Alumiiniseos rakettipolttoainesäiliöön
Rakennemateriaalit liittyvät läheisesti useisiin kysymyksiin, kuten raketin rungon suunnitteluun, valmistus- ja prosessointitekniikkaan, materiaalinkäsittelytekniikkaan ja taloudellisuuteen, ja ne ovat avainasemassa raketin lentoonlähtölaadun ja hyötykuorman määrittämisessä. Materiaalijärjestelmän kehitysprosessin mukaan raketin polttoainesäiliömateriaalien kehitysprosessi voidaan jakaa neljään sukupolveen. Ensimmäinen sukupolvi on 5-sarjan alumiiniseokset eli Al-Mg-seokset. Edustavat seokset ovat 5A06- ja 5A03-seokset. Niitä käytettiin P-2-raketin polttoainesäiliörakenteiden valmistukseen 1950-luvun lopulla, ja niitä käytetään edelleen. 5A06-seokset, jotka sisältävät 5,8–6,8 % Mg:tä, 5A03 on Al-Mg-Mn-Si-seos. Toinen sukupolvi on Al-Cu-pohjaiset 2-sarjan seokset. Kiinan Long March -sarjan laukaisualusten varastosäiliöt on valmistettu 2A14-seoksista, jotka ovat Al-Cu-Mg-Mn-Si-seoksia. 1970-luvulta nykypäivään Kiina alkoi käyttää 2219-seosmetalliseosta varastosäiliöiden valmistukseen. Se on Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti-seos, jota käytetään laajalti erilaisten laukaisualusten varastosäiliöiden valmistuksessa. Samalla sitä käytetään laajalti myös aseiden laukaisussa käytettävien matalan lämpötilan polttoainesäiliöiden rakenteessa, ja tällä seoksella on erinomainen suorituskyky alhaisissa lämpötiloissa ja kattava suorituskyky.
Alumiiniseos ohjaamon rakenteeseen
Kiinassa 1960-luvulla alkaneista kantorakettien kehityshankkeista tähän päivään asti kantorakettien ohjaamorakenteissa käytettyjä alumiiniseoksia ovat pääasiassa ensimmäisen ja toisen sukupolven seokset, joita edustavat 2A12 ja 7A09. Ulkomailla on puolestaan käyttöön otettu neljäs sukupolvi ohjaamorakenteisia alumiiniseoksia (7055-seos ja 7085-seos). Niitä käytetään laajalti niiden korkean lujuusluokan, alhaisen sammutusherkkyyden ja loviherkkyyden ansiosta. 7055 on Al-Zn-Mg-Cu-Zr-seos, ja 7085 on myös Al-Zn-Mg-Cu-Zr-seos, mutta sen epäpuhtauksien Fe- ja Si-pitoisuus on hyvin alhainen ja Zn-pitoisuus korkea, 7,0–8,0 %. Kolmannen sukupolven Al-Li-seoksia, joita edustavat 2A97, 1460 jne., on käytetty ulkomailla ilmailu- ja avaruusteollisuudessa niiden korkean lujuuden, korkean kimmokertoimen ja suuren venymän ansiosta.
Hiukkasvahvisteisilla alumiinimatriisikomposiiteilla on etunaan korkea kimmokerroin ja korkea lujuus, ja niitä voidaan käyttää 7A09-seosten korvaamiseen puolimonokokkien ohjaamon jäykistäjien valmistuksessa. Kiinan tiedeakatemian metallitutkimuslaitos, Harbinin teknillinen instituutti, Shanghain Jiaotongin yliopisto jne. ovat tehneet paljon työtä hiukkasvahvisteisten alumiinimatriisikomposiittien tutkimuksessa ja valmistuksessa ja saavuttaneet merkittäviä saavutuksia.
