- No.336 Yunhe Road, Dongying, Shandong, Κίνα
Τα αεροδιαστημικά υλικά είναι όλα τα είδη υλικών που χρησιμοποιούνται στα αεροσκάφη και στις μονάδες ισχύος, τα αξεσουάρ και τα όργανα τους, τα οποία αποτελούν έναν από τους καθοριστικούς παράγοντες στην ανάπτυξη της αεροδιαστημικής μηχανικής και τεχνολογίας, και η επιστήμη των αεροδιαστημικών υλικών είναι επίσης ένας πρωτοποριακός κλάδος της επιστήμης των υλικών.
Τα αεροδιαστημικά υλικά έχουν εξαιρετική αντοχή σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες, καθώς και αντοχή στη γήρανση και τη διάβρωση, και μπορούν να προσαρμοστούν στο διαστημικό περιβάλλον.
Οι διάφοροι τύποι υλικών που χρησιμοποιούνται στα αεροσκάφη και στις μονάδες ισχύος, τα αξεσουάρ και τα όργανά τους αποτελούν έναν από τους καθοριστικούς παράγοντες στην ανάπτυξη της τεχνολογίας αεροδιαστημικής μηχανικής. Η επιστήμη των αεροδιαστημικών υλικών είναι ένας πρωτοποριακός κλάδος της επιστήμης των υλικών. Ο σχεδιασμός αεροσκαφών θέτει συνεχώς νέα θέματα στην επιστήμη των υλικών και προωθεί την ανάπτυξη της επιστήμης των αεροδιαστημικών υλικών. Η εμφάνιση μιας ποικιλίας νέων υλικών παρέχει νέες δυνατότητες για τον σχεδιασμό αεροσκαφών και προωθεί σε μεγάλο βαθμό την ανάπτυξη της αεροδιαστημικής τεχνολογίας.
Η πρόοδος των αεροδιαστημικών υλικών εξαρτάται από τους ακόλουθους τρεις παράγοντες:
Εκτός από την υψηλή τάση και τις αδρανειακές δυνάμεις, τα αεροδιαστημικά υλικά υπόκεινται σε κρουστικά φορτία και εναλλασσόμενα φορτία που προκαλούνται από παράγοντες όπως η απογείωση και η προσγείωση, οι κραδασμοί του κινητήρα, η περιστροφή υψηλής ταχύτητας των περιστρεφόμενων μερών, η πτήση ελιγμών και οι ξαφνικοί άνεμοι. Το αέριο του κινητήρα και η ηλιακή ακτινοβολία προκαλούν το αεροσκάφος να βρίσκεται σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας και, καθώς η ταχύτητα πτήσης αυξάνεται, το αεροδυναμικό φαινόμενο θέρμανσης έρχεται στο προσκήνιο, με αποτέλεσμα τα «θερμικά φράγματα». Επιπλέον, υπό την επιφύλαξη εναλλασσόμενων θερμοκρασιών, στη στρατόσφαιρα σε υποηχητικές ταχύτητες, η θερμοκρασία της επιφάνειας θα πέσει σε περίπου -50 ℃, η θερμοκρασία στον πολικό κύκλο εντός του εδάφους του σοβαρού χειμερινού περιβάλλοντος θα είναι κάτω από -40 ℃, τα μεταλλικά εξαρτήματα ή τα ελαστικά είναι επιρρεπή στο φαινόμενο της ευθραυστότητας. Η βενζίνη, η κηροζίνη και άλλα καύσιμα και διάφορα λιπαντικά, το υδραυλικό λάδι, τα περισσότερα μεταλλικά υλικά προκαλούν διάβρωση, τα μη μεταλλικά υλικά προκαλούν διόγκωση και η ηλιακή ακτινοβολία, η διάβρωση από τον άνεμο και τη βροχή, το υπόγειο υγρό περιβάλλον για μακροχρόνια αποθήκευση μούχλας θα επιταχύνει τη διαδικασία γήρανσης των πολυμερών υλικών.
