面向航空产品制造过程的CPS基础共性技术平台研究与应用

航空产品具有零部件数量多、结构复杂、多品种小批量、制造过程路线高度柔性等特点,使得航空产品生产组织管理复杂,控制制造成本和提高生产效率始终是航空制造企业需要面对的重点问题。探索航空制造业CPS(Cyber physical system,CPS)应用模式,形成系统架构,提出了CPS基础共性技术平台的构建方法和具体构成。选取某型发动机机匣装配生产线对基础共性技术平台中的工具和单元进行了应用验证,为提升航空产品的研制能力和产品质量起到了较好的示范作用。

航空制造智能化技术与装备的研究

先介绍智能化制造的概念及使用的必要性,然后对航空制造业中的关键性智能技术进行分析,最后概括出我国要发展智能化技术的问题及建议。

航空发动机GH3230高温合金层板结构TLP扩散焊接制备及力学性能研究

随着更高推重比需求的不断提高,航空发动机热端部件不仅需要耐高温材料,更需要冷却效率更高的结构形式,本文采用自主研制的KNiCr–5中间层在1200℃保温4 h的工艺条件下TLP扩散焊接制备了GH3230高温合金多孔层板冷却结构,测试了层板结构模拟件的焊接质量和接头力学性能。超声检测结果表明,层板模拟件所有柱形结构(扰流柱)与底板(冲击板)焊接完好,未发现任何缺陷。焊缝形成了均匀的固溶体组织,无任何化合物相、裂纹和孔洞缺陷存在。室温/950℃高温拉伸测试结果表明,层板板柱结构模拟件和GH3230高温合金棒材对接结构全部断裂在GH3230高温合金基体,焊缝强度均明显高于GH3230高温合金。高温拉伸断裂试件的延伸率高达52%,薄板焊缝90°三点弯曲后无开裂,微观观察无裂纹等缺陷,表明了焊缝具有优异塑性。优异的焊接质量和性能保证了焊缝结构承受高温载荷时能达到GH3230高温合金基体的传热和承力性能,避免了焊缝成为整个层板结构薄弱环节。

航空液压钛合金导管组件制造关键技术应用

针对典型航空21~28MPa液压系统钛合金导管组件制造过程,基于导管左/右弯数控弯曲技术、管路光学测量技术、无扩口滚压连接技术、导管组件性能测试技术等导管组件制造关键技术,提出了航空液压系统导管组件制造技术方案,并在民机典型液压系统高强钛合金(Ti–3Al–2.5V)导管组件制造过程得到了验证。结果表明,采用以上技术途径,提高了钛合金液压系统导管组件的制造精度、效率、服役的可靠性,为解决航空液压系统“跑、冒、滴”问题提供了新的技术思路。

计算机模拟仿真技术在智能涂层领域的研究进展

传统的实验试做法在智能涂层的研究方面存在研究效率较低、机理解释不清晰等缺陷,为了更好地为智能涂层结构设计提供有效指导,计算机模拟仿真技术在智能涂层领域被广泛应用。介绍了智能涂层研究领域最常用的3种计算机模拟仿真技术,根据模拟尺度从小到大分别为量子化学计算、分子动力学模拟以及有限元分析,对其在智能涂层研究领域的具体应用进行了讨论。总结了3种模拟仿真技术存在的优势和适用范围,为智能防腐涂层、自愈合涂层、光热响应涂层的研究提出了建议。最后,对计算机模拟仿真技术尚存在的一些问题进行了阐述并展望了其在智能涂层领域应用的发展方向。

干纤维自动铺放液体成型复合材料技术的研究进展

干纤维自动铺放液体成型复合材料技术是将自动铺放技术和液态成型技术结合,可同时实现先进复合材料的高韧化、自动化和低成本化,是复合材料扩大应用的重点发展方向之一。首先介绍了干纤维自动铺放液体成型复合材料技术的起源,然后分析了国外成熟的干纤维自动铺放材料的组成、性能和制备方法,归纳总结了国外干纤维自动铺放液体成型复合材料构件验证和应用情况,最后简单介绍了国内干纤维自动铺放液体成型复合材料技术现状,以期推动国内干纤维自动铺放液体成型技术的发展和应用。

航空领域增材制造技术专利态势分析

增材制造技术(3D打印)不仅可以大幅度节约原材料,而且可以使设计人员快速实现和验证设计方案,能够解决传统工艺流程复杂、周期长、原料利用率低等问题,被认为是推动新一轮工业革命的重要契机。专利文献是世界上数量最大的信息源之一,世界上每年发明创造成果的90%~95%可以在专利文献中查到。本文检索了航空领域增材制造技术相关专利文献,进行了专利申请量和申请人、专利全球地域布局、各技术方向专利申请、技术类别分布等多维度专利信息分析,明晰了增材制造技术发展路线图,预测了技术发展趋势,并从加强人才队伍建设、加快技术研发投入、加强创新成果知识产权保护、适时构建增材制造产业联盟、跟踪主要竞争对手专利申请动向等方面提出建议,以规避潜在的知识产权侵权风险,为航空领域增材制造技术发展提供参考借鉴。

