Alumíniotornou-se um material-chave extremamente importante em veículos lançadores, porqueLiga de alumíniotem baixa densidade e excelente desempenho incomparável em baixas temperaturas.O tanque de combustível de hidrogênio líquido e oxigênio líquido do foguete de lançamento é feito deLiga de alumínio.A estrutura principal da cabine O material utilizado nas peças também éLiga de alumínio.Agora, os materiais estruturais do veículo lançador entraram na quarta geração, ou seja, a era das ligas das séries 2 e 5 contendo uma pequena quantidade de Li.As principais ligas são 2195, 2196, 2098, 2198 e 2050. A China ainda tem uma grande lacuna no desenvolvimento da indústria aeroespacial Al-LiLiga de alumínioem comparação com países estrangeiros, mas pode alcançá-los ou ultrapassá-los por volta de 2025 e tornar-se o líder mundial.
PorqueLiga de alumíniotem baixa densidade (≤2,8g/cm3), alta resistência específica e rigidez específica, resistência à corrosão, resistência à fadiga, boa tenacidade, excelente desempenho de processamento e formação, recursos ricos, preço moderado, inofensivo ao corpo humano e ao meio ambiente, reciclagem do metal industrial com melhor desempenho tem sido amplamente utilizado em diversos setores da economia nacional e se tornou o segundo maior metal.Em 2020, o principal país do mundoalumínioe secundárioalumínioa produção será de cerca de 95.000 kt, categoria que não pode ser utilizada em diversas áreas, desde necessidades diárias até aeroespacial.Materiais opcionais.Entre os materiais estruturais dos veículos lançadores atuais,alumínioe os materiais compósitos à base de alumínio são os materiais mais utilizados.Segundo estimativa do autor, na estrutura e peças do veículo lançador, a massa líquida dealumínio e liga de alumíniorepresenta mais de 85% da massa líquida total da estrutura.
Estrutura do tanque
Os materiais estruturais estão intimamente relacionados a uma série de questões, como o projeto da estrutura do corpo do foguete, tecnologia de fabricação e processamento, tecnologia de preparação de materiais e economia.Eles são a chave para determinar a qualidade de decolagem e a capacidade de carga útil do foguete.De acordo com a história de desenvolvimento do sistema de materiais, a história de desenvolvimento dos materiais dos tanques de combustível de foguetes pode ser dividida em quatro gerações.A primeira geração é de 5 sériesLiga de alumínio, nomeadamente liga da série Al-Mg.As ligas representativas são as ligas 5A06 e 5A03.Eles foram usados na fabricação de estruturas de tanques de combustível de foguetes P-2 no final da década de 1950 e ainda são usados hoje.Liga 5A06 contendo 5,8% Mg ~ 6,8% Mg, 5A03 é uma liga Al-Mg-Mn-Si.A segunda geração é a liga da série Al-Cu série 2.O tanque do veículo de lançamento da série China Long March é feito de liga 2A14, que é uma liga Al-Cu-Mg-Mn-Si;desde a década de 1970 até o presente, a China começou a utilizá-lo.O tanque de fabricação da liga 2219, que é uma liga Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti, é amplamente utilizado na fabricação de vários tanques de veículos lançadores.Ao mesmo tempo, também é amplamente utilizado na estrutura de tanques de combustível de baixa temperatura para lançamento de armas.Ligas com excelente desempenho em baixas temperaturas e desempenho abrangente;a terceira geração é a liga Al-Li, ou seja, a liga da série 2 e a liga da série 5 com teor de Li ≤3,0%.O primeiro é usado nos Estados Unidos, Grã-Bretanha, Alemanha, Japão, etc., e o último é desenvolvido pela Rússia e usado no exterior na década de 1980.Já entrou na fase de preparação industrial e aplicação em engenharia.Atualmente, a China tem aplicações apenas em pequena escala na indústria da aviação, e a estrutura do tanque do veículo lançador ainda não viu exemplos de aplicação.
