈服强度显著增加,但弹性模量增加的幅度不大.通过改变蜂窝体正六边形的边长或改变蜂窝体的壁厚均达到相同的相对密度条件下,蜂窝体的压缩强度差别不大,但对蜂窝体的弹性模量却有显著影响.     

水冲压发动机地面直连试验技术研究

建立了垂直进水的水冲压发动机地面直连试验系统。采用垂直进水方式,消除了进水冲量对轴向推力的影响。通过在进水管路上安装汽蚀文氏管,解决了发动机试车过程中流量不稳的问题。基于含镁量50%的固体推进剂,对某型水冲压发动机进行了两组不同水燃比的地面直连试验,试验过程中采集了发动机燃烧室压强、进水流量和发动机推力等数据。对两组试验数据的燃烧效率和比冲分析表明,水燃比的适量增加,有助于发动机性能提高。该试验结果符合之前的理论预估,证明了水冲压地面直连试验技术的有效可行。