Abstract:

为了借鉴和参考国外复合材料风扇叶片的研制与发展经验，深入研究了其在商用航空发动机上的应用进展，详细论述了复合材料风扇叶片经历的从早期探索到成熟应用，再到未来展望的三个发展阶段。通过介绍国外三家航空发动机OEM厂商所采用的三种核心制造技术——即预浸料手工铺放结合热压罐固化成型工艺、3D-WOVEN结构与RTM成型工艺以及预浸料自动铺丝结合热压罐固化成型工艺，并对比分析这三种预制体制造工艺的特点。本文全面展现了复合材料风扇叶片的生产工艺、制造要点及其未来发展方向。事实表明，复合材料风扇叶片已成为现代商用航空发动机的显著特征，并且是先进航空发动机发展的必由之路。因此，国内研制单位应积极吸收国外积累的研制经验，充分利用国家发展提供的良好机遇，深入挖掘并实践更多的材料体系与工艺工程细节，以期早日实现国产复合材料风扇叶片的应用拓展，从而进一步提升我国航空发动机的性能水平。

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回顾了7000系超高强铝合金在国内外的发展历程，并简要概述了几种典型铝合金在我国运载火箭中的应用实例。结合当前7000系铝合金在我国航天结构系统工程化应用的实际情况，分析了存在的问题，并据此提出了值得关注的研究方向及相关建议。

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尼龙热塑性复合材料的制备方法主要有热熔预浸料法和原位聚合法。相较于原位聚合法，热熔预浸料方法制备其复合材料成本高、效率低。针对尼龙热塑性复合材料高效、低成本制造的迫切需求，本文以纤维增强尼龙6复合材料为研究对象，综述了原位聚合制备尼龙6热塑性复合材料的工艺方法的研究进展，主要的工艺方法包括浇注、离心与旋转、拉挤以及液体模塑成型，着重论述了该种热塑性复合材料液体模塑成型工艺方法，并对其发展方向进行了简述。

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基于双马树脂固化反应机理，采用动态原位固化程序分别开发了双马预聚与交联模拟程序，以两步法构建了耐高温双马树脂的分子动力学（MD）模型，并对其模型结构、热机械性能与树脂刚度进行了预测。双马树脂在预聚和交联过程的固化反应转化率以及固化模型密度均与实际值基本吻合，证明了动态原位固化程序实现了实验过程的固化反应；同时，从树脂前驱体到预聚体再到交联模型的模拟固化过程中，树脂模型从高黏性液体状态逐渐向高密度网络结构的固体聚合物状态转变，验证了固化程序的合理性；基于双马树脂固化模型的密度、体积变化率和弹性刚度矩阵预测的玻璃化转变温度和杨氏模量与实验结果接近， 证实了此双马树脂模型的可靠性及对双马树脂体系的适配性。

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ZN-37特种阻尼硅橡胶是一种能够消耗并储存振动能量的黏弹性阻尼材料，广泛应用于航空航天等领域的高精密减振结构中。在对基于ZN-37特种阻尼硅橡胶的减振结构进行分析与设计时，充分表征材料的黏弹性力学行为以及精确描述其本构关系显得尤为重要。依据Zener修正模型，将ZN-37特种阻尼硅橡胶的黏-超弹性本构模型分解为超弹性本构模型与黏弹性本构模型并联耦合的系统。通过标准试样的准静态拉伸试验与应力松弛试验，获得了本构模型中的材料参数，并采用不同加载速率下的准静态拉伸试验验证了本构模型的可靠性。所建立的黏-超弹性本构模型能够较好地反映ZN-37特种阻尼硅橡胶在低加载速率下的力学特性。

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现有图像质量评价方法主要关注于噪声、清晰度等指标，缺乏对射线底片数字化图像中焊缝区域、缺陷区域及像质计区域等领域关注区域的质量综合评价。针对以上问题，提出了一种融合多区域质量特征的射线图像质量综合评价技术。首先，结合无损检测领域质量评价需求，构建了一套涵盖像质计、焊缝与缺陷等多区域的评价指标体系；然后，基于层次分析法提出一种包含像质计数目、清晰度、对比度、信息熵和平均灰度的射线图像综合质量评定方法。结果表明，所提方法可以实现射线底片数字化图像质量综合评分，既可以定量化评价图像整体质量，也可以保证关注区域图像具有良好质量。