民用飞机起落架激光/电子束增材制造技术应用研究

增材制造是先进制造技术的发展方向之一,民用飞机增材制造技术的应用取决于增材制造技术和适航验证技术的成熟度以及材料标准体系的完善度,对民用飞机起落架典型结构所用的A-100、TC18材料进行了激光/电子束增材制造技术应用研究,建立满足适航要求的材料与工艺认证、力学性能表征、内部质量控制与无损检测评价体系。

航空发动机整流器精密振动电解加工技术研究

针对具有叶栅密集、流道空间狭窄、结构开敞性差特点的GH4169高温合金航空发动机整流器,开展了精密振动电解加工技术研究。通过高频脉冲与低频振动耦合、阴极型面数据批量优化处理、流场仿真物理模型建立与分析,获得了均匀、稳定的小间隙加工状态。利用L9(34)正交试验,获得了优化的工艺参数组:加工电压15V、振动频率20Hz、开通角度160°~190°、脉冲频率3000Hz,加工出的叶型轮廓度为–0.023--+0.025mm,表面粗糙度值Ra为0.55μm。经组织形貌观察,叶片表面无晶间腐蚀和点蚀,未发现选择性腐蚀现象。研制的GH4169高温合金整流器通过了高周疲劳性能考核,成功应用于航空发动机研制中,为航空发动机难加工材料复杂整体结构制造提供了有力的技术支撑。

航空结构件铣削加工变形仿真技术研究与应用

针对航空结构件在铣削加工过程中易产生变形等问题,探讨了结构件铣削加工有限元仿真方法,逐步解决了本构模型建立、毛坯初始应力场构建、切削载荷施加、网格细化与状态更新等系列问题。根据建立的有限元模型对试验件进行了加工变形仿真和铣削加工试验,结果表明仿真结果与试验结果相吻合,可满足工程应用需要。同时,提出了先加工两端后加工中间的加工变形控制策略,并采用该策略对大尺寸铝合金单面框进行了工艺设计。通过加工变形仿真验证了工艺方案的可行性。实际加工结果表明变形量和变形趋势与加工结果基本吻合,实现了大型航空结构件的一次加工合格。

基于电磁发射技术的电脉冲铆接设备研制与工艺研究

针对电磁铆接中设备结构体积大、能量转换效率较低等问题,提出了一种电脉冲铆接方法。首先,通过分析电脉冲铆接机理,推导了电能–电磁能–机械能的能量转换过程,并采用有限元建模仿真方法对铆钉电脉冲铆接成形进行了模拟试验,为电脉冲铆接成形的原理分析、设备参数的选择提供依据。然后,设计并研制了一种电脉冲铆接设备,通过仿真方式确定了样机关键参数,并在电路设计基础上实现了脉冲电源与铆枪研制。最后,以充电电压为变量进行了28次电脉冲铆接试验,完成了电脉冲铆接的工艺研究,结果表明,各试验中镦头的高度和直径合格率为100%,电脉冲铆接设备的能量利用率较高。

航空典型产品数字化车间制造执行系统快速实施研究

针对在离散制造行业,尤其是军工科研行业,制造执行系统(MES)实施过程中遇到的问题,分析了实际业务需求,提出了“以微服务架构为基础的标准化平台产品+支持第三方定制化开发的成套规范”的快速实施方法,缩短了实施周期,精简了实施团队规模,减少了实施成本,并通过在某航空制造业典型产品车间的实施,验证了可行性与有效性。

军工科研院所科技成果转化为技术标准研究

技术标准作为科技创新的产物,是将创新成果转化为生产力的重要纽带和桥梁,也是新一轮科技创新的重要基础。将科技成果转化为技术标准成为提升科技成果转化效能、体现科技创新价值的重要途径。军工科研院所由于其科技成果的特殊性,在将科技成果转化为技术标准时,存在成果“三权”不清晰、技术标准层级低、标准专利融合困难等问题,在一定程度上制约着军工科研院所科技成果的转化。文章提出在现有制度的基础上,通过加强国防科技成果管理制度建设、提高国防科技标准体系层级、推进标准和专利融合等措施,提升科技成果转化为技术标准的内生动力,进而促进更多军工科技成果走向经济主战场。文章对促进军工科研院所科技成果转化为技术标准具有一定的指导意义。

