激光增材制造作为推进制造业迅猛发展的关键技术之一，极高的成形自由度使其在航空航天等重大装备领域发挥着重要的作用。随着碳中和、碳达峰理念的普及，绿色制造技术的发展程度决定着该行业在未来的国际竞争力，激光增材制造技术作为典型的绿色制造技术，可以极大程度上提高材料的利用率。提出面向增材制造材料许用值及设计值开发的适航分析思路，阐述基于轻量化设计的激光增材技术的发展及应用现状，分析激光增材制造技术在民航领域发展存在的挑战，为基于激光增材制造的轻量化设计技术在民航领域的发展提供一点思路。

稀土元素增强铝合金作为一种适用于选区激光熔化(selective laser melting, SLM)工艺的合金, 由于其良好的成形质量和优越的力学性能而得到了广泛应用。但其成形质量由成形参数决定。通过控制激光功率、扫描速度、扫描间距等关键工艺参数的变化, 研究了关键工艺参数的变化对选区激光熔化稀土元素增强铝合金的致密度、缺陷类型演变的影响。结果表明, 工艺参数的变化会导致能量密度的变化, 合金致密度由体能量密度和线能量密度共同影响, 当体能量密度在70～180 J/mm3且线能量密度为0.250～0.525 J/mm时, 合金致密度能够稳定在99.5%以上。

利用选区激光熔化技术制备了高强铝合金TiB2/AlSi10Mg试样, 研究了不同的工艺参数激光体能量密度E对于成形试样的致密度、显微组织的影响规律, 并用光学显微镜、扫描电子显微镜对结果进行了表征。分析了不同参数下试样的显微硬度和拉伸性能, 并研究了不同的热处理制度处理后TiB2/AlSi10Mg试样拉伸性能的变化。研究发现, 随着E的增加, 试样上的缺陷越来越少, 致密度逐渐提高, 在E=71.5 J/mm3时, 试样上只存在很少的缺陷, 颗粒团聚现象消失且分布均匀。在该参数下, 试样横截面上的显微硬度在达到了138.9 HV0.5。由于TiB2陶瓷相的加入, SLM成形铝合金的强度能够达到420 MPa, 延伸率为6.13%, 较SLM成形纯AlSi10Mg相比, 强度提升了13.5%, 延伸率提升了50%。热处理温度和热处理时间对SLM成形试验件的拉伸性能也有影响, 对于本试验中, 较为优化的热处理温度为T=170 ℃, 热处理时间t=10 h。

为解决再入过程中的黑障问题, 在前期磁窗天线增强等离子体透波特性研究基础上, 开展了外加电磁窗影响研究, 磁体为钕铁硼, 外加电压为100 V。利用不同飞行高度下的流场数据, 对不加电磁场、外加磁场和外加正交电场与磁场影响下的流场进行数值模拟, 对比不同参数设置下天线窗口处的电子密度和电磁波衰减常数, 分析了再入飞行器的飞行高度、天线窗位置、电磁波频率、电子密度和碰撞频率等参数对电磁窗天线性能的影响。从分析结果可以看出, 外加正交电场与磁场对于减缓再入过程中黑障的效果优于仅外加磁场, 通过合理选择电磁窗的工作状态和参数可以改变等离子体的分布特性和介电参数, 能够有效地增强电磁波在等离子体鞘套中的传输, 为解决和减缓通信中断问题提供了一种可能的途径。

当飞行器以超高速在大气层中飞行时，由于气动加热或烧蚀，在飞行器周围会形成等离子体鞘套。这将影响飞行器的通信特性，严重时会使通信中断，从而威胁飞行器的安全。我国新一代航天航空飞行器在大气层中飞行的时间长、速度快，而且弹道复杂，需要实时通信和控制，因此需要彻底解决通信中断问题。针对新一代航天飞行器面临的通信中断问题，研究了利用天线位置和地面遥测设备的布站优化、毫米波和太赫兹波通信、外加强磁场和激光通信等方法解决黑障问题的可能性及存在的问题。

介绍了在弹道靶上利用二级轻气炮发射再入体缩比模型开展湍流等离子体电磁散射特性模拟试验方法、湍流等离子体的雷达散射截面积(RCS)测量方法.给出了模型尾迹湍流等离子体的电磁散射特性测量典型试验结果,对获得的试验结果进行了分析,并与一阶畸变波Born方法计算结果进行了比较.结果表明:合理选择缩比模型发射速度和飞行环境压力,在弹道靶上能够模拟产生湍流等离子体;利用激光阴影成像技术获得的锥模型尾迹流场图像证实了尾迹转捩的出现及其湍流形成;在给定的试验条件下,锥模型及其绕流RCS测量值比其尾迹RCS测量值高3个数量级,比背景散射电平高0.5~2.5个数量级,且信号没有周期性,幅度脉动范围为1～15 dB,频率脉动范围0.4～40 kHz;锥模型湍流尾迹RCS的脉动可能是尾迹电子密度的脉动引起的;单站X波段雷达系统测量的锥模型尾迹亚密湍流等离子体的散射信号测量值与计算结果变化规律一致;弹道靶RCS测量技术可用于再入体缩比模型湍流等离子体电磁散射特性研究,为开展相关研究提供了一种有效的地面模拟实验研究途径.

设计了一种用于减缓高超声速飞行器通信中断的、中心频率为1.575 GHz、一体化GPS磁窗天线, 并开展了静态验证实验。设计的磁窗天线由贴片微带天线和永磁体一体化组成, 结构尺寸为100 mm × 100 mm × 75 mm, 并设计了防护结构。磁窗天线的贴片微带天线不会对永磁体磁场产生影响, 而永磁体也不会改变贴片微带天线谐振频率；设计的磁场防护装置对天线轴向的磁场强度没有减弱, 对非传播方向完全屏蔽, 起到了保护作用。针对厚度为25.5 mm、电子密度为6×1010～1×1011 cm-3的等离子体, 设计的磁窗天线能将1.575 GHz电磁波透射系数从-19～-23.5 dB提高到-11～-16 dB。研究结果表明: 设计的一体化GPS磁窗天线能够一定程度减缓电子密度为6×1010～1×1011cm-3的等离子体对1.575 GHz电磁波通信影响, 且实现了磁窗天线的小型化, 并提高了安全性。

研究了太赫兹波在透射波窗口封闭的激波管中的等离子体中的传输特性，获得了传输衰减量随等离子体电子密度、碰撞频率、透波窗口材料以及电磁波频率的变化规律，并比较了相同条件下毫米波的传输特性.利用激波管为实验平台模拟产生高速飞行器等离子体，开展了太赫兹波在等离子体中传输特性实验.结果表明，太赫兹波在相同电子密度和碰撞频率的等离子体中衰减量比毫米波小得多; 随着等离子体碰撞频率的增加，太赫兹波传输衰减量先增加后减小,透波窗口增加了太赫兹波的传输衰减; 随着窗口材料的介电常数增加，太赫兹波反射率增加，太赫兹波传输衰减曲线出现周期性振荡，振荡周期约5GHz; 太赫兹波通信可能作为一种解决再入飞行器黑障问题的有效技术途径.