Aluminis'ha convertit en un material clau extremadament important en els vehicles de llançament, perquèaliatge d'aluminité una baixa densitat i un excel·lent rendiment a baixa temperatura sense igual.El dipòsit de combustible d'hidrogen líquid i oxigen líquid del coet de llançament està fetaliatge d'alumini.L'estructura principal de la cabina El material utilitzat per a les peces també ho ésaliatge d'alumini.Ara els materials estructurals del vehicle de llançament han entrat a la quarta generació, és a dir, l'edat dels aliatges de la sèrie 2 i la sèrie 5 que contenen una petita quantitat de Li.Els aliatges principals són 2195, 2196, 2098, 2198 i 2050. La Xina encara té un gran buit en el desenvolupament de l'aeroespacial Al-Lialiatge d'aluminien comparació amb països estrangers, però pot posar-los al dia o superar-los al voltant del 2025 i convertir-se en el líder mundial.
Perquèaliatge d'aluminité baixa densitat (≤2,8 g/cm3), alta resistència específica i rigidesa específica, resistència a la corrosió, resistència a la fatiga, bona tenacitat, excel·lent rendiment de processament i formació, recursos rics, preu moderat, inofensiu per al cos humà i el medi ambient, reciclatge El metall industrial amb el millor rendiment ha estat àmpliament utilitzat en diversos sectors de l'economia nacional i s'ha convertit en el segon metall més gran.El 2020, la primària del mónaluminii secundàriaaluminila producció serà d'uns 95.000 kt, que és una categoria que no es pot utilitzar en diversos camps, des de necessitats diàries fins a aeroespacial.Materials opcionals.Entre els materials estructurals dels vehicles de llançament actuals,aluminii els materials compostos a base d'alumini són els materials més utilitzats.Segons l'estimació de l'autor, a l'estructura i parts del vehicle de llançament, la massa neta dealumini i aliatge d'aluminirepresenta més del 85% de la massa neta total de l'estructura.
Estructura del dipòsit
Els materials estructurals estan estretament relacionats amb una sèrie de qüestions com el disseny de l'estructura del cos del coet, la tecnologia de fabricació i processament, la tecnologia de preparació de materials i l'economia.Són la clau per determinar la qualitat d'enlairament i la capacitat de càrrega útil del coet.Segons la història de desenvolupament del sistema de materials, la història de desenvolupament dels materials del dipòsit de combustible de coets es pot dividir en quatre generacions.La primera generació és de 5 sèriesaliatge d'alumini, és a dir, l'aliatge de la sèrie Al-Mg.Els aliatges representatius són els aliatges 5A06 i 5A03.Es van utilitzar en la fabricació d'estructures de dipòsits de combustible de coets P-2 a finals de la dècada de 1950 i encara s'utilitzen avui dia.Aliatge 5A06 que conté 5,8% Mg ~ 6,8% Mg, 5A03 és un aliatge Al-Mg-Mn-Si.La segona generació és l'aliatge de la sèrie 2 Al-Cu.El tanc del vehicle de llançament de la sèrie Xina Long March està fet d'aliatge 2A14, que és un aliatge Al-Cu-Mg-Mn-Si;des de la dècada de 1970 fins a l'actualitat, la Xina ha començat a utilitzar-lo.El tanc de fabricació d'aliatge 2219, que és un aliatge Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti, s'utilitza àmpliament en la fabricació de diversos tancs de vehicles de llançament.Al mateix temps, també s'utilitza àmpliament en l'estructura dels dipòsits de combustible a baixa temperatura de llançament d'armes.Aliatges amb excel·lent rendiment a baixa temperatura i rendiment complet;la tercera generació és l'aliatge Al-Li, és a dir, l'aliatge de la sèrie 2 i l'aliatge de la sèrie 5 amb un contingut de Li ≤3,0%.El primer s'utilitza als Estats Units, Gran Bretanya, Alemanya, Japó, etc., i el segon és Va ser desenvolupat per Rússia i utilitzat a l'estranger als anys 80.Ja ha entrat en l'etapa de preparació industrial i aplicació d'enginyeria.Actualment, la Xina només té aplicacions a petita escala a la indústria de l'aviació i l'estructura del tanc del vehicle de llançament encara no ha vist exemples d'aplicació.