Τα αεροδιαστημικά οχήματα λειτουργούν στην ατμόσφαιρα ή στο διάστημα για μεγάλο χρονικό διάστημα και εξυπηρετούν σε ακραία περιβάλλοντα, αλλά έχουν επίσης εξαιρετικά υψηλή αξιοπιστία και ασφάλεια, εξαιρετική πτήση και ευελιξία, εκτός από τη βελτιστοποίηση της δομής για την κάλυψη των αεροδυναμικών αναγκών, των απαιτήσεων επεξεργασιμότητας και των απαιτήσεων συντήρησης, αλλά εξαρτώνται επίσης από τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά και τις λειτουργίες του υλικού.
Για τη μείωση της μάζας της κατασκευής, μια μείωση της πυκνότητας κατά 30% είναι πιο χρήσιμη από μια αύξηση της αντοχής κατά 50%. Τα κράματα αλουμινίου, τα κράματα τιτανίου και τα σύνθετα υλικά είναι τα κύρια δομικά υλικά της αεροδιαστημικής με υψηλή ειδική αντοχή και ακαμψία, τα οποία μπορούν να βελτιώσουν το ωφέλιμο φορτίο, την ευελιξία και την εμβέλεια του οχήματος, μειώνοντας παράλληλα το κόστος πτήσης.
Ο χάλυβας εξαιρετικά υψηλής αντοχής (όριο διαρροής >1380 MPa) δεν θα χρησιμοποιηθεί σε περισσότερο από 10% της αεροδιαστημικής μηχανικής. Για τα σύγχρονα αεροσκάφη, όπως τα υπερηχητικά μαχητικά, η ποσότητα του χάλυβα εξαιρετικά υψηλής αντοχής σταθεροποιείται στο 5% έως 10% και η αντοχή του σε εφελκυσμό είναι 600 έως 1850 MPa, μερικές φορές έως και 1950 MPa, με αντοχή σε θραύση KIc = 78 έως 91 MPa-m1/2. Στα ενεργά διαβρωτικά μέσα που χρησιμοποιούνται στα φέροντα δομικά μέρη του σκελετού της ατράκτου, γενικά χρησιμοποιείται χάλυβας υψηλής αντοχής ανθεκτικός στη διάβρωση, εξοπλισμένος με κινητήρες καυσίμου υδρογόνου, για να επιλέγεται το αεροσκάφος άνθρακας ανθεκτικός στη διάβρωση χάλυβας ως συστατικό υλικό για λειτουργία σε υγρό υδρογόνο και υδρογόνο.
Τα σύνθετα μεταλλικής μήτρας, τα σύνθετα ρητίνης υψηλής θερμοκρασίας, τα κεραμικά σύνθετα μήτρας και τα σύνθετα άνθρακα/άνθρακα παίζουν ολοένα και πιο σημαντικό ρόλο στον αεροδιαστημικό τομέα. Τα σύνθετα άνθρακα/άνθρακα συνδυάζουν την ανθεκτικότητα του άνθρακα με την υψηλή αντοχή και ακαμψία των ινών άνθρακα, έχουν ανώτερη θερμική σταθερότητα και εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και εξακολουθούν να έχουν σημαντική αντοχή και σκληρότητα στους 2500°C, και η πυκνότητα είναι μόνο το 1/4 αυτής των κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας. Τα υβριδικά σύνθετα υλικά έχουν λάβει αυξανόμενη προσοχή, όπως η προσθήκη ινών γυαλιού σε σύνθετα ινών άνθρακα που μπορούν να βελτιώσουν τις ιδιότητες κρούσης τους, ενώ η προσθήκη ινών άνθρακα σε πλαστικό ενισχυμένο με ίνες γυαλιού μπορεί να αυξήσει την ακαμψία του.