Foguete porta-aviões Longa Marcha 5
Em 3 de novembro de 2016, a China lançou com sucesso o foguete transportador Longa Marcha 5, apelidado de “Fat Five”.Seu diâmetro é 50% maior que o dos foguetes ativos da China, com um diâmetro de estágio central de 5m e um diâmetro de reforço de 3,35m, enquanto o estágio central do foguete ativo da China tem um diâmetro de 3,35m e um diâmetro de reforço de 2,25m.Além da grande “circunferência da cintura”, sua “altura” é de cerca de 57m, o que equivale a um prédio de 20 andares, perdendo apenas para o foguete transportador Longa Marcha 2 F, por isso pode acomodar mais propelente (combustível).O motor central usa hidrogênio líquido (-253°C) e oxigênio líquido (-183°C), e o combustível de reforço é uma combinação de oxigênio líquido e querosene.Em outras palavras, a temperatura dentro da Longa Marcha 5 é muito inferior ao ponto de congelamento da temperatura ultrabaixa, por isso também é chamada de “flecha de gelo”.No corpo da Longa Marcha 5 pesando mais de 800 toneladas, 90% é hidrogênio líquido e oxigênio líquido.Após a ignição, a temperatura das chamas emitidas pelo motor chega a 3.000 ℃.Neste momento, o seu estado extremo de “gelo e fogo” dentro e fora é um grande teste à tecnologia espacial e aos materiais utilizados pela China.
O desenvolvimento da Longa Marcha 5 durou 10 anos, o que mostra que é muito difícil.Durante o desenvolvimento, foram desenvolvidas 247 tecnologias-chave, das quais 12 são as tecnologias-chave mais importantes, e a proporção de novas tecnologias é de quase 100%.As tecnologias principais são todas autocriadas., Realizou a atualização avançada do foguete Longa Marcha.O foguete Longa Marcha 5 possui 12 “grandes corações” ou motores, proporcionando um empuxo total de 1.0564,4kN.8 motores de oxigênio líquido a querosene são compostos por 4 grupos, que formam a força propulsora, com potência total de decolagem de 9408kN;2 motores hidrogênio-oxigênio de 490kN são responsáveis pela potência principal de primeiro nível, e a potência de decolagem é de 980kN;dois motores hidrogênio-oxigênio com ciclo de expansão de 88,2 kN formam a potência central de segundo nível.A série Longa Marcha 5 de foguetes transportadores pode ter capacidade de carga em órbita baixa de até 25 toneladas e capacidade de carga em órbita alta de até 14 toneladas.Eles cruzaram o “limiar” internacional de foguetes transportadores de grande escala com uma capacidade de transporte em órbita baixa da Terra de 20 toneladas e uma capacidade de transporte em órbita alta de 10 toneladas.Corra lado a lado com os maiores foguetes do mundo, como o americano Space God 5, o Delta 4 e o europeu Ariane 5.
Embora a indústria de veículos de lançamento da China tenha alcançado conquistas de renome mundial, ainda existem algumas lacunas em comparação com as potências aeroespaciais mundiais.O espectro de tipos de veículos de lançamento precisa ser continuamente melhorado, e as principais bases tecnológicas, como motores de foguetes e estruturas de foguetes de grande diâmetro, precisam ser continuamente consolidadas.É necessário estabelecer e reforçar novos modelos de desenvolvimento para reduzir custos e aumentar a competitividade.
Materiais estruturais de tanques e compartimentos de foguetes transportadores
O desenvolvimento de ligas de alumínio-lítio
Liga de alumíniocaixa de armazenamento
Os materiais estruturais dos tanques dos veículos lançadores no exterior entraram na terceira geração, a era daalumínio-ligas de lítio, desde meados da década de 1980.Desde o início do novo século, ligas de Al-Li da série 2 contendo uma pequena quantidade de lítio foram adotadas em larga escala, enquanto a Rússia adotou ligas de Al-Mg contendo uma pequena quantidade de lítio.Tem sido aplicado na área de aviação e não há exemplo de aplicação da estrutura de tanques de armazenamento.Alumínio-magnésio ealumínio-ligas de cobre contendo uma pequena quantidade de Li têm um maior efeito de redução de peso.Comparado com ligas sem Li, o efeito de redução de peso pode chegar a 10% a 30%.
Felizmente, algumas empresas chinesas e unidades de pesquisa, como Shandong Aluminium (Group) Co., Ltd. e Nannan Light Metal Research Institute, romperam o controle preciso da composição da liga, fundição de lingotes em grande escala e homogeneização através de anos de trabalho árduo contínuo., Os principais gargalos técnicos, como o controle preciso de todo o processo de microestrutura, tratamento térmico de deformação de folhas de grande porte, etc., realizaram a homogeneização de ligas de Al-Li de grande porte e a melhoria sinérgica de resistência, tenacidade, baixa desempenho de temperatura, soldabilidade, etc., e atingiu a meta de preparação industrial. No entanto, em comparação com os produtos de países estrangeiros avançados, ainda existem algumas lacunas na estabilidade e consistência do desempenho do produto, custos de produção, etc. ser capaz de recuperar ou superar totalmente os vários indicadores de produtos estrangeiros de alta qualidade até 2025.