Coet portador del 5 de març llarg
El 3 de novembre de 2016, la Xina va llançar amb èxit el coet portador Long March 5, sobrenomenat "Fat Five".El seu diàmetre és un 50% més gran que el dels coets actius de la Xina, amb un diàmetre del nucli de 5 m i un diàmetre de reforç de 3,35 m, mentre que l'etapa del nucli del coet actiu de la Xina té un diàmetre de 3,35 m i un diàmetre de reforç de 2,25 m.A més de la gran "circumferència de la cintura", la seva "alçada" és d'uns 57 m, que equival a un edifici de 20 pisos, només després del coet portador Long March 2 F, de manera que pot acomodar més propulsor (combustible).El motor de nivell central utilitza hidrogen líquid (-253 °C) i oxigen líquid (-183 °C), i el combustible de reforç és una combinació d'oxigen líquid i querosè.En altres paraules, la temperatura dins del Long March 5 és molt inferior al punt de congelació de la temperatura ultrabaixa, per la qual cosa també s'anomena "fletxa de gel".En el cos de la Llarga Marxa 5 que pesa més de 800 tones, el 90% és hidrogen líquid i oxigen líquid.Després de l'encesa, la temperatura de les flames emeses pel motor és de fins a 3000 ℃.En aquest moment, el seu estat extrem de "gel i foc" dins i fora és una gran prova de la tecnologia espacial de la Xina i els materials utilitzats.
El desenvolupament de la Llarga Marxa 5 va durar 10 anys, fet que demostra que és molt difícil.Durant el desenvolupament, s'han trencat 247 tecnologies clau, de les quals 12 són les tecnologies clau més importants, i la proporció de noves tecnologies és gairebé del 100%.Les tecnologies bàsiques són totes de creació pròpia., S'ha adonat de la millora del coet La Llarga Marxa.El coet Long March 5 té 12 "grans cors" o motors, que proporcionen una empenta total de 1.0564,4 kN.8 motors de querosè d'oxigen líquid es componen de 4 grups, que formen la força propulsora, amb una potència total d'enlairament de 9408 kN;2 motors d'hidrogen-oxigen de 490 kN són els responsables de la potència bàsica de primer nivell i la potència d'enlairament és de 980 kN;dos motors d'hidrogen-oxigen de cicle d'expansió de 88,2 kN formen la potència bàsica de segon nivell.La sèrie de coets portadors Long March 5 pot tenir una capacitat de càrrega en òrbita baixa de fins a 25 t i una capacitat de càrrega en òrbita alta de fins a 14 t.Han travessat el "llindar" internacional dels coets portadors a gran escala amb una capacitat de càrrega de l'òrbita terrestre baixa de 20 t i una capacitat de càrrega de l'òrbita alta de 10 t.Corre al costat dels grans coets del món, com ara l'americà Space God 5, el Delta 4 i l'europeu Ariane 5.
Tot i que la indústria dels vehicles de llançament de la Xina ha aconseguit èxits de renom mundial, encara hi ha algunes llacunes en comparació amb les potències aeroespacials del món.L'espectre de tipus de vehicles de llançament s'ha de millorar contínuament i les bases tecnològiques clau, com ara els motors de coets i les estructures del cos de coets de gran diàmetre, s'han de consolidar contínuament.Cal establir i reforçar nous models de desenvolupament per reduir costos i augmentar la competitivitat.
Materials estructurals de tancs i compartiments de coets portadors
Desenvolupament d'aliatges d'alumini-liti
Aliatge d'aluminiCaixa d'emmagatzematge
Els materials estructurals dels tancs de vehicles de llançament a l'estranger han entrat a la tercera generació, l'edat delsalumini-aliatges de liti, des de mitjans dels anys vuitanta.Des de principis del nou segle, els aliatges Al-Li de sèrie 2 que contenen una petita quantitat de liti s'han adoptat a gran escala, mentre que Rússia ha adoptat aliatges Al-Mg que contenen una petita quantitat de liti.S'ha aplicat en el camp de l'aviació i no hi ha cap exemple d'aplicació de l'estructura del tanc d'emmagatzematge.Alumini- magnesi ialumini- Els aliatges de coure que contenen una petita quantitat de Li tenen un major efecte de reducció de pes.En comparació amb els aliatges sense Li, l'efecte de reducció de pes pot arribar al 10% al 30%.
Afortunadament, algunes empreses i unitats de recerca xineses, com ara Shandong Aluminium (Group) Co., Ltd. i Nannan Light Metal Research Institute, han superat el control precís de la composició de l'aliatge, la fosa de lingot a gran escala i l'homogeneïtzació durant anys de treball dur continu., Els colls d'ampolla tècnics clau, com ara el control fi de tot el procés de microestructura, el tractament tèrmic de deformació de làmina de gran mida, etc., van adonar-se de l'homogeneïtzació de l'aliatge d'Al-Li de gran mida i la millora sinèrgica de la força, la duresa, la baixa. rendiment de temperatura, soldabilitat, etc., i va assolir l'objectiu de la preparació industrial No obstant això, en comparació amb els productes de països estrangers avançats, encara hi ha algunes llacunes en l'estabilitat i consistència del rendiment del producte, els costos de producció, etc. S'espera que no ho faci. ser capaç d'aconseguir o superar completament els diferents indicadors de productes estrangers de gamma alta per al 2025.
