سبائك الألومنيوم لخزان وقود الصواريخ
ترتبط المواد الإنشائية ارتباطًا وثيقًا بمجموعة من القضايا، مثل تصميم هيكل الصاروخ، وتكنولوجيا التصنيع والمعالجة، وتكنولوجيا تحضير المواد، والاقتصاد، وهي تُعدّ أساسًا لتحديد جودة إقلاع الصاروخ وسعة حمولته. ووفقًا لعملية تطوير نظام المواد، يمكن تقسيم عملية تطوير مواد خزان وقود الصواريخ إلى أربعة أجيال. الجيل الأول هو سبائك الألومنيوم من السلسلة 5، أي سبائك Al-Mg. السبائك النموذجية هي سبائك 5A06 و5A03. استُخدمت هذه السبائك في تصنيع هياكل خزانات وقود الصواريخ P-2 في أواخر خمسينيات القرن الماضي، ولا تزال تُستخدم حتى اليوم. سبائك 5A06 تحتوي على 5.8% إلى 6.8% من المغنيسيوم، و5A03 هي سبيكة Al-Mg-Mn-Si. الجيل الثاني هو سبائك السلسلة 2 القائمة على Al-Cu. تُصنع خزانات تخزين سلسلة مركبات الإطلاق الصينية "لونغ مارش" من سبائك 2A14، وهي سبيكة Al-Cu-Mg-Mn-Si. منذ سبعينيات القرن الماضي وحتى اليوم، بدأت الصين باستخدام سبيكة 2219 في تصنيع خزانات التخزين، وهي سبيكة Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti، وتُستخدم على نطاق واسع في تصنيع خزانات تخزين مركبات الإطلاق المختلفة. كما تُستخدم على نطاق واسع في هيكل خزانات وقود إطلاق الأسلحة منخفضة الحرارة، وهي سبيكة تتميز بأداء ممتاز في درجات الحرارة المنخفضة وأداء شامل.
سبائك الألومنيوم لهيكل المقصورة
منذ تطوير مركبات الإطلاق في الصين في ستينيات القرن الماضي وحتى الآن، تهيمن سبائك الألومنيوم المستخدمة في هيكل مقصورة مركبات الإطلاق على الجيل الأول والجيل الثاني من سبائك 2A12 و7A09، بينما دخلت الدول الأجنبية الجيل الرابع من سبائك الألومنيوم الهيكلية للمقصورة (سبائك 7055 وسبائك 7085)، وهي تُستخدم على نطاق واسع نظرًا لخصائصها العالية القوة وحساسيتها المنخفضة للتبريد وحساسيتها العالية للشق. 7055 هي سبيكة Al-Zn-Mg-Cu-Zr، و7085 هي أيضًا سبيكة Al-Zn-Mg-Cu-Zr، ولكن محتوى الشوائب Fe وSi فيها منخفض جدًا، ومحتوى Zn مرتفع بنسبة 7.0٪ ~ 8.0٪. تم تطبيق سبائك Al-Li من الجيل الثالث التي تمثلها 2A97 و1460 وما إلى ذلك في صناعات الطيران الأجنبية نظرًا لقوتها العالية ومعامل المرونة العالي والاستطالة العالية.
تتميز مركبات مصفوفة الألومنيوم المقواة بالجسيمات بمزايا معامل المرونة العالي والقوة العالية، ويمكن استخدامها كبديل لسبائك 7A09 في تصنيع دعامات الكابينة شبه أحادية الهيكل. وقد بذل معهد أبحاث المعادن، والأكاديمية الصينية للعلوم، ومعهد هاربين للتكنولوجيا، وجامعة شنغهاي جياوتونغ، وغيرها، جهودًا كبيرة في مجال البحث وإعداد مركبات مصفوفة الألومنيوم المقواة بالجسيمات، محققين إنجازات باهرة.