O tanque do veículo de lançamento pesado americano selecionou sucessivamenteligas de alumíniocomo 2014, 2219, 2195 e 2198. Ao mesmo tempo, os Estados Unidos passaram da busca unilateral do melhor desempenho para a consideração abrangente dos fatores de custo no processo de seleção de ligas Al-Li de alto desempenho.Atualmente, os Estados Unidos estão desenvolvendo ativamente uma nova geração de ligas Al-Li representadas pelas ligas 2050 com melhor desempenho e menor custo.
Estrutura da cabineLiga de alumínio
Desde o desenvolvimento de foguetes transportadores na China na década de 1960 até agora, oligas de alumínioda estrutura da cabine do foguete transportador são principalmente as ligas de primeira e segunda geração representadas por 2A12 e 7A09, enquanto países estrangeiros entraram na estrutura da cabine de quarta geraçãoLiga de alumínioLiga 7055, 7085, possuem propriedades de alta resistência, baixa sensibilidade de têmpera e sensibilidade ao entalhe e são amplamente utilizadas.7055 é uma liga Al-Zn-Mg-Cu-Zr, 7085 também é uma liga Al-Zn-Mg-Cu-Zr, mas seu teor de impurezas de Fe e Si é muito baixo, enquanto o teor de Zn é alto, 7,0% ~ 8,0%.As ligas Al-Li de terceira geração representadas por 2A97, 1460, etc., têm sido utilizadas na indústria aeroespacial estrangeira com sua alta resistência, alto módulo e alto alongamento.
Reforçado com partículasalumínioO material compósito à base de alumínio tem as vantagens de alto módulo e alta resistência e pode ser usado para substituir a liga 7A09 para fazer longarinas de cabine semi-monocoque.O Instituto de Pesquisa de Metais da Academia Chinesa de Ciências, o Instituto de Tecnologia de Harbin, a Universidade Jiaotong de Xangai, etc. têm feito muito trabalho na pesquisa e preparação de materiais reforçados com partículasalumíniocompósitos matriciais, com conquistas notáveis.
Liga Aeroespacial Estrangeira Al-Li
A aplicação de maior sucesso em veículos aeroespaciais estrangeiros é a família de ligas Weldalite Al-Li desenvolvida pela Kenlian Aluminum Company Issoire Rolling Mill e Quebec R&D Centre por 8 anos, incluindo 2195, 2196, 2098, 2198, 2050 Liga: Liga 2195: Al-4.0 Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, que é a primeira liga de Al-Li comercializada com sucesso para ser utilizada na fabricação de tanques de combustível de baixa temperatura para lançamentos de foguetes;Liga 2196: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, baixa densidade, alta resistência, alta tenacidade à fratura, originalmente desenvolvida para perfis de estrutura de painel solar Hubble, agora é usada principalmente para extrusar perfis de aeronaves;Liga 2098: Al-3.5 Cu-1.1Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, originalmente desenvolvida para a fabricação de fuselagem HSCT, devido à sua alta resistência à fadiga, agora é usada na fuselagem do caça F16 e na espaçonave Falcon ( Falcon) lançar tanque de combustível;Liga 2198: Al-3.2Cu-0.9Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, usada para laminação de chapas de aeronaves comerciais;Liga 2050: Al-3,5Cu-1,0Li-0,4Mg-0,4Ag-0,4Mn-0,1Zr, usada para produzir placas grossas para substituir placas grossas de liga 7050-T7451, usadas para fabricar estruturas de aeronaves comerciais/componentes de foguetes de lançamento.Comparado com a liga 2195, o teor de Cu+Mn da liga 2050 é relativamente baixo para reduzir a sensibilidade de têmpera e manter as altas propriedades mecânicas da placa espessa.A resistência específica é 4% maior, o módulo específico é 9% maior e a tenacidade à fratura é aumentada.Resistência à corrosão sob tensão e alta resistência ao crescimento de trincas por fadiga, além de alta temperatura
Horário da postagem: 26 de abril de 2023