تطبيق مواد سبائك الألومنيوم المتطورة في مركبات الإطلاق

سبائك الألومنيوم لخزان وقود الصواريخ

ترتبط المواد الهيكلية ارتباطًا وثيقًا بسلسلة من القضايا مثل تصميم هيكل جسم الصاروخ، وتكنولوجيا التصنيع والمعالجة، وتكنولوجيا إعداد المواد، والاقتصاد، وهي المفتاح لتحديد جودة إقلاع الصاروخ وسعة الحمولة. وفقا لعملية تطوير نظام المواد، يمكن تقسيم عملية تطوير مواد خزان وقود الصواريخ إلى أربعة أجيال. الجيل الأول عبارة عن سبائك ألومنيوم من السلسلة 5، أي سبائك Al-Mg. السبائك التمثيلية هي سبائك 5A06 و5A03. وقد تم استخدامها لتصنيع هياكل خزانات وقود الصواريخ P-2 في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي وما زالت تستخدم حتى اليوم. سبائك 5A06 تحتوي على 5.8% Mg إلى 6.8% Mg، 5A03 عبارة عن سبيكة Al-Mg-Mn-Si. الجيل الثاني عبارة عن سبائك من سلسلتين تعتمد على Al Cu. إن صهاريج التخزين الخاصة بسلسلة مركبات الإطلاق Long March الصينية مصنوعة من سبائك 2A14، وهي عبارة عن سبيكة Al-Cu-Mg-Mn-Si. منذ السبعينيات وحتى الوقت الحاضر، بدأت الصين في استخدام خزان تخزين تصنيع السبائك 2219، وهو عبارة عن سبيكة Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti، ويستخدم على نطاق واسع في تصنيع صهاريج تخزين مركبات الإطلاق المختلفة. وفي الوقت نفسه، يتم استخدامه أيضًا على نطاق واسع في هيكل خزانات الوقود ذات درجة الحرارة المنخفضة لإطلاق الأسلحة، وهي عبارة عن سبيكة ذات أداء ممتاز في درجات الحرارة المنخفضة والأداء الشامل.

سبائك الألومنيوم لهيكل المقصورة

منذ تطوير مركبات الإطلاق في الصين في الستينيات وحتى الآن، يهيمن الجيل الأول وسبائك الجيل الثاني المتمثلة بسبائك 2A12 و7A09 على سبائك الألومنيوم لهيكل مقصورة مركبات الإطلاق، بينما دخلت الدول الأجنبية الجيل الرابع من مركبات الإطلاق. سبائك الألومنيوم الهيكلية للمقصورة (سبائك 7055 وسبائك 7085)، يتم استخدامها على نطاق واسع بسبب خصائص القوة العالية، وحساسية التبريد المنخفضة وحساسية الشق. 7055 عبارة عن سبيكة Al-Zn-Mg-Cu-Zr، و7085 عبارة أيضًا عن سبيكة Al-Zn-Mg-Cu-Zr، لكن محتوى شوائب Fe وSi منخفض جدًا، ومحتوى Zn مرتفع بنسبة 7.0%. ~8.0%. تم تطبيق سبائك Al-Li من الجيل الثالث الممثلة بـ 2A97، 1460، وما إلى ذلك في صناعات الطيران الأجنبية نظرًا لقوتها العالية، ومعاملها العالي، واستطالتها العالية.

تتميز مركبات مصفوفة الألومنيوم المعززة بالجسيمات بمزايا المعامل العالي والقوة العالية، ويمكن استخدامها لتحل محل سبائك 7A09 لتصنيع رافعات المقصورة شبه الأحادية. معهد أبحاث المعادن، الأكاديمية الصينية للعلوم، معهد هاربين للتكنولوجيا، جامعة شنغهاي جياوتونغ، إلخ. قاموا بالكثير من العمل في البحث وإعداد مركبات مصفوفة الألومنيوم المقوى بالجسيمات، مع إنجازات ملحوظة.