加快发展航空智能制造的实践与思考

航空制造业肩负着为国家提供先进航空武器装备、大型客机等各类国之重器的使命。持续推进产品创新突破、生产要素创新配置,实现以数字化和智能化为特征的产业迭代升级和高质量发展,是航空制造业发展的时代主题。智能制造融合了新一代信息技术、先进制造技术、智能制造装备,形成新的制造模式,可大幅度提升航空制造业的装备研制生产能力。本文通过对中国航空工业集团智能制造创新中心长期推进航空智能制造发展的实践进行总结和思考,提出打造航空智能制造创新策源地,构建航空“未来工厂”,以新质生产力加速生成航空未来制造模式,通过不断注入新内涵,实现航空智能制造的持续健康发展。

柔性制造系统刀具调度问题研究

针对柔性制造系统刀具调度问题,本文采用需求时间优先的启发式规则算法计算设备的刀具需求,并提出了一种综合考虑运刀代价、刀具需求紧急程度、刀具需求整套完整性3种优化目标的启发式规则算法,求解运刀机械手的指令集。经过某航空企业柔性生产线的实例验证,需求时间优先的启发式算法能够得到适用于运刀调度计算输入的目标解;结合3种优化目标的运刀调度算法,能够得到满足生产需求的机械手指令解集。

局部真空电子束焊接技术研究进展

真空电子束焊接在大型、大厚度结构的焊接连接上具有难以替代的作用,但受真空室尺寸的限制,其难以满足超大型结构的焊接需求,因此国内外开始进行局部真空电子束焊接技术的研究,仅通过较小的真空室局部覆盖焊接部位以完成超大型结构的电子束焊接。本文总结了近期国内外局部真空电子束焊接技术的发展概况和研究进展,介绍了不同形式、不同类型的局部真空电子束焊接设备,并对局部真空电子束焊接工艺、移动密封及焊缝跟踪等技术难题进行了探讨。

航空子午线轮胎胎体正反包技术的研究

研究航空子午线轮胎胎体正反包技术。航空子午线轮胎胎体成型过程中存在胎体帘布无法自动贴合和胎圈根部打褶问题,通过采取在胎体鼓两侧增加辅助支撑、降低胎体贴合鼓的折叠比、增大指形正包器与反包胶囊之间的间隙、胶囊预充气、保证两侧指形正包器动作的同步性以及优化指形正包器的结构和增加指形片数量等措施,有效解决了问题,提高了胎体的成型质量和成型效率,同时降低了工人的劳动强度。

志在峰巅的攀登者——记中国焊接技术领域的开拓者和领军人关桥院士

“作为一名科学工作者,我们的责任是,用科学推动人类发展的进程,用科学改变落后的生产力现状,这既是职责,也是我们的使命!”“让中国成为世界焊接强国”,这是关桥院士毕生为之奋斗的梦想;誓将中国与世界“焊接”在一起,这是关桥院士一生孜孜不倦的追求。为科研开拓,为家国深潜,他无负青春,闯荡在科研“江湖”,无负热爱,深耕在焊接苑囿,无负使命,成就于焊接事业的峰巅。

航空发动机铸造叶片工艺基准快速制备技术研究

高效数控加工是航空发动机叶片生产的发展趋势。针对目前铸造叶片数控加工中因基准不确定、难以实现高效加工的问题,提出了一种工艺基准快速制备技术。首先,通过在机测量或专用量具快速获取叶片型面数据。其次,设计含惩罚项的适应度函数,并采用改进的粒子群算法配准叶片型面数据及叶片理论模型。然后,以叶片叶身型面为基准在叶片榫头或辅助夹具上制备出工艺基准,保证后续数控加工中叶片装夹的准确性、快速性及可靠性。最后,经过实例验证,该技术可快速、高精度地实现铸造叶片基准的制备,满足了铸造叶片的高效生产需求。

基于五轴高速铣削数控机床的航空用芳纶纸蜂窝加工工艺及试验研究

芳纶纸蜂窝是航空航天领域常用的减重复合材料,由韧性较大的芳纶纤维和含量较高的脆性树脂固化而成,固化成型后较难加工。为了满足某型号加工精度要求,根据该材料的组成成分和结构特点,结合需加工零件的形状尺寸,用五轴高速铣削数控机床进行加工工艺试验,通过单因素试验法,研究磨削速度、进给速度和刀具前倾角对其表面质量及形面精度的影响。试验结果表明:不同工艺参数对该型号芳纶纸蜂窝表面质量及形面精度差异较大。该型号蜂窝零件加工切削角速度最优参数为12000 rpm,参数可选区间为11000 rpm~13000 rpm之间;加工进给速度最优参数为1000 mm/min,为保证加工质量,参数可选区间为1000 mm/min~1200 mm/min之间;前倾角可选参数区间为10~30之间。