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航空航天用铝,与时俱进!

浏览数量: 43     作者: 本站编辑     发布时间: 2022-08-30      来源: 本站

航空航天用铝,你知道多少?

航空铝合金是飞机、航天飞行器制造的主干材料。伴随着当代飞机设计制造对飞行性能、有效载荷、燃油消耗、服役寿命及安全可靠性要求的不断提升,对铝合金结构的综合性能及减理效果也提出了越来越高的要求。采用大尺寸铝合金材料数控铣削加工出整体式铝合金结构件,取代传统中由多个铝合金散件拼装而成的组合结构件,不仅可实现结构件大幅减重、提高服役过程可靠性,而且可减少飞机组装工序、降低制造成本,且其复杂性和性能要求从简单的组件到飞机的主要承重结构均适宜。这种先进的设计制造方法,对铝合金材料提出了十分苛刻的要求:铝合金锻件或预拉伸板的最大厚度往往需要达到150mm以上,不同厚度部件的综合性能高度均匀,同时还要拥有优良的强度-塑性-断裂韧性-抗疲劳性能-抗应力腐蚀与剥落腐蚀性能匹配。

航空用铝

无论是设计商用飞机还是建造精密的航天飞机,它们长期以来一直依赖铝合金。人造卫星是由铝制成的,因此人造卫星能够在穿越我们炽热的外部大气并进入太空的过程中幸存下来。即使在今天,NASA仍在先进的Orion航天器中使用铝-锂混合材料。



由于铝具有很高的体积能量密度并且难以意外点燃,所以它是航天飞机的固体火箭助推器发动机的主要推进剂。

一方面,航空航天用铝合金也用于处理在太空冷冻真空中遇到的低于零温度的条件。另一方面,用于飞机制造的铝合金具有耐用性和抗各种腐蚀的能力。这些合金的高稳定性使其成为用于机械部件的理想选择。



铝合金在飞机上主要是用作结构件材料, 如:蒙皮、框架、螺旋桨、油箱、壁板和起落架支柱等。铝合金在航天航空中的应用开发可分为几个阶段:50 年代主要目标是减重和提高合金比刚度、比强度;60~70年代主要目标是提高合金耐久性和损伤容限,开发出 7XXX 系合金 T73 和 T76 热处理制度、7050 合金和高纯合金;80年代由于燃油价格上涨而要求进一步减轻结构重量;90年代至今,铝合金的发展目标是进一步减重, 并进一步提高合金的耐久性和损伤容限。例如开发出高强、高韧 高抗腐蚀性能的新型铝合金,大量采用低内应力的厚板加工成复杂的整体结构部件代替以前用很多零件装配的部件,不但能减轻结构重量,而且可保证性能的稳定。不同机型铝 化率占比可以相差较大,如波音 737 铝合金材料占比较大可达 81%,而波音 787 由于使用了大量 复合材料,铝合金材料占比为 20%。


一代飞机,一代材料,航空用铝已发展到以铝锂合金为代表的第三代铝合金材料。航空用铝发展有三个阶段:第一个阶段是 1930s-1960s,2系铝合金使全金属飞机成为主流,而以早期 7075 为代表的 7 系铝合金则使客机在平流层飞行成为可能,代表机型是 DC-3,B-29 与 70;第二个阶段是 1960s-1990s,7050 和 7055 等一系列新型 7 系列铝合金被开发出来,在兼顾疲劳特性的同时提高了比强度,代表机型是 A300 系列、777;第三个阶段是 2000 年至今,在复合材料的竞争下,以铝锂合金为代表的第三代铝合金被越来越多的 新机型采用,包括 A220,我国的 C919 等,代表牌号是肯联的 2050、2196,以及美铝的 2099、 2397。除了铝锂合金外,铝基复合材料和超塑性成形铝合金也是当前航空用铝重点研究方向。


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