- No.336 Yunhe Road، Dongying، Shandong، China
المواد الفضائية هي جميع أنواع المواد المستخدمة في الطائرات ووحدات الطاقة الخاصة بها وملحقاتها وأدواتها ، والتي تعد أحد العوامل الحاسمة في تطوير هندسة وتكنولوجيا الطيران ، وعلوم المواد الفضائية هي أيضًا فرع رائد في علم المواد.
تتمتع مواد الفضاء بمقاومة ممتازة لدرجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة بالإضافة إلى مقاومة الشيخوخة والتآكل ، ويمكن أن تتكيف مع بيئة الفضاء.
تعد الأنواع المختلفة من المواد المستخدمة في الطائرات ووحدات الطاقة الخاصة بها وملحقاتها وأدواتها أحد العوامل الحاسمة في تطوير تكنولوجيا هندسة الطيران. علم مواد الفضاء الجوي هو فرع رائد في علم المواد. يطرح تصميم الطائرات باستمرار موضوعات جديدة لعلوم المواد ، ويعزز تطوير علوم مواد الفضاء ؛ يوفر ظهور مجموعة متنوعة من المواد الجديدة إمكانيات جديدة لتصميم الطائرات ويعزز بشكل كبير تطوير تكنولوجيا الفضاء.
يعتمد تقدم المواد الفضائية الجوية على العوامل الثلاثة التالية:
بالإضافة إلى الضغط العالي وقوى القصور الذاتي ، تخضع المواد الفضائية لأحمال الصدمة والأحمال المتناوبة التي تسببها عوامل مثل الإقلاع والهبوط ، واهتزاز المحرك ، والدوران عالي السرعة للأجزاء الدوارة ، ومناورة الطيران ، والرياح المفاجئة. يتسبب غاز المحرك والإشعاع الشمسي في أن تكون الطائرة في بيئة ذات درجة حرارة عالية ، ومع زيادة سرعة الطيران ، يظهر تأثير التسخين الديناميكي الهوائي في المقدمة ، مما يؤدي إلى "حواجز حرارية". بالإضافة إلى ذلك ، تخضع أيضًا لدرجات الحرارة المتناوبة ، في الستراتوسفير بسرعات دون سرعة الصوت ، ستنخفض درجة حرارة السطح إلى حوالي -50 درجة مئوية ، وستكون الدائرة القطبية داخل إقليم درجة حرارة البيئة الشتوية القاسية أقل من -40 درجة مئوية ، والمكونات المعدنية أو المطاط الإطارات عرضة لظاهرة التقصف. البنزين والكيروسين وأنواع الوقود الأخرى ومواد التشحيم المختلفة والزيت الهيدروليكي ومعظم المواد المعدنية لإنتاج التآكل والمواد غير المعدنية لإنتاج التورم والإشعاع الشمسي وتآكل الرياح والأمطار والبيئة الرطبة تحت الأرض للتخزين طويل الأجل للعفن تسريع عملية شيخوخة مواد البوليمر.
تعمل المركبات الفضائية في الغلاف الجوي أو الفضاء الخارجي لفترة طويلة ، وتعمل في بيئات قاسية ، ولكنها تتمتع أيضًا بموثوقية وأمان عاليين للغاية ، ورحلة ممتازة وقدرة على المناورة ، بالإضافة إلى تحسين الهيكل لتلبية الاحتياجات الديناميكية الهوائية ، ومتطلبات قابلية المعالجة واستخدام متطلبات الصيانة ، ولكنها تعتمد أيضًا على الخصائص والوظائف الممتازة للمادة.
لتقليل كتلة الهيكل ، يكون تقليل الكثافة بنسبة 30٪ أكثر فائدة من زيادة القوة بنسبة 50٪. سبائك الألومنيوم وسبائك التيتانيوم والمواد المركبة هي المواد الهيكلية الرئيسية للطيران مع قوة وصلابة عالية النوعية ، والتي يمكن أن تحسن الحمولة والقدرة على المناورة ومدى السيارة ، مع تقليل تكلفة الرحلة.
لن يتم استخدام الفولاذ عالي القوة (قوة الخضوع> 1380 ميجا باسكال) في أكثر من 10٪ من هندسة الطيران. بالنسبة للطائرات الحديثة مثل المقاتلات الأسرع من الصوت ، يتم تثبيت كمية الفولاذ فائق القوة عند 5٪ إلى 10٪ ، وقوة شدها من 600 إلى 1850 ميجا باسكال ، وأحيانًا تصل إلى 1950 ميجا باسكال ، مع صلابة الكسر KIc = 78 إلى 91 ميجا باسكال-م 1 / 2. في الوسائط النشطة المسببة للتآكل المستخدمة في الأجزاء الهيكلية الحاملة لهيكل الطائرة ، بشكل عام لاستخدام الفولاذ المقاوم للتآكل عالي القوة ، والمجهز بمحركات وقود الهيدروجين لاختيار الطائرة الفولاذ المقاوم للتآكل الخالي من الكربون كمواد مكونة للخدمة في الهيدروجين السائل و وسط الهيدروجين.
تلعب مركبات المصفوفة المعدنية ومركبات مصفوفة الراتنج عالية الحرارة ومركبات مصفوفة السيراميك ومركبات الكربون / الكربون دورًا متزايد الأهمية في مجال الطيران. تجمع مركبات الكربون / الكربون بين مقاومة الكربون والقوة العالية والصلابة لألياف الكربون ، وتتمتع باستقرار حراري فائق وموصلية حرارية ممتازة ، ولا تزال تتمتع بقوة وصلابة كبيرة عند 2500 درجة مئوية ، والكثافة تساوي 1/4 فقط من ذلك من السبائك عالية الحرارة. حظيت المركبات الهجينة باهتمام متزايد ، مثل إضافة الألياف الزجاجية إلى مركبات ألياف الكربون يمكن أن تحسن خصائص تأثيرها ، في حين أن إضافة ألياف الكربون إلى البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية يمكن أن يزيد من صلابته.
