中试与设备开发

   产业化是中心以国家重大需求为导向将中心科研成果转化为有益于国防建设及国民经济需求的产品而进行的积极探索。目前已有众多科研成果转化为或正在转化为产品。在产品由科研成果转变为实物再由实验室走向应用的过程中,中试与设备开发是必须的一步。中试是产品正式投产前的试验过程(Pilotscale Experiment),是产品在大规模量产前的较小规模试验。设备开发是为满足某种需求在设计及试验中对产品进行的开发行为

   

 (a)                                                                               (b)
图1. 2014年珠海航展和2015年阿布扎比防务展: (a)某型突击战车
(b)某型防雷战车

    1、夹层板的中型放大

     

 (a)                                                                   (b)  
图2. (a)冲压成型 (b)激光焊接

  夹层板在制备中需经过铸造、激光切割、冲压、焊接等流程。相比于试验室内所制备的小样件,产品化的夹层板往往尺寸较大在制备中面临诸多挑战,如冲压过程中如何减少残余应力、面板较厚时如何冲压成型、焊接过程中如何焊透等。中心在试验中积累了宝贵经验,探索出一条夹层板制备流程,目前已经能够实现较大尺寸夹层板的制备。

    2、设备开发

     

   (a)                                                                               (b)
图3. (a)设备研发 (b)设备制备

   图3a中所示为某型高档机床移动部件的改进设计,为了实现机床移动部件的最小重量和最大刚度设计,在考虑应用的前提下,通过理论分析和有限元计算对比不同拓扑结构,建立了优化模型实现了超轻金属刀具箱的最优设计,如图3b。在此过程中中心探索了设备的改进研发到设备的制备中的相关流程。

    3、产品转化

        

(a)                                                                (b)

    

         (c)                                                                             (d)            
图3. (a)设计阶段 (b)试验阶段 (c)模块化生产阶段(d)披挂装车

   新型轻质防护装甲是基于轻质点阵结构而设计的一类可有效抗侵彻并且大范围减轻自身重量的防护结构。由于其轻质特性故而可有效提高装甲车的机动性,在未来作战中可占据主导权。中心在设计此装甲中采用了金属点阵与陶瓷相复合的结构使得防护性能大幅提高。相关产品也在2014年珠海航展和2015年阿布扎比防务展中相继亮相。


图4 新型发光/散热一体化LED球泡灯:(a)散热原理;(b)灯泡表面红外温度图像;(c)灯泡内部流场和温度场CFD模拟结果;(d)样品


  照明耗能占高达15%的社会总用电量,LED灯与传统荧光灯相比可以节省75%的能量,并且寿命是后者的10倍,因此被认为是最具前景的下一代照明技术,对于节能减排具有重要的意义。然而,LED芯片的发光效率和寿命都严重取决于其工作温度,由于芯片尺寸小,热流密度高,且通常仅适合使用被动冷却方式,导致LED灯泡的功率较小,因此发光流明数受限,制约着市场的发展。
  传统上LED灯泡一般通过灯泡底部的金属件散热,未能充分利用灯罩的外表面散热,有效散热面积小,芯片温度较高,灯具寿命短。本中心通过与企业开展产学研合作,建立在针对不同构型多孔金属材料散热特性系统深入研究的基础之上,研制了一种散热/发光一体化的新型LED节能灯。即在灯泡内部安置点阵金属支架,LED芯片阵列固定在支架外表面;支架与灯罩内表面通过灯泡内填充气体的自然对流以及表面之间的热辐射进行换热,利用灯罩整体外表面通过自然对流和热辐射向环境散热。与传统LED灯相比,本新型LED节能灯优势明显:1)无需外部散热件,颠覆了目前商用LED灯泡通过底部外加金属块散热的既有方案,减轻了重量,降低成本1/3;2)利用灯罩外表面对环境散热,灯罩温度大幅提高,实现了导热面积最大化,提高寿命200%;3)实现了全角度发光,发光效率提高20%。
  中心在成功实现科研成果转化的过程中形成了一套成熟的流程:面向国家重大需求进行产品调研-->科研与成果-->产品开发与设计-->样件制备与试验-->中试-->模块化生产-->产品应用。