Алюминиевый сплав для бака ракетного топлива
Конструкционные материалы тесно связаны с рядом вопросов, таких как проектирование конструкции корпуса ракеты, технология изготовления и обработки, технология подготовки материалов и экономика, и являются ключом к определению взлетных качеств и полезной нагрузки ракеты. В соответствии с процессом разработки системы материалов, процесс разработки материалов топливных баков ракет можно разделить на четыре поколения. Первое поколение - это алюминиевые сплавы 5-й серии, то есть сплавы Al-Mg. Представительными сплавами являются сплавы 5A06 и 5A03. Они использовались для изготовления конструкций топливных баков ракеты P-2 в конце 1950-х годов и используются до сих пор. Сплавы 5A06 содержат от 5,8% Mg до 6,8% Mg, 5A03 - это сплав Al-Mg-Mn-Si. Второе поколение - это сплавы 2-й серии на основе Al-Cu. Баки для хранения китайских ракет-носителей серии «Чанчжэн» изготовлены из сплава 2А14, представляющего собой сплав Al-Cu-Mg-Mn-Si. С 1970-х годов и по настоящее время Китай использует для производства баков сплав 2219, представляющий собой сплав Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti, который широко используется при изготовлении различных баков для ракет-носителей. Кроме того, он широко используется в конструкции низкотемпературных топливных баков для запуска оружия, поскольку этот сплав обладает превосходными низкотемпературными характеристиками и комплексными эксплуатационными характеристиками.
Алюминиевый сплав для конструкции кабины
С момента разработки ракет-носителей в Китае в 1960-х годах и по настоящее время среди алюминиевых сплавов для конструкции кабины ракет-носителей доминируют сплавы первого и второго поколений, представленные 2А12 и 7А09, в то время как зарубежные страны перешли на четвертое поколение конструкционных алюминиевых сплавов для кабины (сплав 7055 и сплав 7085), они широко используются из-за их высоких прочностных свойств, низкой чувствительности к закалке и чувствительности к надрезу. 7055 - это сплав Al-Zn-Mg-Cu-Zr, а 7085 также является сплавом Al-Zn-Mg-Cu-Zr, но содержание примесей Fe и Si в нем очень низкое, а содержание Zn высокое - 7,0% ~ 8,0%. Сплавы Al-Li третьего поколения, представленные 2А97, 1460 и т. д., нашли применение в зарубежной аэрокосмической промышленности из-за их высокой прочности, высокого модуля и большого удлинения.
Алюминийматричные композиты, армированные частицами, обладают такими преимуществами, как высокий модуль упругости и высокая прочность, и могут быть использованы в качестве замены сплаву 7А09 при изготовлении стрингеров полумонококовых кабин. Институт исследований металлов, Китайская академия наук, Харбинский технологический институт, Шанхайский университет Цзяотун и другие организации проделали большую работу по исследованию и разработке алюминийматричных композитов, армированных частицами, и добились значительных успехов.
Сплавы Al-Li, используемые в зарубежной аэрокосмической технике
Наиболее успешным применением в иностранных аэрокосмических аппаратах является сплав Weldalite Al-Li, разработанный Constellium и Квебекским научно-исследовательским центром, включая сплавы 2195, 2196, 2098, 2198 и 2050. Сплав 2195: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, который является первым сплавом Al-Li, успешно внедренным в производство для производства низкотемпературных топливных баков для запуска ракет. Сплав 2196: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, низкая плотность, высокая прочность, высокая вязкость разрушения, первоначально разработанный для профилей рамы солнечных панелей Hubble, в настоящее время в основном используется для прессования профилей самолетов. Сплав 2098: Al-3.5 Cu-1.1Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, изначально разработанный для изготовления фюзеляжа HSCT, благодаря своей высокой усталостной прочности теперь используется в фюзеляже истребителя F16 и стартовом топливном баке космического корабля Falcon. Сплав 2198: Al-3.2Cu-0.9Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, используется для прокатки листов коммерческих самолетов. Сплав 2050: Al-3.5Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.4Mn-0.1Zr, используется для производства толстых пластин для замены толстых пластин из сплава 7050-T7451 для изготовления конструкций коммерческих самолетов или компонентов для запуска ракет. По сравнению со сплавом 2195 содержание Cu+Mn в сплаве 2050 относительно низкое, что снижает чувствительность к закалке и сохраняет высокие механические свойства толстой пластины. Удельная прочность на 4% выше, удельный модуль упругости на 9% выше, а вязкость разрушения повышена при высокой стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением и высокой стойкости к росту усталостных трещин, а также при высокой температурной стабильности.
Китайские исследования по ковке колец, используемых в ракетных конструкциях
Производственная база ракет-носителей Китая расположена в зоне экономического и технологического развития Тяньцзиня. Она включает в себя зону исследований и производства ракет, зону применения аэрокосмических технологий и вспомогательную вспомогательную зону. Она объединяет производство деталей ракет, сборку компонентов и испытания окончательной сборки.
Резервуар для хранения ракетного топлива формируется путём соединения цилиндров длиной от 2 до 5 м. Резервуары для хранения изготовлены из алюминиевого сплава, поэтому их необходимо соединить и укрепить алюминиевыми коваными кольцами. Кроме того, соединительные кованые кольца используются в соединителях, переходных кольцах, переходных рамах и других деталях космических аппаратов, таких как ракеты-носители и космические станции, поэтому кованые кольца являются важнейшим типом соединительных и конструктивных деталей. Компании Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Northeast Light Alloy Co., Ltd. и Northwest Aluminum Co., Ltd. проделали большую работу по исследованию и разработке, производству и обработке кованых колец.
В 2007 году компания Southwest Aluminum преодолела технические трудности, такие как крупномасштабное литье, раскрытие кузнечных заготовок, прокатка колец и холодная деформация, и разработала кованое кольцо из алюминиевого сплава диаметром 5 м. Оригинальная технология ковки сердечника заполнила внутреннюю нишу и была успешно применена в Long March-5B. В 2015 году компания Southwest Aluminum разработала первое сверхбольшое кованое кольцо из алюминиевого сплава диаметром 9 м, установив мировой рекорд. В 2016 году компания Southwest Aluminum успешно освоила ряд ключевых технологий сердечников, таких как прокатка и термическая обработка, и разработала сверхбольшое кованое кольцо из алюминиевого сплава диаметром 10 м, что установило новый мировой рекорд и решило главную техническую проблему для разработки тяжелой ракеты-носителя Китая.
Под редакцией Мэй Цзян из MAT Aluminum
Время публикации: 01.12.2023