معظم المواد الهيكلية لأقسام المركبة الفضائية المأهولة هي سبائك الألومنيوم وسبائك التيتانيوم والمواد المركبة ، مثل مركبة الفضاء المدارية المصنوعة في الغالب من سبائك الألومنيوم ، مما يدعم هيكل الدفع الرئيسي للمحرك المصنوع من سبيكة الذقن ، وهو جزء من الإطار الرئيسي للمركبة الفضائية. جسم الطائرة الأوسط باستخدام مواد مركبة مصفوفة من سبائك الألومنيوم المقوى بألياف البورون ، وأبواب خليج البضائع باستخدام هيكل سندويش قرص العسل الورقي الخاص للمواد المركبة المصنوعة من راتينج الإيبوكسي المقوى بألياف الجرافيت للوحة. رأس الصاروخ ، السطح الخارجي لوحدة إعادة دخول المركبة الفضائية والسطح الداخلي لمحرك الصاروخ ، لاستخدام المواد الجر ، تحت تأثير تدفق الحرارة ، يمكن أن تتحلل المواد القابلة للذوبان ، والذوبان ، والتبخر ، والتسامي ، والتآكل ، والتغيرات الفيزيائية والكيميائية الأخرى ، والكتلة استهلاك سطح المادة لسحب الكثير من الحرارة ، من أجل تحقيق الغرض من منع إعادة دخول الغلاف الجوي عند تدفق الحرارة إلى داخل السيارة ، غرفة احتراق محرك الصاروخ والفوهة. من أجل الحفاظ على درجة حرارة عمل مناسبة داخل المقصورة ، فإن قسم المقصورة ريمان لاتخاذ تدابير الحماية من الإشعاع الحراري ، والجلد الخارجي لسبائك النيكل المقاومة للحرارة العالية أو لوحة البريليوم ، والهيكل الداخلي لسبائك الذقن المقاومة للحرارة ، والجزء الخارجي الجلد والبنية الداخلية مليئة بألياف الكوارتز والسيراميك المركب من الألياف الزجاجية ومواد أخرى ذات خصائص عزل حراري جيدة.
مع التنفيذ والتطوير المستمر لرحلات الفضاء البشرية ، واستكشاف القمر واستكشاف الفضاء السحيق ، والأقمار الصناعية عالية الدقة ، والمركبات فائقة السرعة ، ومركبات الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام ، ومركبات المناورات الفضائية وغيرها من المشاريع الفضائية ، يتم طرح متطلبات جديدة وأكثر تطلبًا للمواد ، مما يوفر جديدًا الفرص والدوافع لتطوير مواد جديدة لرحلات الفضاء ، ويجب أن يكون مجال المواد في أقرب وقت ممكن في ابتكار أنظمة المواد ، والحماية المستقلة للمواد الخام الرئيسية والتطبيقات الهندسية. يجب أن يحقق مجال المواد طفرة كبيرة في ابتكار نظام المواد ، والضمان المستقل للمواد الخام الرئيسية والتطبيقات الهندسية في أقرب وقت ممكن.
بالإضافة إلى ذلك ، أصبح تطبيق المواد المركبة الرقائقية في هندسة الطيران أكثر انتشارًا ، مثل استخدام A380 بنسبة 3 ٪ GLARE ، وهو نوع جديد من الصفائح. اللامينيت عبارة عن مادة مركبة تصنع نوعين مختلفين من المواد مصفحتين معًا بالضغط ، وتتكون عادةً من اللوحة العلوية وطبقة الغراء العلوية ، والمواد الأساسية ، وطبقة الغراء السفلية ، واللوحة السفلية ، والتي تكون قوتها وصلابة أعلى من تلك الموجودة في مادة اللوحة المنفصلة أو المواد الأساسية ، وتم تطبيقه على نقل الطائرات والطائرات المقاتلة. تصنع صفائح GLARE بالضغط (أو خزان الضغط الساخن) لتصفيح طبقات متعددة من ألواح الألمنيوم الرقيقة والألياف الزجاجية أحادية الاتجاه (مشربة بمادة لاصقة إيبوكسي) مغلفة ومضغوطة على الساخن ، كما هو موضح في الشكل 1. تمت معالجته لتسهيل الالتصاق بطبقة الألياف المسبقة التقوية. يوضح الجدول 1 أنواع رقائق GLARE التي يمكن إنتاجها تجاريًا ، والتي يمكن تصنيعها بسماكات مختلفة وفقًا للاحتياجات. يمكن أن تكون الألياف من طبقتين ، 2 ، 3 طبقات ، وما إلى ذلك ، ويمكن أن يكون محتوى الألياف واتجاهها متوافقًا مع الجدول ، ويمكن أن يكون لكل نوع من أنواع صفائح GLARE أشكال مختلفة ، والتي يمكن تعديلها وفقًا للاحتياجات الخاصة.