Τα περισσότερα από τα δομικά υλικά των επανδρωμένων τμημάτων διαστημοπλοίων είναι κράμα αλουμινίου, κράμα τιτανίου, σύνθετα υλικά, όπως το διαστημικό λεωφορείο σε τροχιά, κατασκευασμένο κυρίως από κράμα αλουμινίου, η κύρια δομή ώσης του κινητήρα είναι κατασκευασμένη από κράμα Chin, μέρος του κύριου πλαισίου της μεσαίας ατράκτου χρησιμοποιεί σύνθετα υλικά μεταλλικής μήτρας από κράμα αλουμινίου ενισχυμένο με ίνες βορίου, οι πόρτες του χώρου φορτίου χρησιμοποιούν ειδική δομή σάντουιτς με κυψελοειδή μορφή χαρτιού σε σύνθετο υλικό εποξειδικής ρητίνης ενισχυμένο με ίνες γραφίτη για το πάνελ. Η κεφαλή του πυραύλου, η εξωτερική επιφάνεια της μονάδας επανεισόδου του διαστημικού σκάφους και η εσωτερική επιφάνεια του πυραυλοκινητήρα, για τη χρήση υλικών αφαίρεσης, υπό την επίδραση της ροής θερμότητας, τα υλικά αφαίρεσης μπορούν να αποσυντεθούν, να λιώσουν, να εξατμιστούν, να εξατμιστούν, να εξαχνωθούν, να διαβρωθούν και να υποστούν άλλες φυσικές και χημικές αλλαγές, η κατανάλωση μάζας της επιφάνειας του υλικού να αφαιρέσει πολλή θερμότητα, προκειμένου να επιτευχθεί ο σκοπός της αποτροπής της επανεισόδου της ατμόσφαιρας όταν η θερμότητα ρέει στο εσωτερικό του οχήματος, ψύχοντας τον θάλαμο καύσης του πυραυλοκινητήρα και το ακροφύσιο. Προκειμένου να διατηρηθεί μια κατάλληλη θερμοκρασία λειτουργίας μέσα στην καμπίνα, το τμήμα της καμπίνας πρέπει να λαμβάνει μέτρα προστασίας από την ακτινοβολία και τη θερμότητα, το εξωτερικό περίβλημα να είναι κατασκευασμένο από κράμα νικελίου ή πλάκα βηρυλλίου ανθεκτικό σε υψηλές θερμοκρασίες, η εσωτερική δομή να είναι κατασκευασμένη από κράμα Chin ανθεκτικό στη θερμότητα, το εξωτερικό περίβλημα και η εσωτερική δομή να είναι γεμισμένες με ίνες χαλαζία, σύνθετα κεραμικά από ίνες γυαλιού και άλλα υλικά με καλές θερμομονωτικές ιδιότητες.
Με την εφαρμογή και τη συνεχή ανάπτυξη των επανδρωμένων διαστημικών πτήσεων, της εξερεύνησης της σελήνης και του βαθέος διαστήματος, των δορυφόρων υψηλής ανάλυσης, των οχημάτων υπερταχύτητας, των επαναχρησιμοποιούμενων οχημάτων εκτόξευσης, των οχημάτων ελιγμών στο διάστημα και άλλων διαστημικών έργων, παρουσιάζονται νέες και πιο απαιτητικές απαιτήσεις για τα υλικά, παρέχοντας νέες ευκαιρίες και ώθηση για την ανάπτυξη νέων υλικών για διαστημικές πτήσεις, και ο τομέας των υλικών πρέπει να ξεκινήσει το συντομότερο δυνατό την καινοτομία των υλικών συστημάτων, την ανεξάρτητη προστασία βασικών πρώτων υλών και τις εφαρμογές μηχανικής. Ο τομέας των υλικών πρέπει να κάνει μια σημαντική πρόοδο στην καινοτομία των υλικών συστημάτων, την ανεξάρτητη εγγύηση βασικών πρώτων υλών και τις εφαρμογές μηχανικής το συντομότερο δυνατό.