Ulkomaisessa ilmailu- ja avaruustekniikassa käytetyt Al-Li-seokset
Ulkomaisissa ilmailu- ja avaruusaluksissa on menestynein sovellus ollut Constelliumin ja Quebecin alueellisen kehityskeskuksen kehittämä Weldalite Al-Li -seos, johon kuuluvat seokset 2195, 2196, 2098, 2198 ja 2050. 2195-seos: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, joka on ensimmäinen Al-Li-seos, joka on onnistuneesti kaupallistettu rakettien laukaisujen matalan lämpötilan polttoainesäiliöiden valmistukseen. 2196-seos: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, matala tiheys, korkea lujuus, korkea murtumissitkeys, kehitetty alun perin Hubble-aurinkokennojen runkoprofiileihin, nykyään sitä käytetään enimmäkseen lentokoneiden profiilien suulakepuristukseen. 2098-seos: Al-3.5 Cu-1.1Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, alun perin kehitetty HSCT-runkojen valmistukseen. Korkean väsymislujuutensa ansiosta sitä käytetään nyt F16-hävittäjän rungoissa ja avaruusalusten Falcon-laukaisusäiliöissä. 2198-seos: Al-3.2Cu-0.9Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, käytetään kaupallisten lentokoneiden levymetallien valssaamiseen. 2050-seos: Al-3.5Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.4Mn-0.1Zr, käytetään paksujen levyjen valmistukseen 7050-T7451-seosten paksujen levyjen korvaamiseksi kaupallisten lentokoneiden rakenteiden tai rakettien laukaisukomponenttien valmistuksessa. Verrattuna 2195-seokseen, 2050-seoksen Cu+Mn-pitoisuus on suhteellisen alhainen, mikä vähentää sammutusherkkyyttä ja säilyttää paksun levyn korkeat mekaaniset ominaisuudet. Ominaislujuus on 4 % korkeampi, ominaismoduuli 9 % korkeampi ja murtumissitkeys lisääntyy, mikä lisää jännityskorroosionkestävyyttä ja väsymishalkeamien kasvun kestävyyttä sekä korkeaa lämpötilastabiilisuutta.
Kiinan tutkimus rakettirakenteissa käytettävistä taontarenkaista
Kiinan laukaisualusten valmistuskeskus sijaitsee Tianjinin talous- ja teknologisen kehityksen alueella. Se koostuu rakettien tutkimus- ja tuotantoalueesta, ilmailu- ja avaruustekniikan sovellusteollisuusalueesta sekä aputukialueesta. Se yhdistää rakettien osien tuotannon, komponenttien kokoonpanon ja loppukokoonpanotestauksen.
Rakettipolttoaineen varastosäiliö muodostetaan yhdistämällä 2–5 metrin pituisia sylintereitä. Varastosäiliöt on valmistettu alumiiniseoksesta, joten ne on yhdistettävä ja vahvistettava alumiiniseoksesta taottuilla renkailla. Lisäksi liittimissä, siirtymärenkaissa, siirtymäkehyksissä ja muissa avaruusalusten osissa, kuten laukaisualuksissa ja avaruusasemilla, on käytettävä yhdistäviä taottuja renkaita, joten taottuja renkaita käytetään erittäin tärkeänä yhdistävien ja rakenneosien tyyppinä. Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Northeast Light Alloy Co., Ltd. ja Northwest Aluminum Co., Ltd. ovat tehneet paljon työtä taottujen renkaiden tutkimuksessa ja kehityksessä, valmistuksessa ja jalostuksessa.
Vuonna 2007 Southwest Aluminum voitti tekniset vaikeudet, kuten laajamittaisen valamisen, taonta-aihioiden avaamisen, rengasvalssauksen ja kylmämuodonmuutoksen, ja kehitti alumiiniseoksesta taottu renkaan, jonka halkaisija oli 5 metriä. Alkuperäinen ydintaontatekniikka täytti kotimaisen aukon ja sitä sovellettiin onnistuneesti Long March-5B:hen. Vuonna 2015 Southwest Aluminum kehitti ensimmäisen erittäin suuren alumiiniseoksesta valmistetun kokonaistaottu renkaan, jonka halkaisija oli 9 metriä, mikä teki maailmanennätyksen. Vuonna 2016 Southwest Aluminum valloitti onnistuneesti useita keskeisiä ydinteknologioita, kuten valssausmuovauksen ja lämpökäsittelyn, ja kehitti erittäin suuren alumiiniseoksesta taottu renkaan, jonka halkaisija oli 10 metriä, mikä teki uuden maailmanennätyksen ja ratkaisi Kiinan raskaan kantoraketin kehittämisen kannalta merkittävän teknisen ongelman.
Toimittanut May Jiang MAT Aluminiumista
Julkaisun aika: 1.12.2023