سبائك الألومنيوم والليثيوم المستخدمة في صناعة الطيران الأجنبي
إن التطبيق الأكثر نجاحًا في المركبات الفضائية الأجنبية هو سبيكة Weldalite Al-Li التي طورتها Constellium و Quebec RDC، بما في ذلك سبيكة 2195 و2196 و2098 و2198 و2050. سبيكة 2195: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr، وهي أول سبيكة Al-Li يتم تسويقها بنجاح لتصنيع خزانات تخزين الوقود منخفضة الحرارة لإطلاق الصواريخ. سبيكة 2196: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr، منخفضة الكثافة، عالية القوة، عالية المتانة للكسر، تم تطويرها في الأصل لمقاطع إطار لوحة الطاقة الشمسية Hubble، وتستخدم الآن في الغالب في بثق 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 لقوتها العالية في تحمل التعب، يتم استخدامها الآن في جسم مقاتلة F16 وخزان وقود إطلاق المركبة الفضائية فالكون. سبيكة 2198: Al-3.2Cu-0.9Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr، تستخدم 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 صفائح سبيكة 7050-T7451 السميكة لتصنيع هياكل الطائرات التجارية أو مكونات إطلاق الصواريخ. بالمقارنة مع سبيكة 2195، فإن محتوى Cu + Mn في سبيكة 2050 منخفض نسبيًا لتقليل حساسية الإخماد والحفاظ على الخصائص الميكانيكية العالية للوحة السميكة، والقوة النوعية أعلى بنسبة 4٪، والمعامل النوعي أعلى بنسبة 9٪، وتزداد صلابة الكسر مع مقاومة عالية للتشقق بسبب التآكل الإجهادي ومقاومة عالية لنمو الشقوق الناتجة عن التعب، بالإضافة إلى استقرار درجات الحرارة العالية.
أبحاث الصين حول حلقات التشكيل المستخدمة في هياكل الصواريخ
تقع قاعدة تصنيع مركبات الإطلاق الصينية في منطقة تيانجين للتنمية الاقتصادية والتكنولوجية. وتتألف من منطقة أبحاث وإنتاج الصواريخ، ومنطقة تطبيقات تكنولوجيا الطيران والفضاء، ومنطقة دعم مساعدة. وتتكامل فيها عمليات إنتاج أجزاء الصواريخ، وتجميع المكونات، واختبار التجميع النهائي.
يُصنع خزان وقود الصواريخ من أسطوانات متصلة بأطوال تتراوح بين مترين وخمسة أمتار. تُصنع هذه الخزانات من سبائك الألومنيوم، لذا يلزم توصيلها وتقويتها بحلقات تشكيل من سبائك الألومنيوم. كما تحتاج الموصلات وحلقات الانتقال وهياكل الانتقال وأجزاء أخرى من المركبات الفضائية، مثل مركبات الإطلاق ومحطات الفضاء، إلى استخدام حلقات تشكيل متصلة، لذا تُعتبر حلقات التشكيل نوعًا بالغ الأهمية من أجزاء التوصيل والهيكل. وقد بذلت شركات Southwest Aluminum (Group) المحدودة، وNortheast Light Alloy المحدودة، وNorthwest Aluminum المحدودة جهودًا كبيرة في البحث والتطوير وتصنيع ومعالجة حلقات التشكيل.
في عام ٢٠٠٧، تغلبت شركة "ساوث ويست ألمنيوم" على صعوبات تقنية، مثل الصب واسع النطاق، وفتح قضبان التشكيل، ودحرجة الحلقات، والتشوه البارد، وطوّرت حلقة تشكيل من سبائك الألومنيوم بقطر ٥ أمتار. وقد سدّ هذا التطوير الأصلي الفجوة المحلية، وطُبّقت بنجاح على صاروخ "لونغ مارش-٥ بي". في عام ٢٠١٥، طوّرت "ساوث ويست ألمنيوم" أول حلقة تشكيل شاملة من سبائك الألومنيوم فائقة الضخامة بقطر ٩ أمتار، مسجّلةً رقمًا قياسيًا عالميًا. في عام ٢٠١٦، نجحت "ساوث ويست ألمنيوم" في إتقان عدد من التقنيات الأساسية الرئيسية، مثل التشكيل بالدرفلة والمعالجة الحرارية، وطوّرت حلقة تشكيل من سبائك الألومنيوم فائقة الضخامة بقطر ١٠ أمتار، مسجّلةً رقمًا قياسيًا عالميًا جديدًا، وحلّت مشكلة تقنية رئيسية رئيسية في تطوير مركبة الإطلاق الصينية الثقيلة.
تم تحريره بواسطة ماي جيانج من MAT Aluminum
وقت النشر: ١ ديسمبر ٢٠٢٣
