Алюмінієвий сплав для паливного бака ракети
Конструкційні матеріали тісно пов'язані з низкою питань, таких як проектування конструкції корпусу ракети, технологія виробництва та обробки, технологія підготовки матеріалів та економіка, і є ключем до визначення якості зльоту та вантажопідйомності ракети. Відповідно до процесу розробки матеріальної системи, процес розробки матеріалів для паливних баків ракет можна розділити на чотири покоління. Перше покоління - це алюмінієві сплави 5-ї серії, тобто сплави Al-Mg. Типовими сплавами є сплави 5A06 та 5A03. Вони використовувалися для виготовлення конструкцій паливних баків ракети P-2 наприкінці 1950-х років і використовуються донині. Сплави 5A06, що містять від 5,8% Mg до 6,8% Mg, 5A03 - це сплав Al-Mg-Mn-Si. Друге покоління - це сплави 2-ї серії на основі Al-Cu. Баки для зберігання ракет-носіїв серії Long March виробництва Китаю виготовлені зі сплавів 2A14, які являють собою сплав Al-Cu-Mg-Mn-Si. З 1970-х років і дотепер Китай почав використовувати для виробництва резервуарів для зберігання сплав 2219, який являє собою сплав Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti, широко використовується у виробництві різних резервуарів для зберігання ракет-носіїв. Водночас він також широко використовується в конструкції низькотемпературних паливних резервуарів для запуску зброї, що є сплавом з відмінними низькотемпературними характеристиками та комплексними експлуатаційними характеристиками.
Алюмінієвий сплав для конструкції кабіни
З моменту розробки ракет-носіїв у Китаї в 1960-х роках і дотепер, алюмінієві сплави для конструкції кабіни ракет-носіїв переважають сплави першого та другого поколінь, представлені 2A12 та 7A09, тоді як зарубіжні країни перейшли на четверте покоління конструкційних алюмінієвих сплавів кабіни (сплав 7055 та сплав 7085), які широко використовуються завдяки своїм високим міцним властивостям, низькій чутливості до гартування та чутливості до надрізу. 7055 - це сплав Al-Zn-Mg-Cu-Zr, а 7085 також є сплавом Al-Zn-Mg-Cu-Zr, але вміст домішок Fe та Si дуже низький, а вміст Zn високий, 7,0%~8,0%. Сплави Al-Li третього покоління, представлені 2A97, 1460 тощо, застосовуються в зарубіжній аерокосмічній промисловості завдяки своїй високій міцності, високому модулю пружності та високому подовженню.
Алюмінієві матричні композити, посилені частинками, мають переваги високого модуля пружності та високої міцності, і можуть бути використані для заміни сплавів 7A09 для виготовлення напівмонококових стрингерів кабіни. Інститут досліджень металів Китайської академії наук, Харбінський технологічний інститут, Шанхайський університет Цзяотун тощо виконали велику роботу в галузі дослідження та виробництва алюмінієвих матричних композитів, посилених частинками, з вражаючими досягненнями.
Al-Li сплави, що використовуються в зарубіжній аерокосмічній галузі
Найбільш успішним застосуванням на іноземних аерокосмічних апаратах є сплав Weldalite Al-Li, розроблений Constellium та Квебекським RDC, включаючи сплави 2195, 2196, 2098, 2198 та 2050. Сплав 2195: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, який є першим сплавом Al-Li, успішно комерціалізованим для виготовлення низькотемпературних резервуарів для зберігання палива для ракетних запусків. Сплав 2196: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, низька щільність, висока міцність, висока в'язкість до руйнування, спочатку розроблений для профілів каркаса сонячних панелей Hubble, зараз здебільшого використовується для екструдування профілів літаків. Сплав 2098: Al-3.5 Cu-1.1Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, спочатку розроблений для виготовлення фюзеляжу HSCT, завдяки високій міцності на втому, зараз використовується у фюзеляжах винищувача F16 та паливних баках стартових установок космічних кораблів Falcon. Сплав 2198: Al-3.2Cu-0.9Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, використовується для прокатки листів комерційних літаків. Сплав 2050: Al-3.5Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.4Mn-0.1Zr, використовується для виробництва товстих листів замість товстих листів зі сплаву 7050-T7451 для виготовлення конструкцій комерційних літаків або компонентів для запуску ракет. Порівняно зі сплавом 2195, вміст Cu+Mn у сплаві 2050 є відносно низьким, що знижує чутливість до гартування та підтримує високі механічні властивості товстої пластини, питома міцність на 4% вища, питомий модуль пружності на 9% вищий, а в'язкість руйнування підвищена завдяки високій стійкості до корозійного розтріскування під напругою та високій стійкості до росту втомних тріщин, а також високій температурній стабільності.
Китайські дослідження кованих кілець, що використовуються в ракетних конструкціях
Виробнича база ракет-носіїв Китаю розташована в Зоні економічного та технологічного розвитку Тяньцзіня. Вона складається з дослідницької та виробничої зони ракет, промислової зони застосування аерокосмічних технологій та допоміжної допоміжної зони. Вона об'єднує виробництво деталей ракет, складання компонентів та випробування кінцевого складання.
Бак для зберігання ракетного палива утворюється шляхом з'єднання циліндрів довжиною від 2 м до 5 м. Баки для зберігання виготовлені з алюмінієвого сплаву, тому їх необхідно з'єднувати та посилювати кованими кільцями з алюмінієвого сплаву. Крім того, з'єднувачі, перехідні кільця, перехідні рами та інші частини космічних апаратів, такі як ракети-носії та космічні станції, також потребують використання з'єднувальних кільців, тому ковані кільця є дуже важливим типом з'єднувальних та конструктивних деталей. Компанії Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Northeast Light Alloy Co., Ltd. та Northwest Aluminum Co., Ltd. виконали велику роботу в галузі досліджень, розробок, виробництва та обробки кованих кілець.
У 2007 році компанія Southwest Aluminum подолала технічні труднощі, такі як великомасштабне лиття, розкриття кувальних заготовок, вальцювання кілець та холодна деформація, і розробила кільце для кування з алюмінієвого сплаву діаметром 5 м. Оригінальна технологія кування сердечника заповнила вітчизняну прогалину та була успішно застосована на ракеті Long March-5B. У 2015 році Southwest Aluminum розробила перше кільце для кування з алюмінієвого сплаву надвеликого габаритного діаметра 9 м, встановивши світовий рекорд. У 2016 році Southwest Aluminum успішно опанувала низку ключових основних технологій, таких як вальцювання та термічна обробка, і розробила кільце для кування надвеликого алюмінієвого сплаву діаметром 10 м, що встановило новий світовий рекорд і вирішило важливу ключову технічну проблему для розробки важкої ракети-носія Китаю.
Під редакцією Мей Цзян з MAT Aluminum
Час публікації: 01 грудня 2023 р.
