Алюминиевый сплав для топливного бака ракеты
Конструкционные материалы тесно связаны с рядом вопросов, таких как проектирование конструкции корпуса ракеты, технология производства и обработки, технология подготовки материалов и экономика, и являются ключом к определению качества взлета и грузоподъемности ракеты. Согласно процессу разработки системы материалов, процесс разработки материалов для 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 — сплавы 2-й серии на основе Al-Cu. Баки для хранения китайской серии ракет-носителей Long March изготовлены из сплава 2A14, который представляет собой сплав Al-Cu-Mg-Mn-Si. С 1970-х годов и по настоящее время Китай начал использовать сплав 2219 для изготовления баков для хранения, который представляет собой сплав Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti, широко используется при производстве различных баков для хранения ракет-носителей. В то же время он также широко используется в конструкции низкотемпературных топливных баков для запуска оружия, который представляет собой сплав с превосходными низкотемпературными характеристиками и комплексными характеристиками.
Алюминиевый сплав для конструкции кабины
С момента разработки ракет-носителей в Китае в 1960-х годах и по сей день в алюминиевых сплавах для конструкции кабины ракет-носителей доминируют сплавы первого и второго поколения, представленные 2A12 и 7A09, в то время как зарубежные страны перешли на четвертое поколение конструкционных алюминиевых сплавов 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 - это также сплав Al-Zn-Mg-Cu-Zr, но его примесное содержание Fe и Si очень низкое, а содержание Zn высокое - 7,0% ~ 8,0%. Сплавы Al-Li третьего поколения, представленные 2A97, 1460 и т. д., применяются в зарубежной аэрокосмической промышленности из-за их высокой прочности, высокого модуля и большого удлинения.
Алюминиевые матричные композиты, армированные частицами, обладают преимуществами высокого модуля и высокой прочности и могут использоваться для замены сплавов 7A09 при производстве стрингеров кабины полумонокока. Институт исследований металлов, Китайская академия наук, Харбинский технологический институт, Шанхайский университет Цзяотун и т. д. проделали большую работу по исследованию и подготовке алюминиевых матричных композитов, армированных частицами, и добились замечательных результатов.
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 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 рам солнечных панелей Hubble, в настоящее время в основном используется для экструзии профилей самолетов. Сплав 2098: Al-3.5 Cu-1.1Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, изначально разработанный для изготовления фюзеляжа HSCT, из-за своей высокой усталостной прочности в настоящее время используется в фюзеляже истребителя F16 и 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
База по производству ракет-носителей Китая расположена в зоне экономического и технологического развития Тяньцзиня. Она состоит из зоны исследований и производства ракет, зоны применения аэрокосмических технологий и вспомогательной вспомогательной зоны. Она объединяет производство деталей ракет, сборку компонентов, окончательные испытания сборки.
Резервуар для хранения ракетного топлива формируется путем соединения цилиндров длиной от 2 до 5 м. Резервуары для хранения изготовлены из алюминиевого сплава, поэтому их необходимо соединить и укрепить ковочными кольцами из алюминиевого сплава. Кроме того, соединители, переходные кольца, переходные рамы и другие части космических аппаратов, такие как ракеты-носители и космические станции, также должны использовать соединительные ковочные кольца, поэтому ковочные кольца являются очень важным типом соединительных и структурных деталей. 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 ковочных колец.
В 2007 году компания Southwest Aluminum преодолела технические трудности, такие как крупномасштабное литье, раскрытие кузнечных заготовок, прокатка колец и холодная деформация, и разработала ковочное кольцо из алюминиевого сплава диаметром 5 м. Оригинальная технология ковки сердечника заполнила внутренний пробел и была успешно применена в Long March-5B. В 2015 году компания Southwest Aluminum разработала первое сверхбольшое общее ковочное кольцо из алюминиевого сплава диаметром 9 м, установив мировой рекорд. В 2016 году компания Southwest Aluminum успешно освоила ряд ключевых технологий сердечника, таких как прокатка и термическая обработка, и разработала сверхбольшое ковочное кольцо из алюминиевого сплава диаметром 10 м, что установило новый мировой рекорд и решило главную ключевую техническую проблему для разработки китайской ракеты-носителя большой грузоподъемности.
Под редакцией Мэй Цзян из MAT Aluminum
Время публикации: 01.12.2023
