Aluminiumslegering for rakettdrivstofftank
Strukturmaterialer er nært knyttet til en rekke problemstillinger som design av rakettkroppsstruktur, produksjons- og prosesseringsteknologi, materialforberedelsesteknologi og økonomi, og er nøkkelen til å bestemme rakettens startkvalitet og nyttelastkapasitet. I henhold til utviklingsprosessen til materialsystemet kan utviklingsprosessen for rakettdrivstofftankmaterialer deles inn i fire generasjoner. Den første generasjonen er 5-serie aluminiumslegeringer, det vil si Al-Mg-legeringer. De representative legeringene er 5A06- og 5A03-legeringer. De ble brukt til å produsere P-2 rakettdrivstofftankstrukturer på slutten av 1950-tallet og brukes fortsatt i dag. 5A06-legeringer som inneholder 5,8 % Mg til 6,8 % Mg, 5A03 er en Al-Mg-Mn-Si-legering. Den andre generasjonen er Al-Cu-baserte 2-serie legeringer. Lagertankene til Kinas Long March-serie av bæreraketter er laget av 2A14-legeringer, som er en Al-Cu-Mg-Mn-Si-legering. Fra 1970-tallet og frem til i dag har Kina begynt å bruke 2219-legeringslagertanker, som er en Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti-legering, og er mye brukt i produksjonen av forskjellige typer lagertanker for oppskytningskjøretøyer. Samtidig er den også mye brukt i konstruksjonen av lavtemperatur drivstofftanker for våpenoppskytning, og er en legering med utmerket lavtemperaturytelse og omfattende ytelse.
Aluminiumslegering for kabinstruktur
Siden utviklingen av oppskytningsfartøy i Kina på 1960-tallet og frem til nå, har aluminiumslegeringene for kabinstrukturen til oppskytningsfartøy dominert av første generasjons og andre generasjons legeringer representert ved 2A12 og 7A09, mens utenlandske land har tatt i bruk fjerde generasjon av kabinstrukturelle aluminiumslegeringer (7055-legering og 7085-legering). De er mye brukt på grunn av deres høye styrkeegenskaper, lave bråkjølingsfølsomhet og hakkfølsomhet. 7055 er en Al-Zn-Mg-Cu-Zr-legering, og 7085 er også en Al-Zn-Mg-Cu-Zr-legering, men innholdet av urenheter Fe og Si er svært lavt, og Zn-innholdet er høyt på 7,0 % ~ 8,0 %. Tredje generasjons Al-Li-legeringer representert ved 2A97, 1460, etc. har blitt brukt i utenlandsk luftfartsindustri på grunn av deres høye styrke, høye modul og høye forlengelse.
Partikkelforsterkede aluminiummatrisekompositter har fordelene med høy modul og høy styrke, og kan brukes til å erstatte 7A09-legeringer for å produsere semi-monocoque kabinstringere. Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Harbin Institute of Technology, Shanghai Jiaotong University, etc. har gjort mye arbeid med forskning og forberedelse av partikkelforsterkede aluminiummatrisekompositter, med bemerkelsesverdige prestasjoner.
Al-Li-legeringer brukt i utenlandsk luftfart
Den mest vellykkede bruken på utenlandske luftfartøyer er Weldalite Al-Li-legeringen utviklet av Constellium og Quebec RDC, inkludert legeringene 2195, 2196, 2098, 2198 og 2050. 2195-legering: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, som er den første Al-Li-legeringen som er kommersialisert for produksjon av lavtemperatur drivstofftanker for rakettoppskytninger. 2196-legering: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, lav tetthet, høy styrke, høy bruddseighet, opprinnelig utviklet for rammeprofiler til Hubble-solcellepaneler, nå hovedsakelig brukt til ekstrudering av flyprofiler. 2098-legering: Al-3,5 Cu-1,1Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, opprinnelig utviklet for produksjon av HSCT-flykropp. På grunn av sin høye utmattingsstyrke brukes den nå i F16-jagerflykropp og Falcon-oppskytningsdrivstofftanker. 2198-legering: Al-3,2Cu-0,9Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, brukt til valsing av plater i kommersielle fly. 2050-legering: Al-3,5Cu-1,0Li-0,4Mg-0,4Ag-0,4Mn-0,1Zr, brukt til å produsere tykke plater for å erstatte tykke plater i legeringen 7050-T7451 for produksjon av konstruksjoner eller rakettoppskytningskomponenter til kommersielle fly. Sammenlignet med 2195-legeringen er Cu+Mn-innholdet i 2050-legeringen relativt lavt for å redusere bråkjølingsfølsomheten og opprettholde de høye mekaniske egenskapene til den tykke platen. Den spesifikke styrken er 4 % høyere, den spesifikke modulen er 9 % høyere, og bruddseigheten økes med høy motstand mot spenningskorrosjonssprekk og høy motstand mot utmattingssprekkvekst, samt høy temperaturstabilitet.
Kinas forskning på smiing av ringer brukt i rakettstrukturer
Kinas produksjonsbase for bæreraketter ligger i Tianjins økonomiske og teknologiske utviklingssone. Den består av et område for rakettforskning og -produksjon, et område for anvendelse av luftfartsteknologi og et støtteområde. Den integrerer produksjon av rakettdeler, komponentmontering og testing av sluttmontering.
Rakettdrivstofflagringstanken er dannet av sammenkoblede sylindere med en lengde på 2 m til 5 m. Lagertankene er laget av aluminiumslegering, så de må kobles sammen og forsterkes med smiringer av aluminiumslegering. I tillegg må koblinger, overgangsringer, overgangsrammer og andre deler av romfartøy som oppskytningsfartøy og romstasjoner også bruke smiringer, så smiringer er en svært kritisk type forbindelses- og strukturelle deler. Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Northeast Light Alloy Co., Ltd. og Northwest Aluminum Co., Ltd. har gjort mye arbeid innen forskning og utvikling, produksjon og prosessering av smiringer.
I 2007 overvant Southwest Aluminum tekniske vanskeligheter som storskalastøping, smiing av billetåpning, ringvalsing og kalddeformasjon, og utviklet en smiering i aluminiumslegering med en diameter på 5 m. Den opprinnelige kjerneteknologien for smiing fylte det innenlandske gapet og ble vellykket anvendt på Long March-5B. I 2015 utviklet Southwest Aluminum den første superstore smieringen i aluminiumslegering med en diameter på 9 m, og satte dermed verdensrekord. I 2016 beseiret Southwest Aluminum en rekke viktige kjerneteknologier som valseforming og varmebehandling, og utviklet en superstor smiering i aluminiumslegering med en diameter på 10 m, som satte ny verdensrekord og løste et stort teknisk problem for utviklingen av Kinas tunge bæreraketter.
Redigert av May Jiang fra MAT Aluminum
Publisert: 01. des. 2023