El tanc del vehicle de llançament pesat nord-americà ha seleccionat successivamentaliatges d'aluminicom ara 2014, 2219, 2195 i 2198. Al mateix temps, els Estats Units han passat de la recerca unilateral del millor rendiment a la consideració integral dels factors de cost en el procés de selecció d'aliatges Al-Li d'alt rendiment.En l'actualitat, els Estats Units estan desenvolupant activament una nova generació d'aliatges Al-Li representats per aliatges 2050 amb un millor rendiment i un menor cost.
Estructura de la cabinaaliatge d'alumini
Des del desenvolupament dels coets portadors a la Xina a la dècada de 1960 fins ara, elaliatges d'aluminide l'estructura de la cabina del coet portador són principalment els aliatges de primera i segona generació representats per 2A12 i 7A09, mentre que els països estrangers han entrat a l'estructura de la cabina de quarta generació.aliatge d'alumini7055, 7085, tenen propietats d'alta resistència, baixa sensibilitat d'extinció i sensibilitat a l'osca i s'utilitzen àmpliament.7055 és un aliatge Al-Zn-Mg-Cu-Zr, 7085 també és un aliatge Al-Zn-Mg-Cu-Zr, però el seu contingut d'impureses Fe i Si és molt baix, mentre que el contingut de Zn és alt, 7,0% ~ 8,0%.Els aliatges Al-Li de tercera generació representats per 2A97, 1460, etc., s'han utilitzat a la indústria aeroespacial estrangera amb la seva alta resistència, alt mòdul i gran allargament.
Reforçat per partículesaluminiEl material compost basat en té els avantatges d'un mòdul elevat i una alta resistència, i es pot utilitzar per substituir l'aliatge 7A09 per fer barres de cabina semi-monocascos.L'Institut d'Investigació dels Metalls de l'Acadèmia Xinesa de Ciències, l'Institut Tecnològic de Harbin, la Universitat Jiaotong de Xangai, etc. han fet molta feina en la investigació i la preparació de reforços de partícules.aluminicomposites matricials, amb èxits notables.
Aliatge aeroespacial estranger Al-Li
L'aplicació més reeixida en vehicles aeroespacials estrangers és la família d'aliatges Weldalite Al-Li desenvolupada per Kenlian Aluminum Company Issoire Rolling Mill i Quebec R+D Center durant 8 anys, inclosos 2195, 2196, 2098, 2198, 2050 Aliatge: 2195 aliatge: Al-4.0 Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, que és el primer aliatge Al-Li comercialitzat amb èxit per ser utilitzat en la fabricació de dipòsits de combustible a baixa temperatura per a llançaments de coets;Aliatge 2196: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, baixa densitat, alta resistència, alta tenacitat a la fractura, desenvolupat originalment per als perfils de marc de panells solars Hubble, ara s'utilitza principalment per extruir perfils d'avions;Aliatge 2098: Al-3.5 Cu-1.1Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, desenvolupat originalment per a la fabricació de fuselatge HSCT, a causa de la seva alta resistència a la fatiga, ara s'utilitza en el fuselatge de caces F16 i la nau espacial Falcon (Falcon) llançament del dipòsit de combustible;Aliatge 2198: Al-3.2Cu-0.9Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, utilitzat per enrotllar fulles d'avions comercials;Aliatge 2050: Al-3.5Cu-1.0Li-0.4Mg- 0.4Ag-0.4Mn-0.1Zr, utilitzat per produir plaques gruixudes per substituir plaques gruixudes d'aliatge 7050-T7451, que s'utilitzen per fabricar estructures d'avions comercials / components de coets de llançament.En comparació amb l'aliatge 2195, el contingut de Cu + Mn de l'aliatge 2050 és relativament baix per reduir la sensibilitat d'extinció i mantenir les altes propietats mecàniques de la placa gruixuda.La resistència específica és un 4% més gran, el mòdul específic és un 9% més gran i la tenacitat a la fractura augmenta.Resistència al trencament de la corrosió per estrès i alta resistència al creixement de les esquerdes per fatiga, a més d'alta temperatura
Hora de publicació: 26-abril-2023