سبائك اللي المستخدمة في الطيران الأجنبي

التطبيق الأكثر نجاحًا على مركبات الفضاء الأجنبية هو سبيكة Weldalite Al-Li التي طورتها شركة Constellium وQuebec RDC، بما في ذلك 2195 و2196 و2098 و2198 و2050 Alloy. سبيكة 2195: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr، وهي أول سبيكة Al-Li يتم تسويقها تجاريًا بنجاح لتصنيع صهاريج تخزين الوقود ذات درجة الحرارة المنخفضة لإطلاق الصواريخ. سبيكة 2196: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr، كثافة منخفضة، قوة عالية، صلابة عالية للكسر، تم تطويرها في الأصل لمقاطع إطار الألواح الشمسية Hubble، وتستخدم الآن في الغالب لقذف مقاطع الطائرات. سبيكة 2098: Al-3.5 Cu-1.1Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr، تم تطويرها في الأصل لتصنيع جسم الطائرة HSCT، نظرًا لقوة التعب العالية، يتم استخدامها الآن في جسم الطائرة المقاتلة F16 وخزان وقود إطلاق المركبة الفضائية Falcon. . سبيكة 2198: Al-3.2Cu-0.9Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr، المستخدمة في لف صفائح الطائرات التجارية. سبيكة 2050: Al-3.5Cu-1.0Li-0.4Mg- 0.4Ag-0.4Mn-0.1Zr، تستخدم لإنتاج صفائح سميكة لتحل محل الصفائح السميكة من سبيكة 7050-T7451 لتصنيع هياكل الطائرات التجارية أو مكونات إطلاق الصواريخ. بالمقارنة مع سبيكة 2195، فإن محتوى Cu+Mn في سبيكة 2050 منخفض نسبيًا لتقليل حساسية التبريد والحفاظ على الخواص الميكانيكية العالية للوحة السميكة، والقوة المحددة أعلى بنسبة 4%، والمعامل المحدد أعلى بنسبة 9%، وتزداد صلابة الكسر مع مقاومة التشقق والتآكل عالية الضغط ومقاومة نمو صدع التعب العالي، فضلاً عن ثبات درجات الحرارة العالية.

أبحاث الصين حول تشكيل الحلقات المستخدمة في هياكل الصواريخ

وتقع قاعدة تصنيع مركبات الإطلاق الصينية في منطقة تيانجين للتنمية الاقتصادية والتكنولوجية. وتتكون من منطقة أبحاث وإنتاج الصواريخ ومنطقة صناعة تطبيقات تكنولوجيا الفضاء ومنطقة دعم إضافية. فهو يدمج إنتاج أجزاء الصواريخ، وتجميع المكونات، واختبار التجميع النهائي.

يتم تشكيل خزان تخزين الوقود الصاروخي عن طريق توصيل الأسطوانات بطول 2 متر إلى 5 متر. صهاريج التخزين مصنوعة من سبائك الألومنيوم، لذلك يجب أن يتم توصيلها وتقويتها بحلقات تشكيل من سبائك الألومنيوم. بالإضافة إلى ذلك، تحتاج الموصلات والحلقات الانتقالية وإطارات الانتقال والأجزاء الأخرى من المركبات الفضائية مثل مركبات الإطلاق والمحطات الفضائية أيضًا إلى استخدام حلقات الربط، لذا فإن حلقات الحدادة هي نوع بالغ الأهمية من الأجزاء المتصلة والهيكلية. لقد قامت شركة Southwest Aluminium (Group) Co., Ltd.، وNortheast Light Alloy Co., Ltd.، وNorthwest Aluminium Co., Ltd. بالكثير من العمل في مجال البحث والتطوير، وتصنيع ومعالجة حلقات الحدادة.

في عام 2007، تغلبت شركة Southwest Aluminium على الصعوبات التقنية مثل الصب على نطاق واسع، وفتح البليت، ولف الحلقة، والتشوه البارد، وطورت حلقة طرق من سبائك الألومنيوم بقطر 5 أمتار. لقد ملأت تقنية الحدادة الأساسية الأصلية الفجوة المحلية وتم تطبيقها بنجاح على Long March-5B. في عام 2015، طورت شركة Southwest Aluminium أول حلقة تزوير شاملة من سبائك الألومنيوم كبيرة جدًا يبلغ قطرها 9 أمتار، مسجلة رقمًا قياسيًا عالميًا. في عام 2016، نجحت شركة Southwest Aluminium في التغلب على عدد من التقنيات الأساسية الرئيسية مثل التشكيل المتداول والمعالجة الحرارية، وطورت حلقة تزوير كبيرة جدًا من سبائك الألومنيوم يبلغ قطرها 10 أمتار، مما سجل رقمًا قياسيًا عالميًا جديدًا وحل مشكلة فنية رئيسية كبيرة لتطوير مركبة الإطلاق الثقيلة في الصين.

حرره ماي جيانغ من MAT Aluminium