المواد الفضائية ليست فقط الضمان المادي لتطوير وإنتاج منتجات الفضاء ولكن أيضًا الأساس التقني للترويج لتجديد المنتجات الفضائية. من طبيعة المواد نفسها ، يتم تقسيم المواد الفضائية إلى أربع فئات: المواد المعدنية والمواد غير العضوية غير المعدنية والمواد البوليمرية والمواد المركبة المتقدمة ؛ وفقًا لاستخدام الوظيفة ، يمكن تقسيمها إلى فئتين مواد إنشائية ومواد وظيفية. بالنسبة للمواد الإنشائية ، فإن أهم المتطلبات هي الوزن الخفيف والقوة العالية ومقاومة التآكل في درجات الحرارة العالية ؛ تشمل المواد الوظيفية المواد الإلكترونية الدقيقة والإلكترونية الضوئية ، ومواد العناصر الحساسة للحساس؟ المواد الخزفية الوظيفية ومواد الألياف الضوئية وعرض المعلومات ومواد التخزين والمواد الخفية والمواد الذكية.
بالنسبة لمواد الطيران ، تشمل 3 فئات رئيسية من المواد ، ومواد جسم الطائرة ، ومواد المحرك ، ومواد المعدات المحمولة جواً. وتشمل المواد الفضائية مواد جسم مركبة الإطلاق ، ومواد محركات الصواريخ ، ومواد المركبات الفضائية ، والمواد الوظيفية في مجال الطيران.
على وجه التحديد على مستوى المواد ، تغطي المواد الفضائية مجموعة واسعة ، بما في ذلك سبائك الألومنيوم وسبائك التيتانيوم وسبائك المغنيسيوم والسبائك الخفيفة الأخرى والفولاذ فائق القوة وسبائك التيتانيوم عالية الحرارة وسبائك النيكل عالية الحرارة ، المركبات المعدنية (نظام التيتانيوم والألومنيوم ، ونظام النيوبيوم والألمنيوم ، ونظام الموليبدينوم والسيليكون). المعادن المقاومة للصهر وسبائكها ومواد الهيكل المعدني الأخرى ذات درجة الحرارة العالية ، والألياف الزجاجية ، وألياف الكربون ، وألياف الأميد العطرية ، والألياف الحلقية غير المتجانسة العطرية ، وألياف البولي إيثيلين ذات الوزن الجزيئي العالي للغاية ومواد التعزيز الأخرى ، وراتنج الإيبوكسي ، وراتنج البسمليميد ، وراتنج بوليميد بالحرارة ، راتينج الفينول ، راتينج السيانات ، راتنجات بوليارييل أسيتيلين ، ومواد مصفوفة مركبة أخرى ، مركبات متطورة قائمة على المعادن وغير عضوية غير معدنية ، المركبات المتقدمة القائمة على المركب المعدني ، مواد السيراميك المتقدمة ، مركبات الكربون / الكربون المتقدمة ، والمتقدمة مواد وظيفية.
يُظهر التنبؤ بنسبة تكوين المواد الهيكلية لجسم الطائرة أن المادة السائدة في أوائل القرن الحادي والعشرين هي سبائك الألومنيوم. تتمثل المشكلة الأولى التي يجب حلها عند تطوير سبائك الألومنيوم لتكنولوجيا الطيران في كيفية تقليل الكتلة الهيكلية مع ضمان موثوقية تشغيلية عالية وصنعة جيدة. المشكلة الملحة التي يجب حلها هي تطوير سبائك الألومنيوم عالية القوة مع خصائص لحام جيدة واستخدامها في تصنيع الهياكل الملحومة المتجانسة. تتمثل طريقة زيادة حمولة السيارة في زيادة القوة أو تقليل الكثافة (دون تقليل القوة).
سبائك الألومنيوم مع الليثيوم يقلل من كثافة السبيكة ويزيد من معامل المرونة. تم إنتاج صفائح سبائك الألومنيوم والليثيوم (Al - Li) ، بما في ذلك الصفائح الرقيقة التي يقل سمكها عن 0.5 مم ، بواسطة لفائف الشريط.
يمكن أن يؤدي استخدام مركبات الطبقة الأساسية من الألومنيوم إلى تحسين الموثوقية وعمر الخدمة والحمولة الصافية لجلود الطائرات بشكل كبير ، والتي تتميز بمعدلات تمدد منخفضة بشكل استثنائي (1/20 ~ 1/10 من المواد التقليدية) ، وقوة عالية (50٪ إلى 100 زيادة٪) وصلابة الكسر ، وكثافة منخفضة (تقليل بنسبة 10٪ إلى 15٪). مادة البرشام المتشققة واعدة للغاية.
في هياكل الطائرات الحديثة ، يكون استخدام الفولاذ مستقرًا عند 5٪ إلى 10٪ ، بينما في بعض الطائرات ، مثل المقاتلات الأسرع من الصوت ، يعتبر الفولاذ مادة خاصة بالغرض.
يتم استخدام الفولاذ عالي القوة بشكل نموذجي في المكونات الهيكلية التي تتطلب صلابة عالية ، وقوة محددة عالية ، وعمر إجهاد عالي ، بالإضافة إلى قوة درجة حرارة متوسطة جيدة ، ومقاومة للتآكل ، ومجموعة من المعلمات الأخرى. الصلب مادة لا يمكن الاستغناء عنها ، سواء في إنتاج المنتجات شبه النهائية أو في تصنيع الأجزاء الهيكلية المعقدة ، خاصة في إنتاج الأجزاء الهيكلية الملحومة حيث يكون اللحام هو العملية النهائية.
