יישום של חומרי סגסוגת אלומיניום מתקדמים ברכבי שיגור

סגסוגת אלומיניום למיכל דלק רקטי

חומרים מבניים קשורים קשר הדוק לשורה של נושאים כמו תכנון מבנה גוף הרקטה, טכנולוגיית ייצור ועיבוד, טכנולוגיית הכנת חומרים וחסכון, והם המפתח לקביעת איכות ההמראה של הרקטה ויכולת המטען. על פי תהליך הפיתוח של מערכת החומרים, ניתן לחלק את תהליך הפיתוח של חומרי מיכל דלק רקטי לארבעה דורות. הדור הראשון הוא סגסוגות אלומיניום מסדרה 5, כלומר סגסוגות Al-Mg. הסגסוגות הייצוגיות הן סגסוגות 5A06 ו-5A03. הם שימשו לייצור מבני מיכלי דלק רקטות P-2 בסוף שנות ה-50 ועדיין בשימוש היום. סגסוגות 5A06 המכילות 5.8% Mg עד 6.8% Mg, 5A03 היא סגסוגת Al-Mg-Mn-Si. הדור השני הוא סגסוגות מסדרה 2 מבוססי Al-Cu. מיכלי האחסון של רכבי השיגור מסדרת Long March של סין עשויים מסגסוגות 2A14, שהן סגסוגת Al-Cu-Mg-Mn-Si. משנות ה-70 ועד היום, סין החלה להשתמש במיכל אחסון לייצור סגסוגת 2219, שהוא סגסוגת Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti, שנמצאת בשימוש נרחב בייצור מכלי אחסון שונים לרכבי שיגור. במקביל, הוא נמצא בשימוש נרחב גם במבנה של מיכלי דלק לשיגור נשק בטמפרטורה נמוכה, שהיא סגסוגת עם ביצועים מצוינים בטמפרטורה נמוכה וביצועים מקיפים.

סגסוגת אלומיניום למבנה תא הנוסעים

מאז פיתוח רכבי השיגור בסין בשנות ה-60 ועד כה, סגסוגות האלומיניום למבנה תא הנוסעים של רכבי השיגור נשלטות על ידי הדור הראשון והדור השני של סגסוגות 2A12 ו-7A09, בעוד שמדינות זרות נכנסו לדור הרביעי של סגסוגות אלומיניום מבניות (סגסוגת 7055 וסגסוגת 7085), הן נמצאות בשימוש נרחב בגלל תכונות החוזק הגבוהות שלהן, רגישות המרווה הנמוכה ורגישות החריצים שלהן. 7055 היא סגסוגת Al-Zn-Mg-Cu-Zr, ו-7085 היא גם סגסוגת Al-Zn-Mg-Cu-Zr, אך תכולת הטומאה שלה Fe ו-Si נמוכה מאוד, ותכולת ה-Zn גבוהה ב-7.0% ~8.0%. סגסוגות אל-לי מהדור השלישי המיוצגות על ידי 2A97, 1460 וכו' יושמו בתעשיות חלל זרות בשל החוזק הגבוה, המודולוס הגבוה וההתארכות הגבוהה שלהן.

לרכיבים מרוכבים מטריצת אלומיניום מחוזקים בחלקיקים יש את היתרונות של מודולוס גבוה וחוזק גבוה, וניתן להשתמש בהם כדי להחליף סגסוגות 7A09 לייצור מיתרי תא חצי מונוקוק. המכון לחקר מתכות, האקדמיה הסינית למדעים, המכון הטכנולוגי של חרבין, אוניברסיטת שנגחאי ג'יאוטונג וכו' עשו עבודה רבה במחקר והכנה של חומרים מרוכבים מטריצת אלומיניום מחוזקים בחלקיקים, עם הישגים יוצאי דופן.

