کاربرد مواد آلیاژ آلومینیوم مرغوب در موشک‌های حامل

آلیاژ آلومینیوم برای مخزن سوخت موشک

مواد ساختاری ارتباط نزدیکی با مجموعه‌ای از مسائل مانند طراحی ساختار بدنه موشک، فناوری ساخت و پردازش، فناوری آماده‌سازی مواد و اقتصاد دارند و کلید تعیین کیفیت برخاستن و ظرفیت بار موشک هستند. بر اساس فرآیند توسعه سیستم مواد، فرآیند توسعه مواد مخزن سوخت موشک را می‌توان به چهار نسل تقسیم کرد. نسل اول آلیاژهای آلومینیوم سری 5، یعنی آلیاژهای Al-Mg است. آلیاژهای نمونه، آلیاژهای 5A06 و 5A03 هستند. آنها در اواخر دهه 1950 برای ساخت سازه‌های مخزن سوخت موشک P-2 استفاده شدند و هنوز هم مورد استفاده قرار می‌گیرند. آلیاژهای 5A06 حاوی 5.8٪ منیزیم تا 6.8٪ منیزیم هستند، 5A03 یک آلیاژ Al-Mg-Mn-Si است. نسل دوم آلیاژهای سری 2 مبتنی بر Al-Cu است. مخازن ذخیره‌سازی سری Long March موشک‌های پرتابگر چین از آلیاژهای 2A14 ساخته شده‌اند که یک آلیاژ Al-Cu-Mg-Mn-Si هستند. از دهه 1970 تا به امروز، چین شروع به استفاده از آلیاژ 2219 برای ساخت مخازن ذخیره سازی کرده است که یک آلیاژ Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti است و به طور گسترده در ساخت مخازن ذخیره سازی مختلف وسایل نقلیه پرتاب استفاده می شود. در عین حال، این آلیاژ همچنین به طور گسترده در ساختار مخازن سوخت دمای پایین پرتاب سلاح استفاده می شود که آلیاژی با عملکرد عالی در دمای پایین و عملکرد جامع است.

آلیاژ آلومینیوم برای ساختار کابین

از زمان توسعه وسایل نقلیه پرتاب در چین در دهه 1960 تاکنون، آلیاژهای آلومینیوم برای ساختار کابین وسایل نقلیه پرتاب تحت سلطه آلیاژهای نسل اول و نسل دوم با نام‌های 2A12 و 7A09 بوده‌اند، در حالی که کشورهای خارجی وارد نسل چهارم آلیاژهای آلومینیوم ساختاری کابین (آلیاژ 7055 و آلیاژ 7085) شده‌اند که به دلیل خواص استحکام بالا، حساسیت به کوئنچ پایین و حساسیت به بریدگی، به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. 7055 یک آلیاژ Al-Zn-Mg-Cu-Zr است و 7085 نیز یک آلیاژ Al-Zn-Mg-Cu-Zr است، اما میزان ناخالصی Fe و Si آن بسیار کم است و میزان Zn آن بالا و در حدود 7.0٪ تا 8.0٪ است. آلیاژهای Al-Li نسل سوم با نام‌های 2A97، 1460 و غیره به دلیل استحکام بالا، مدول بالا و ازدیاد طول زیاد در صنایع هوافضای خارجی مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

کامپوزیت‌های زمینه آلومینیومی تقویت‌شده با ذرات، مزایای مدول و استحکام بالا را دارند و می‌توانند جایگزین آلیاژهای 7A09 برای ساخت استرینگرهای کابین نیمه مونوکوک شوند. موسسه تحقیقات فلزات، آکادمی علوم چین، موسسه فناوری هاربین، دانشگاه جیائوتونگ شانگهای و غیره، کارهای زیادی در زمینه تحقیق و تهیه کامپوزیت‌های زمینه آلومینیومی تقویت‌شده با ذرات انجام داده‌اند و به دستاوردهای قابل توجهی رسیده‌اند.