لفترة طويلة ، كان الفولاذ الأكثر استخدامًا في صناعة الطائرات هو الفولاذ عالي القوة ذو السبائك المتوسطة بمستوى قوة من 1600 ~ 1850 ميجا باسكال ومتانة تصدع تبلغ حوالي 77.5 ~ 91 ميجا باسكال / م 2. في الوقت الحاضر ، في الحفاظ على نفس مؤشر صلابة الكسر ، تمت زيادة الحد الأدنى من مستوى قوة الفولاذ إلى 1950 ميجا باسكال ، ولكن تم أيضًا تطوير سبيكة اقتصادية جديدة ذات مقاومة عالية للتصدع ، فولاذ هيكلي ملحوم عالي القوة.
يتمثل اتجاه تطوير الفولاذ عالي القوة في زيادة تحسين عملية إنتاج المعادن ، واختيار أفضل التركيب الكيميائي ومواصفات المعالجة الحرارية لتطوير مستوى أداء القوة من 2100 ~ 2200 ميجا باسكال من الفولاذ الهيكلي عالي الموثوقية.
في دور الوسائط النشطة المسببة للتآكل المستخدمة في الأجزاء الهيكلية التي تحمل الجسم ، وخاصة في جميع الظروف الجوية على استخدام الأجزاء الهيكلية المحمل ، والاستخدام الواسع للفولاذ المقاوم للتآكل عالي القوة ، يكون مستوى قوة هذا الفولاذ مشابهًا لـ سبائك الفولاذ الهيكلي ، معلمات الموثوقية (صلابة الكسر ، قوة تكسير التآكل ، إلخ) تجاوزت بشكل كبير سبائك الفولاذ الهيكلي.
مزايا الفولاذ عالي القوة: يمكن استخدام طرق اللحام المختلفة لتنفيذ اللحام ، الأجزاء الهيكلية الحاملة للحام ، بعد اللحام بدون معالجة حرارية ، إما في الحالة الساخنة ، أو في الحالة الباردة ، يكون لها قابلية جيدة للتلف ، إلخ. ..
إن التطبيق الواعد للمواد الفولاذية عالية القوة ، هو النوع المارتنسيتي من تشتت الكربون المنخفض الذي يعزز الفولاذ المقاوم للتآكل والنوع الانتقالي من الفولاذ الأوستنيتي - الصلب المارتنسيتي ، تظهر الأبحاث أنه في الحفاظ على الموثوقية العالية وظروف الصنعة الجيدة ، يمكن أن تزيد بشكل كبير مستوى قوة الفولاذ المقاوم للتآكل عالي القوة.
تعد تقنية ومعدات درجات الحرارة المنخفضة مجالًا خاصًا لتطبيق الفولاذ المقاوم للتآكل عالي القوة ويجب أن يكون اتجاه التطوير ، المجهز بمحركات وقود الهيدروجين للطائرات ذات احتمالات جيدة للتطوير ، في وسط الهيدروجين والهيدروجين السائل للعمل في الفولاذ المقاوم للتآكل الخالي من الكربون كإتجاه للبحث.
إن إمكانية تحسين نسبة سبائك التيتانيوم في أجزاء جسم الطائرة ضخمة جدًا ، وفقًا للتوقعات ، ستصل نسبة سبائك التيتانيوم في جسم الطائرة للركاب إلى 20٪ ، بينما ستزيد نسبة تطبيقات جسم الطائرة العسكرية إلى 50٪؟ الفرضية هي ضمان ذلك.
سبائك التيتانيوم لديها قوة وموثوقية أعلى ؛ زيادة تحسين استخدام درجة الحرارة ؛ مع أداء عملية عالي وقابلية لحام جيدة ؛ يمكن أن تنتج مجموعة متنوعة من المنتجات شبه المصنعة ؛ تحسين شكل الهيكل ، وتطوير حلول تصميم جديدة ، قدر الإمكان في هيكل استخدام السبائك والعمليات الناضجة.
يمكن أن يؤدي استخدام سبائك التيتانيوم عالية القوة إلى تقليل كتلة الهيكل ، مع تحسين كفاءة الوزن والموثوقية وقابلية المعالجة للهيكل. نخطط لتطوير سبيكة صفائح ذات قوة عالية (1350 ميجا باسكال) وقابلية معالجة عالية ، والتي ستكون أقوى أربع مرات من الحديد النقي الصناعي ولها خصائص عملية مماثلة للتيتانيوم النقي الصناعي ؛ سنقوم أيضًا بتطوير واستخدام سبيكة تيتانيوم قوية حرارياً "قريبة من ألفا" مع قوة حرارية أعلى واستقرار حراري وعمر خدمة.
يتمثل أحد اتجاهات التطوير لسبائك التيتانيوم في تطوير واستخدام قوة حرارية عالية ، خاصة مع الثبات العالي والعمر الطويل لسبائك التيتانيوم ذات القوة الحرارية "القريبة من ألفا". سيستخدم الجيل السادس من المحرك الهوائي ألواحًا من سبائك التيتانيوم المقوى والمركب متعدد المعادن بمحلول صلب.
سبائك التيتانيوم والألومنيوم المركب هي الاتجاه المستقبلي للبحث ، سبيكة "γ" عند درجة حرارة 700 ~ 900 درجة حرارة محددة من سبائك الفولاذ والقوة الحرارية ، لكن اللدونة ضعيفة.
الاتجاه الجديد لتطوير سبائك التيتانيوم القوية حرارياً هو استخدام المركبات المعدنية المقواة بسبائك β الصلبة القائمة على المحلول. تتميز هذه السبيكة بالقوة الحرارية العالية وخصائص اللدونة المرضية عند درجات حرارة 600 ~ 700 درجة مئوية. بالمقارنة مع سبائك التيتانيوم الموجودة ، فإن تطوير هذا النوع من سبائك التيتانيوم يمكن أن يؤدي إلى زيادة 25٪ إلى 30٪ في القوة والقوة الحرارية.