סגסוגות אל-לי המשמשות בחלל זר

היישום המוצלח ביותר בכלי תעופה זרים הוא סגסוגת Weldalite Al-Li שפותחה על ידי Constellium ו-Quebec RDC, כולל 2195, 2196, 2098, 2198 ו-2050 Alloy. סגסוגת 2195: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, שהיא הסגסוגת הראשונה של Al-Li שמוסחרת בהצלחה לייצור מיכלי אחסון דלק בטמפרטורה נמוכה לשיגור רקטות. סגסוגת 2196: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, צפיפות נמוכה, חוזק גבוה, קשיחות שבר גבוהה, פותחה במקור עבור פרופילי מסגרת של פאנלים סולאריים של Hubble, המשמשת כיום בעיקר להוצאת פרופילי מטוסים. סגסוגת 2098: Al-3.5 Cu-1.1Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, שפותחה במקור לייצור גוף גוף HSCT, בגלל חוזק העייפות הגבוה שלו, הוא משמש כעת בגוף קרב F16 ובחללית פלקון שיגור מיכל דלק . סגסוגת 2198: Al-3.2Cu-0.9Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, משמשת לגלגול יריעת מטוסים מסחריים. סגסוגת 2050: Al-3.5Cu-1.0Li-0.4Mg- 0.4Ag-0.4Mn-0.1Zr, משמשת לייצור לוחות עבים להחלפת לוחות סגסוגת עבים 7050-T7451 לייצור מבני מטוסים מסחריים או רכיבי שיגור רקטות. בהשוואה לסגסוגת 2195, תכולת Cu+Mn של סגסוגת 2050 נמוכה יחסית כדי להפחית את רגישות ההמרה ולשמור על התכונות המכניות הגבוהות של הצלחת העבה, החוזק הספציפי גבוה ב-4%, המודול הספציפי גבוה ב-9%, וקשיחות השבר מוגברת עם עמידות גבוהה בפני פיצוח קורוזיה במתח והתנגדות גבוהה לצמיחת סדק עייפות, כמו גם יציבות בטמפרטורה גבוהה.

המחקר של סין על חישול טבעות המשמשות במבני רקטות

בסיס ייצור רכבי השיגור של סין ממוקם באזור הפיתוח הכלכלי והטכנולוגי של טיאנג'ין. הוא מורכב מאזור מחקר וייצור רקטות, אזור תעשיית יישומי טכנולוגיית תעופה וחלל ואזור תומך עזר. הוא משלב ייצור חלקי רקטות, הרכבת רכיבים, בדיקות הרכבה סופית.

מיכל האחסון של חומרי הנעה רקטיים נוצר על ידי חיבור צילינדרים באורך של 2 מ' עד 5 מ'. מיכלי האגירה עשויים מסגסוגת אלומיניום ולכן יש לחבר ולחזק אותם בטבעות פרזול מסגסוגת אלומיניום. בנוסף, גם מחברים, טבעות מעבר, מסגרות מעבר וחלקים אחרים של חלליות כגון רכבי שיגור ותחנות חלל צריכים להשתמש בטבעות פרזול מחברות, ולכן טבעות פרזול הן סוג קריטי מאוד של חלקי חיבור ומבנה. Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Northeast Light Alloy Co., Ltd., ו-Northwest Aluminum Co., Ltd עשו עבודה רבה במחקר ופיתוח, ייצור ועיבוד של טבעות פרזול.

בשנת 2007, סאות'ווסט אלומיניום התגבר על קשיים טכניים כמו יציקה בקנה מידה גדול, פרזול פתיחת בילט, גלגול טבעת ועיוות קר, ופיתח טבעת פרזול מסגסוגת אלומיניום בקוטר של 5 מ'. טכנולוגיית חישול הליבה המקורית מילאה את הפער המקומי והושמה בהצלחה על Long March-5B. בשנת 2015, סאות'ווסט אלומיניום פיתחה את טבעת החישול הכוללת של סגסוגת אלומיניום סופר-גדולה בקוטר של 9 מטר, וקבעה שיא עולמי. בשנת 2016, סאות'ווסט אלומיניום כבשה בהצלחה מספר טכנולוגיות ליבה מרכזיות כמו גיבוש גלגול וטיפול בחום, ופיתחה טבעת פרזול מסגסוגת אלומיניום גדולה במיוחד בקוטר של 10 מ', שקבעה שיא עולמי חדש ופתרה בעיה טכנית מרכזית. לפיתוח רכב השיגור הכבד של סין.

עריכה מאי ג'יאנג מ-MAT Aluminium