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月球基地建设面临高真空、强辐射、极端温度等苛刻环境条件和资源受限约束，具有重要的科研价值。针对未来月球科研站的建设需求，本文采取上行资源与月壤原位资源相结合的建设思路，对月球基地构型、建筑构件、设备、能源以及建造方法进行了研究，并对成型工艺及基础性能进行了初步验证。针对建筑物和构筑物外层围护结构施工，提出了一套利用充气气囊、3D打印月壤砖和月壤袋三者结合的新型技术方案，并设计了相应的具有榫卯结构的月壤砖和拱轴线骨架形式的夹芯结构月壤袋。研究表明，内拉+外约束形式制作的月壤袋，拱顶承载力1 kN，构件尺寸误差约9.5%；3D打印月壤混凝土平均抗压强度为31.6 MPa，平均劈裂抗拉强度为2.0 MPa，达到了C20混凝土强度水平。月壤3D打印技术可为月球基地建设提供一种可能的发展途径。

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为了改善双马树脂的工艺性能和力学性能，本文设计合成了含有刚性双酚芴（FDABMI）、侧基（PIDABMI）、醚键（34ODABMI）、酰胺键（34DABABMI和33DABABMI）、砜基（44DDSBMI和33DDSBMI）、扩链（BAPSBMI）等结构的八种新型双马来酰亚胺单体（双马单体），旨在探讨不同结构双马单体与性能的构效关系。同时，采用二烯丙基双酚A（DABPA）作为改性剂，通过与新型双马单体熔融共聚制备了双马树脂。测试结果为扩链结构和含有侧甲基结构的双马单体BAPSBMI、PIDABMI的熔点显著降低，分别为74 ℃和70 ℃；33ODABMI和BDM制备的双马树脂具有相似的玻璃化温度（T_g），约250 ℃，扩链单体BAPSBMI制备的双马树脂的T_g最低，为230 ℃；34ODABMI和33DDSBMI制备的双马树脂的弯曲模量分别为4.1 MPa和4.5 MPa，相比BDM提高了14%和25%。结果显示分子结构设计与性能密切相关，树脂的T_g主要与双马单体中桥基基团的长短有关，间位取代的双马单体具有更高的弯曲模量。

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为了探究多层结构的防潮复合膜对水蒸汽分子的阻隔性能，采用分子动力学模拟方法研究了水蒸汽分子在复合膜中的扩散吸附行为，并且采用并联模型获得了水蒸汽分子在防潮复合膜中的渗透系数（扩散系数与溶解系数之积）。结果显示：水蒸汽分子在复合膜中的扩散系数随着温度的上升而上升，而其溶解系数随着温度的上升而逐渐下降，渗透系数随着温度的上升而上升。同时，多层结构的复合膜中，聚偏氯乙烯（PVDC）的水蒸汽阻隔性效果最佳，其次是聚乙烯（PE），最后是尼龙6（PA6）。另外，为研究复合膜的耐老化性能，采用傅里叶红外光谱、热失重分析和差示扫描量热分析研究了不同老化时间和不同湿度下复合膜的化学结构与热稳定性。结果表明：复合膜具有优异的稳定性，材料性质没有发生明显变化。

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研制开发出了一种适用于蜂窝增强低密度防热材料的抗氧化涂层，研究了抗氧化涂层的工艺性、表面结构、热稳定性，并采用马弗炉烧蚀实验、等离子烧蚀试验以及辐射加热试验对其烧蚀性能进行了考核。结果表明：抗氧化涂层的溶剂含量范围应为25%~75%，适用期大于165 min，涂层厚度≤300 μm。酚醛树脂STN-1的涂层热稳定性优于甲基苯基硅橡胶218-1。涂层经历800 ℃/10 min后出现了比较明显的陶瓷化现象。在1 MW/30 s和1.5 MW/30 s这两个条件下均形成了坚硬、致密的碳层。在2 000 ℃/300 s的辐射加热环境下，有涂层的蜂窝增强低密度防热材料背面温度降低了10 ℃，且碳层强度更高。

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全氟醚橡胶具有优异的耐高低温、耐特殊介质等性能，全氟醚橡胶密封材料在径向密封中应用时，使用7804号润滑脂作为润滑剂。本文研究了全氟醚橡胶密封材料在径向密封中的密封性能。结果表明，全氟醚橡胶密封材料具有较低的气体漏率，润滑剂涂抹在全氟醚橡胶密封材料表面一段时间后，产生的小颗粒粉末在橡胶表面形成微通道，导致使用氦质谱检漏法测试的气体漏率增加，使用液体氟醚生胶作为润滑剂能降低气体漏率；涂抹7804号润滑脂后，全氟醚橡胶密封材料在氧化剂及燃烧剂介质环境中的气体漏率远低于氦气环境下的气体漏率，说明在介质环境中可使用7804号润滑脂作为全氟醚橡胶密封材料的润滑剂。