يجب أن يكون التركيز على تحسين كيمياء السبائك وعمليات الصب والتشوه. سيسمح اختيار مواصفات المعالجة الحرارية المثلى واعتماد طرق جديدة لتصميم الأجزاء باستخدام المركبات المعدنية في هيكل المحركات الهوائية ومعدات تكنولوجيا الفضاء ، حيث تعتبر الزيادة في درجة حرارة الخدمة وتقليل الكتلة من العوامل الحاسمة.
أحد الرموز المهمة التي تمثل مستوى تطوير تكنولوجيا الفضاء هو عدد مركبات البوليمر المستخدمة ، ومركبات البوليمر لها تفوق واضح للغاية من حيث القوة المحددة والصلابة المحددة ، جنبًا إلى جنب مع الخصائص الهيكلية الجيدة والخصائص الخاصة ، في مجال الطيران ، وقد تم استخدامها على نطاق واسع ؟ ستستخدم طائرات إيرباص A3XX مركبات البوليمر بنسبة تصل إلى 25٪.
يعد استخدام مركبات البوليمر مع البلاستيك المقوى بألياف الكربون مثل المصفوفة أحد التدابير الفعالة لتقليل الكتلة الهيكلية. عادةً ما تشير مركبات البوليمر إلى اللدائن المقواة بألياف الكربون عالية المرونة ، والتي تتميز بالصلابة العالية (معامل المرونة 196 جيجا باسكال) وثبات أبعاد درجة الحرارة العالية ، مع الحفاظ أيضًا على قوة ضغط عالية (1000 ميجا باسكال). يمكن أن يؤدي استخدام البلاستيك المقوى بألياف الكربون في الجيل الجديد من معدات تكنولوجيا الطيران إلى تحسين الصلابة الديناميكية الهوائية لمكونات الذيل ، وخاصة مكونات طرف الذيل ، وتقليل الكتلة الهيكلية ، وضمان جودة تكنولوجيا الطيران المطلوبة. هذه الخصائص للبلاستيك المقوى بألياف الكربون ذات المعامل العالي ، جنبًا إلى جنب مع الكثافة المنخفضة ، تسمح بتصنيع أجهزة التلاعب لتجميع وصيانة المحطات الفضائية. تشمل المشكلات التي يتعين حلها في السنوات القليلة المقبلة: تحسينات إضافية للخصائص الهيكلية والخصائص الخاصة للبلاستيك المقوى بألياف الكربون ، خاصة لزيادة درجة حرارة التشغيل إلى 400 درجة مئوية.
كمواد هيكلية ، فإن المواد المركبة الجديدة - اللدائن العضوية ستلعب دورًا متزايد الأهمية. في السنوات الأخيرة ، يتم تطوير الجيل الثاني من البلاستيك العضوي ، وصلت قيمة σb (قوة الشد) للمواد البلاستيكية العضوية أحادية الغرض إلى 2 ~ 3000 ميجا باسكال ، وارتفعت قيمة E إلى 3200 جيجا باسكال.يظهر البحث التجريبي أنه من الممكن الحصول على المرونة معامل 130 ~ 200GPa بلاستيك عضوي ، وتجدر الإشارة إلى أن هذا في الواقع لتوسيع نطاق درجة حرارة العمل بعامل 250 (1 ~ 205 ℃) ومن الممكن أيضًا تقليل امتصاص الماء للمركب بشكل كبير. من حيث القوة المحددة ومعامل المرونة ، فإن اللدائن العضوية الحديثة ، وخاصة تلك المستقبلية ، ستتجاوز كل البوليمر المعروف؟ مركبات المصفوفة المعدنية والسيراميك.
حاليًا ، يتم استخدام البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية والأجزاء الهيكلية البلاستيكية المقواة بألياف الكربون المصنعة بواسطة عملية التقديم المسبق بشكل متزايد. عند استخدام هذه العملية ، يمكن عمل الأجزاء ذات الانحناء الطبيعي والمعقد في عملية واحدة. بالمقارنة مع مركبات البوليمر التقليدية ، تتميز المركبات القائمة على التقسيم المسبق بزيادة 40٪ إلى 50٪ في مقاومة التشقق. تزداد مقاومة القص بنسبة 20٪ إلى 50٪؟ 20٪ إلى 35٪ زيادة في قوة الإجهاد وقوة دائمة؟ باستخدام هذه المادة المركبة ، يمكن تقليل استهلاك العمالة والطاقة بمقدار 1/2 ؛ يمكن تقليل الكتلة الهيكلية (خاصة في حالة حشو قرص العسل) بنسبة 50 ٪ ، ويمكن تحسين قابلية الختم الهيكلي بمقدار 5 مرات.
يمكن أن يؤدي تطوير سبائك خاصة مع أفضل طريقة لسبائك السبائك وأفضل طريقة تنظيم إلى تحسين أداء الشفرة البلورية المفردة بشكل كبير ، ومن أكثر السبائك الواعدة استخدام سبائك الزنك في سبائك النيكل ذات القوة الساخنة.