آلیاژهای Al-Li مورد استفاده در هوافضای خارجی

موفق‌ترین کاربرد در وسایل نقلیه هوافضای خارجی، آلیاژ Weldalite Al-Li است که توسط Constellium و Quebec RDC توسعه داده شده است، از جمله آلیاژهای 2195، 2196، 2098، 2198 و 2050. آلیاژ 2195: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr، که اولین آلیاژ Al-Li است که با موفقیت برای ساخت مخازن ذخیره سوخت دمای پایین برای پرتاب موشک تجاری‌سازی شده است. آلیاژ 2196: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr، چگالی کم، استحکام بالا، چقرمگی شکست بالا، در ابتدا برای پروفیل‌های قاب پنل خورشیدی هابل توسعه داده شد، که اکنون بیشتر برای اکسترود کردن پروفیل‌های هواپیما استفاده می‌شود. آلیاژ ۲۰۹۸: Al-3.5 Cu-1.1Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr، که در ابتدا برای ساخت بدنه HSCT توسعه داده شد، به دلیل استحکام خستگی بالای آن، اکنون در بدنه جنگنده F16 و مخزن سوخت پرتاب فضاپیمای فالکون استفاده می‌شود. آلیاژ ۲۱۹۸: Al-3.2Cu-0.9Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr، که برای نورد ورق هواپیماهای تجاری استفاده می‌شود. آلیاژ ۲۰۵۰: Al-3.5Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.4Mn-0.1Zr، که برای تولید صفحات ضخیم به جای صفحات ضخیم آلیاژ ۷۰۵۰-T7451 برای ساخت سازه‌های هواپیماهای تجاری یا اجزای پرتاب موشک استفاده می‌شود. در مقایسه با آلیاژ ۲۱۹۵، میزان مس+منگنز آلیاژ ۲۰۵۰ نسبتاً کم است تا حساسیت به کوئنچ کاهش یابد و خواص مکانیکی بالای صفحه ضخیم حفظ شود، استحکام ویژه ۴٪ بیشتر، مدول ویژه ۹٪ بیشتر و چقرمگی شکست با مقاومت بالا در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش و مقاومت بالا در برابر رشد ترک خستگی و همچنین پایداری دمایی بالا افزایش یافته است.

تحقیقات چین در مورد حلقه‌های آهنگری مورد استفاده در سازه‌های موشک

پایگاه تولید موشک‌های حامل ماهواره در منطقه توسعه اقتصادی و فناوری تیانجین واقع شده است. این پایگاه از یک منطقه تحقیق و تولید موشک، یک منطقه صنعتی کاربرد فناوری هوافضا و یک منطقه پشتیبانی کمکی تشکیل شده است. این منطقه تولید قطعات موشک، مونتاژ قطعات و آزمایش نهایی مونتاژ را یکپارچه می‌کند.

مخزن ذخیره‌سازی سوخت موشک با اتصال سیلندرهایی به طول ۲ تا ۵ متر تشکیل می‌شود. مخازن ذخیره‌سازی از آلیاژ آلومینیوم ساخته شده‌اند، بنابراین باید با حلقه‌های آهنگری آلیاژ آلومینیوم متصل و تقویت شوند. علاوه بر این، رابط‌ها، حلقه‌های انتقال، قاب‌های انتقال و سایر قطعات فضاپیما مانند وسایل پرتاب و ایستگاه‌های فضایی نیز باید از حلقه‌های آهنگری اتصال استفاده کنند، بنابراین حلقه‌های آهنگری نوع بسیار مهمی از قطعات اتصال و ساختاری هستند. شرکت‌های Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd.، Northeast Light Alloy Co., Ltd.، و Northwest Aluminum Co., Ltd. کارهای زیادی در زمینه تحقیق و توسعه، ساخت و پردازش حلقه‌های آهنگری انجام داده‌اند.

در سال ۲۰۰۷، شرکت Southwest Aluminum بر مشکلات فنی مانند ریخته‌گری در مقیاس بزرگ، فورج باز کردن شمش، نورد حلقه‌ای و تغییر شکل سرد غلبه کرد و یک حلقه فورج آلیاژ آلومینیوم با قطر ۵ متر توسعه داد. فناوری اصلی فورج هسته، شکاف داخلی را پر کرد و با موفقیت در Long March-5B به کار گرفته شد. در سال ۲۰۱۵، Southwest Aluminum اولین حلقه فورج کلی آلیاژ آلومینیوم فوق‌العاده بزرگ را با قطر ۹ متر توسعه داد و یک رکورد جهانی ثبت کرد. در سال ۲۰۱۶، Southwest Aluminum با موفقیت تعدادی از فناوری‌های کلیدی اصلی مانند نوردکاری و عملیات حرارتی را فتح کرد و یک حلقه فورج آلیاژ آلومینیوم فوق‌العاده بزرگ با قطر ۱۰ متر توسعه داد که یک رکورد جهانی جدید ثبت کرد و یک مشکل فنی کلیدی بزرگ برای توسعه وسیله نقلیه پرتاب سنگین چین را حل کرد.

ویرایش شده توسط می جیانگ از MAT Aluminum