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航天用3D封装BGA器件在印制板组装件的焊接过程中存在温度限制，无法与其他大尺寸面阵列器件（例如BGA、CCGA、LGA）的焊接温度相兼容，在回流焊过程中需对3D BGA器件实施控温焊接。本文专为3D封装BGA器件设计了回流焊控温焊接工装，并构建了热仿真模型，模拟了该器件在回流焊过程中的焊接情况。同时，还对采用控温工装进行的回流焊接过程进行了试验，以验证仿真数据的准确性。结果显示，控温工装能有效降低器件温度，其中工装顶部遮挡了焊接环境中上部的射流，对器件温度的影响最为显著。试验结果与仿真结果相吻合，证实了仿真结果的准确性和有效性，表明可采用仿真方法缩短实验周期。对使用工装回流焊接后的器件进行微观组织分析发现，焊接后的器件焊点完整，无明显缺陷，内部状态良好，焊点均形成了连续的扇贝状界面层，且IMC层厚度均满足航天标准要求。

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Mg-6Gd-3Y-0.5Zr镁合金已开始应用于航天结构产品，其材料阻尼性能直接关系到结构的动态特性及响应，采用DMA测试仪对其阻尼性能进行了测试并分析了其阻尼机理。结果表明：Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金阻尼性能随应变振幅增大而增大，其常温下符合G-L位错阻尼理论；合金阻尼性能随温度升高而增加，在测试的1~80 Hz范围内，频率越低则阻尼随温升的变化越敏感，温度对其阻尼性能的影响符合Schoeck理论。

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为探究深冷处理对不同牌号的钛合金微观组织的影响，本文将TA7、TA6、TC4三种钛合金浸入液氮罐（-196℃）中进行深冷处理（DCT），分别利用电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）分析深冷处理前后的钛合金微观组织的变化情况。XRD分析结果表明：经深冷处理后，TA7和TC4衍射峰谱线强度有较大程度的增强，而实验前后TB6的衍射峰谱线强度变化不一，说明TA7和TC4试样内部发生明显的晶格偏转现象；三种材料的晶格间距在实验后均发生变化，说明晶粒大小发生变化。SEM分析结果表明：深冷处理均会细化三种材料的微观组织，致密性得到增强，同时TA7与TC4钛合金析出物数量更多。说明深冷处理可以有效优化钛合金的微观组织。

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针对酚醛树脂固化温度对耐烧蚀防热复合材料力学性能影响规律不清晰、树脂碳的强度随温度变化规律不清楚的问题，研究了固化温度对酚醛树脂拉伸模量和拉伸强度的影响，采用维氏显微硬度研究了热处理温度对树脂碳力学性能的影响规律。结果表明，酚醛树脂拉伸模量随固化温度升高而增大，拉伸强度随固化温度升高而趋于增大，拉伸模量最大值为5.04 GPa，拉伸强度最大值89.8 MPa，树脂的最高固化温度应不低于140 ℃；树脂碳的强度随热处理温度升高而升高，树脂碳层强度在1 100 ℃时最高，为酚醛树脂基耐烧蚀复合材料设计与制备提供了有益的指导和帮助。

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对高温高湿下硅橡胶导电胶黏剂的老化失效机理进行了研究，并通过扫描电镜（SEM）、电化学阻抗谱仪（EIS）、X射线光电子能谱（XPS）等表征手段对材料老化前后的微观结构进行了表征。结果表明，在高温高湿下，由于胶黏剂后固化收缩、黏结界面强度的降低及与被黏结材料热膨胀系数的差异，使得黏结界面处产生微裂纹，并随时间扩展。而在相同老化温度、老化时间下，湿度的存在促进了黏结界面处微裂纹的形成与扩展。XPS结果表明材料经高温高湿老化后，试样表面的“无机硅”比例显著增加。

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针对湿法纺丝的TG800和干喷湿纺的SYT55两种国产T800级碳纤维，采用扫描电子显微镜表征碳纤维微观形貌，并将两种碳纤维与双马树脂802复合，制备热熔预浸料及碳纤维/双马复合材料，测试分析其拉伸、压缩、剪切等力学性能以及微观破坏形貌。研究结果表明，SYT55纤维表面光滑，其碳纤维/双马树脂复合材料拉伸强度更高，且高温力学性能良好；TG800纤维复合材料界面强度更高。

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利用ABAQUS有限元分析软件，对某航天器贮箱容器GH4169合金O形密封环（简称O形环）进行了有限元分析，探讨了O形环不同压缩率、尺寸、涂层因素对O形环回弹及密封性能的影响。结果表明：压缩率是O形环回弹特性的重要影响因素，不同压缩率下O形环回弹量和回弹率有较大差别；O形环结构尺寸（外径、壁厚）对接触应力等接触性能影响较大；增加涂层有助于提高接触面宽度，但接触应力会有所降低。因此，法兰密封设计中密封环的选取需要综合考虑压缩量、结构尺寸、涂层等影响因素。