تحتوي السبائك المحتوية على النيكل على درجات حرارة تشغيل أعلى وخصائص قوة تحمل أعلى ، وقد تم الحصول على قيم قوة تحمل قياسية تبلغ 1000100> 300 ميجا باسكال لسبائك الاختبار التي تحتوي على 6٪ إلى 7٪ ، مما يضمن تطوير شفرات بلورية مفردة بقنوات تبريد لـ 6 محركات التوليد. باستخدام سبائك تحتوي على النيكل ، يمكن زيادة درجة حرارة مدخل التوربين إلى 2000 ~ 2100 كلفن ، ويمكن تقليل استهلاك هواء التبريد بنسبة 30٪ ~ 50٪ ، ويمكن إطالة عمر خدمة الشفرة بمقدار 1 ~ 3 مرات عند تبريد الهواء الاستهلاك هو نفسه.
تختلف متطلبات مواد قرص محرك التوربينات الغازية اختلافًا طفيفًا عن متطلبات مواد الشفرة: أولاً ، تكون درجة حرارة عمل قرص التوربينات أقل من درجة حرارة الشفرة ؛ ثانيًا ، يتم زيادة متطلبات موثوقية المواد. يجب حل المتطلبات المذكورة أعلاه لتحسين أداء سبائك أقراص التوربينات من خلال نهج شامل ، مثل تطوير مبدأ صناعة السبائك ، وتحسين آلية التعزيز ، وتطوير طرق تكنولوجية جديدة للصهر والتشوه والمعالجة الحرارية.
القضية الخاصة التي تواجه صناعة تصنيع المحركات الهوائية اليوم هي تطوير مجلات ملحومة على سبيل المثال؟ أنبوب حريق ومجموعة من المكونات الهيكلية الأخرى الملحومة في الحقل الساخن. تكمن المشكلة الرئيسية في تطوير مواد أنابيب النار في تحسين صلابتها الهيكلية ، كما يحتاج حل هذه المشكلة إلى تلبية سلسلة من متطلبات العملية الشاملة والمطلوبة: قابلية اللحام الجيدة ، واللدونة العالية للعملية ، وما إلى ذلك. استخدام ما سبق ذكره يمكن أن تزيد السبائك من درجة حرارة العمل لأنبوب النار بمقدار 150 ~ 200 ℃ ، وتطيل الموثوقية وعمر الخدمة بنسبة 50٪ ~ 100٪ ، وتزيد بشكل كبير من القوة المحددة للكاسيت الملحوم ، مع تقليل الكتلة بنسبة 15٪.
يعد استخدام الطلاء الواقي المضاد للأكسدة عاملاً مهمًا في إطالة عمر خدمة السبائك المعززة للحرارة (أولاً ، شفرات التوربينات).
في الوقت الحاضر ، تم إدخال عمليات وطلاءات جديدة بمختلف التركيبات المعقدة كتقنية بديلة لعملية إنتاج الطلاءات الواقية عن طريق نشر الألمنيوم في مساحيق مختلطة. طور الباحثون طريقة جديدة لطلاء الفراغ بالبلازما بأيونات عناصر مختلفة كمصفوفة. في حالة نفس سماكة الطلاء تقريبًا (50 ~ 70 ميكرومتر) ، يمكن للسبائك الأصلية التي تم رشها مع السبائك حماية الشفرة بشكل فعال من الكبريتيدات. التآكل بالأكسيد ، ويمكن أن يطيل عمر الشفرة بترتيب من حيث الحجم مقارنةً بالطلاء بالألمنيوم المنتج بكميات كبيرة.
في الطريقة الجديدة لطلاء المواد متعددة المكونات بعملية البلازما الفراغية عالية الطاقة ، ينتج عن عمل تدفق البلازما عالي السرعة على السطح الصلب تقوية هادفة للتركيب والتنظيم والهندسة الدقيقة والخصائص الفيزيائية والكيميائية للمعالجة سطح. المزايا الرئيسية للعملية هي: جودة طلاء عالية ، كثيفة وغير مسامية ، لدونة جيدة ، التصاق قوي (أكثر من 100M P a) ؛ تنوع جيد ، يمكن تطبيق جميع أنواع الطلاءات الواقية على جهاز صناعي ؛ دقة ترسيب عالية.
تكلفة معدات الطلاء والطلاء والعملية منخفضة ، باستخدام عملية البلازما الفراغية عالية الطاقة للمواد متعددة المكونات لتطبيق الطلاء ، يمكن الحصول على مجموعة متنوعة من الطلاءات ، سواء الطلاء المنتشر أو الطلاء المتماسك أو الطلاء المتماسك - الانتشار؟
أدت الحاجة الملحة إلى زيادة تحسين درجة حرارة التشغيل والعمر الجزئي لمحركات التوربينات الغازية إلى زيادة الطلب على البحث عن مصفوفة سبيكة جديدة تتمتع باستقرار أفضل من محلول مصفوفة النيكل الصلب المعزز. مصفوفة السبيكة الجديدة مناسبة لاستخدام المركب المعدني من النوع Ni3Al ، ويمكن للرابطة التساهمية للمركب المعدني أن تحل مشكلة القوة الحرارية للسبائك بشكل أكثر فاعلية من الرابطة المعدنية العادية للمحلول الصلب؟ يمكن ضبط مستوى القوة الحرارية لهذه السبائك وفقًا للسبائك التكميلية لمصفوفة Ni3Al ، وتنظيم الصب الذي تحدده عملية الصب. في هذه الحالة ، تزداد القوة الحرارية للسبيكة حيث يتم الانتقال من النظام المتساوي إلى عمودي ثم إلى التنظيم أحادي البلورة.
تتمتع السبائك المعدنية أحادية البلورة بأداء عام أفضل. عند نفس المستوى من القوة الحرارية (درجة الحرارة 1100 درجة مئوية) ، تكون كمية المعادن المقاومة للصهر النادرة والثمينة مثل التنجستن (W) والموليبدينوم (M o) الموجودة في سبيكة المركب بين الفلزات أقل بكثير.
يمكن استخدام السبائك القائمة على المركبات المعدنية بشكل فعال لتصنيع دوارات توجيه الفوهة المبردة وغير المبردة ، وأنابيب النار وأجزاء الفوهة في نطاق درجة حرارة التشغيل من 900 إلى 1150 درجة مئوية. يمكن أن تؤدي أحدث الإنجازات العلمية للمدينة إلى زيادة القوة الحرارية للسبائك إلى أكثر من 50 ~ 70 ميجا باسكال.
تعتمد الاختراقات الإضافية في مجال أبحاث مواد القوة الحرارية (زادت درجة حرارة العمل إلى أكثر من 1300 درجة مئوية) على المركبات المعدنية لضمان ذلك. يمكن أن تكون مصفوفة المركبات المعدنية مصنوعة من مواد مختلفة ، مثل التيتانيوم ، والمركبات بين المعادن ، وما إلى ذلك ، بينما يمكن تصنيع مواد التعزيز من بلورات فتيلية ، وجزيئات مركّبة مقاومة للصهر منتشرة بما في ذلك جزيئات كربيد السيليكون ، وألياف الأكسيد أو ألياف التنغستن.
المركبات الخاصة هي ما يسمى بالمركبات الطبيعية ، والتي يتم تصنيعها وفقًا لعملية التبلور الاتجاهية للسبائك سهلة الانصهار. تنمو كل مرحلة سهلة الانصهار في مثل هذه السبائك بشكل عمودي على خط التبلور ، بحيث يمكن الحصول على منظمة ليفية ذات اتجاه معين عن طريق تحريك خط التبلور المستوي. عامل التقوية لهذه المادة عبارة عن هيكل عظمي مستمر من البلورات الخيطية من بلورات كربيد المعدن المقاوم للصهر (TaC، NbC) والتي تم تقليبها مع بعضها البعض. يمكن أن تحافظ المادة المركبة الطبيعية المطورة على مستويات قوة دائمة عالية (σ1200b> 70 MPa) عند درجات حرارة عالية تصل إلى 1200 درجة مئوية. من المتوقع أن تزداد حصة المواد المركبة في المحركات التوربينية الغازية المتقدمة زيادة كبيرة (تصل إلى 40٪).
الوسائط المختلفة والبيئات الجوية حول دور المواد الذي يتجلى في التآكل والشيخوخة. المواد الفضائية الملامسة للوسائط هي وقود الطائرات (مثل البنزين والكيروسين) ، ودوافع الصواريخ (مثل حامض النيتريك المركز ، وأكسيد النيتروز ، والهيدرازين) ، ومجموعة متنوعة من مواد التشحيم ، والسوائل الهيدروليكية ، وما إلى ذلك ، ومعظمها لها تأثير تآكل قوي أو تورم في المواد المعدنية وغير المعدنية ، وإشعاع الشمس في الغلاف الجوي ، وتآكل الرياح والأمطار ، والرطوبة الجوفية في التخزين طويل الأجل للعفن سوف تسرع شيخوخة مواد البوليمر. العملية ، ومقاومة التآكل ، والأداء المضاد للشيخوخة ، والأداء المضاد للعفن هي مواد فضائية يجب أن تتمتع بخصائص جيدة.
يتجلى دور البيئة الفضائية على المواد بشكل أساسي في الفراغ العالي (1.33 × 10-10 باسكال) وتأثير إشعاع الأشعة الكونية. المواد المعدنية في حالة تلامس شديد الفراغ مع بعضها البعض ، لأن السطح يتم تنقيته بواسطة بيئة فراغ عالية وتسريع عملية الانتشار الجزيئي ، ظاهرة "اللحام البارد" ؛ المواد غير المعدنية في الفراغ العالي والإشعاع الكوني سوف تسرع التطاير والشيخوخة ، وأحيانًا ستجعل هذه الظاهرة العدسة البصرية بسبب الترسب المتطاير والتلوث ، وهيكل مانع للتسرب بسبب الشيخوخة والفشل. يتم اختيار المواد الفضائية وتطويرها بشكل عام من خلال اختبارات محاكاة الأرض من أجل التكيف مع بيئة الفضاء.
من أجل تقليل الكتلة الهيكلية للمركبة ، فإن الهدف من تصميم السيارة هو اختيار أصغر هامش أمان ممكن وتحقيق حياة أمان موثوقة تمامًا. بالنسبة للمركبات التي يتم استخدامها مرة واحدة في وقت قصير ، مثل الصواريخ أو مركبات الإطلاق ، يسعى الأشخاص جاهدين لتحقيق أقصى قدر من الأداء المادي إلى الحد الأقصى. من أجل الاستفادة الكاملة من قوة المواد وضمان السلامة ، تم استخدام "مبدأ تصميم تحمل الضرر" للمواد المعدنية ، والتي تتطلب ليس فقط قوة محددة عالية ولكن أيضًا صلابة عالية للكسر. في ظل ظروف الاستخدام المحاكاة ، يتم قياس عمر بدء الكراك ومعدل تمدد الشقوق للمادة ، ويتم حساب طول الشق المسموح به والعمر المقابل كأساس مهم للتصميم والإنتاج والاستخدام. بالنسبة للمواد العضوية غير المعدنية ، يلزم إجراء اختبارات الشيخوخة الطبيعية والشيخوخة الاصطناعية المتسارعة لتحديد فترة التأمين على حياتها ، كما يعد نمط تكسر المواد المركبة والحياة والسلامة موضوعًا بحثيًا مهمًا.
يعتمد تقدم مواد الفضاء على العوامل الثلاثة التالية ، وفقط بعد أن تم تطوير جميع العناصر الثلاثة إلى مرحلة النضج ، يمكن تطبيقها على المركبات الطائرة. لذلك ، أعطت البلدان في جميع أنحاء العالم الأولوية لتطوير المواد الفضائية.
مع التطور السريع لصناعة الفضاء ، ستكون المواد الهيكلية للمركبة الفضائية أيضًا في تطور مستمر طويل الأجل. تتزايد تدريجياً نسبة السبائك الخفيفة الجديدة المستخدمة في هياكل المركبات الفضائية ، وقد ساهم تطبيق المواد المركبة في تغيير المواد المستخدمة في هياكل المركبات الفضائية وهو في تطور سريع. دخلت مركبات المصفوفة المعدنية ، التي تجمع بين الخصائص الممتازة للمعادن والمواد غير العضوية / العضوية ، أيضًا في رؤية الباحثين في مجال هياكل الفضاء. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن فصل المواد الإنشائية عن التصميم الإنشائي ، ويتم استبدال بعض الهياكل المعقدة التقليدية بهياكل جديدة متعددة الوظائف (MFC) وهياكل مطبوعة ثلاثية الأبعاد. في المستقبل ، ستظهر المواد الهيكلية للمركبة الفضائية اتجاهًا للتنويع والأداء العالي.
لا تزال السبائك الخفيفة التقليدية مهيمنة ، وسيتم تطبيق السبائك الخفيفة الجديدة تدريجياً من أجل التكيف مع متطلبات الأقمار الصناعية الحديثة عالية الأداء ، والهيكل الخفيف ، والمواد السبائكية تميل إلى استبدالها تدريجياً بالمواد المركبة. خاصة عندما حققت المواد المركبة في مجال السيارات والطيران نجاحًا كبيرًا ، فقد بدأت أيضًا في القفز في مجال الطيران بمتطلبات أعلى لخفة المواد. ومع ذلك ، مع تعميق البحث ، وجد أن المركبات القائمة على الراتينج شائعة الاستخدام لها بعض العيوب المتأصلة ، مثل المتانة الضعيفة ، وأداء المعالجة الثانوية الضعيفة ، ومقاومة الحرارة والرطوبة الضعيفة ، وسوء القدرة على التكيف مع بيئة الفضاء ، وما إلى ذلك. يصعب تطبيقه في مساحة كبيرة على المركبات الفضائية في وقت قصير ، مما يوفر مساحة وفرصًا لتطبيق وتطوير مواد السبائك في مجال الفضاء الجوي.
إن زخم تطوير المواد المركبة جيد ، وسيستمر نطاق التطبيق في الزيادة. وقت تطوير المواد المركبة قصير نسبيًا ، لكن اتجاه التطور السريع فيه كافٍ لجعل الناس يعتقدون أن لديها آفاق تطبيق رائعة. لطالما كانت المركبات في مقدمة تطبيقات الفضاء في مجال الطيران. تم تطوير تطبيقاته في الطائرات من المواد الهيكلية الثانوية إلى المواد الهيكلية الرئيسية. كمية المواد المركبة للأجزاء الهيكلية للطائرات الكبيرة في العالم ، مثل بوينج 787 وإيرباص 380 ، تمثل 40٪ إلى 50٪ ، وكمية المواد المركبة للأجزاء الهيكلية لطائرات الهليكوبتر المتقدمة تمثل أكثر من 80٪ . تُظهر بيانات الأبحاث العامة لبوينغ وإيرباص أنه بحلول عام 2020 ، ستستخدم جميع الأجزاء الهيكلية للطائرات مواد مركبة. بالقياس ، فإن المواد المركبة في مجال الفضاء سيكون لها مساحة تطوير ضخمة وآفاق. يتضح هذا أيضًا من خلال حقيقة أن مفاصل الجمالون المصنوعة من سبائك الألومنيوم المستخدمة على نطاق واسع سابقًا في الجمالونات الساتلية يتم استبدالها بمفاصل مركبة من ألياف الكربون. يوضح الشكل 2 مفصل مركب من ألياف الكربون النموذجية. حتى الآن ، لا تزال مركبات ألياف الكربون عالية الأداء محور البحث المركب والتطبيق. من أجل تضييق الفجوة مع المستوى المتقدم الدولي ، تولي الصين الآن اهتمامًا كبيرًا للبحث المتقدم للمواد المركبة. مع تطوير تكنولوجيا التصنيع المتكاملة منخفضة التكلفة ، والنضج المتزايد لمعدات التصنيع الأوتوماتيكية واسعة النطاق وعالية الدقة ، والتحسين المستمر لأداء راتينج المصفوفة وألياف الكربون ، ومقاومة الرطوبة والحرارة والاستطالة عند كسر ألياف الكربون ، تم تحسين مركبات مصفوفة الراتنج المقوى بألياف الكربون بشكل كبير ، وبالتأكيد ستزيد كمية المواد المركبة على هياكل المركبات الفضائية بشكل أكبر.
لا تتردد في ملء النموذج أدناه وسوف نتصل بك قريبًا.
يوفر Easiahome توزيعًا عالميًا لجميع أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ. من خلال مجموعتنا الواسعة من المنتجات ، نقدم مشورة متخصصة في السوق وأعمال معدنية كاملة.