Επιπλέον, η εφαρμογή πολυστρωματικών σύνθετων υλικών στην αεροδιαστημική μηχανική γίνεται ολοένα και πιο διαδεδομένη, όπως το A380 που χρησιμοποιεί 3% GLARE, έναν νέο τύπο πολυστρωματικού υλικού. Το πολυστρωματικό υλικό είναι ένα σύνθετο υλικό που κατασκευάζει δύο διαφορετικά είδη υλικών που πολυστρωματώνονται μεταξύ τους με πίεση, συνήθως αποτελούμενα από άνω πάνελ, άνω στρώμα κόλλας, υλικό πυρήνα, κάτω στρώμα κόλλας, κάτω πάνελ, των οποίων η αντοχή και η ακαμψία είναι υψηλότερες από αυτή του ξεχωριστού υλικού πάνελ ή του υλικού πυρήνα, και έχει εφαρμοστεί σε μεταγωγικά αεροσκάφη και μαχητικά αεροσκάφη. Το πολυστρωματικό υλικό GLARE κατασκευάζεται με πίεση (ή με δεξαμενή θερμής πίεσης) για την πολυστρωματοποίηση πολλαπλών στρώσεων λεπτών πλακών αλουμινίου και μονοκατευθυντικού προ-εμποτισμένου υλικού από υαλοβάμβακα (εμποτισμένου με εποξειδική κόλλα) που πολυστρωματώνεται και συμπιέζεται θερμά, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1. Το φύλλο αλουμινίου προεπεξεργάζεται κατάλληλα για να διευκολύνεται η προσκόλλησή του στο στρώμα προ-εμποτισμένου υλικού από ίνες. Ο Πίνακας 1 δείχνει τους τύπους πολυστρωματικών υλικών GLARE που μπορούν να παραχθούν εμπορικά, τα οποία μπορούν να κατασκευαστούν σε διαφορετικά πάχη ανάλογα με τις ανάγκες. Οι ίνες μπορούν να είναι 2, 3, 4 στρώσεις κ.λπ., και η περιεκτικότητα και ο προσανατολισμός των ινών μπορούν να είναι σύμφωνα με τον πίνακα, και κάθε τύπος laminate GLARE μπορεί να έχει διαφορετικές μορφές, οι οποίες μπορούν να προσαρμοστούν ανάλογα με τις συγκεκριμένες ανάγκες.
Τα αεροδιαστημικά υλικά δεν αποτελούν μόνο την υλική εγγύηση για την ανάπτυξη και την παραγωγή αεροδιαστημικών προϊόντων, αλλά και την τεχνική βάση για την προώθηση της ανανέωσης των αεροδιαστημικών προϊόντων. Από τη φύση των ίδιων των υλικών, τα αεροδιαστημικά υλικά χωρίζονται σε τέσσερις κατηγορίες: μεταλλικά υλικά, ανόργανα μη μεταλλικά υλικά, πολυμερή υλικά και προηγμένα σύνθετα υλικά. Ανάλογα με τη χρήση και τη λειτουργία τους, μπορούν να χωριστούν σε δομικά υλικά και λειτουργικά υλικά. Για τα δομικά υλικά, οι πιο κρίσιμες απαιτήσεις είναι το ελαφρύ βάρος, η υψηλή αντοχή και η αντοχή στη διάβρωση σε υψηλές θερμοκρασίες. Τα λειτουργικά υλικά περιλαμβάνουν μικροηλεκτρονικά και οπτοηλεκτρονικά υλικά, υλικά ευαίσθητα σε αισθητήρες (λειτουργικά κεραμικά υλικά), υλικά οπτικών ινών, υλικά απεικόνισης και αποθήκευσης πληροφοριών, υλικά stealth και έξυπνα υλικά.
Για τα αεροδιαστημικά υλικά, περιλαμβάνονται 3 κύριες κατηγορίες υλικών: υλικά αμαξώματος αεροσκαφών, υλικά κινητήρων και υλικά αερομεταφερόμενου εξοπλισμού. Και τα αεροδιαστημικά υλικά περιλαμβάνουν υλικά αμαξώματος βέλους οχημάτων εκτόξευσης, υλικά πυραυλοκινητήρων, υλικά διαστημοπλοίων και λειτουργικά υλικά αεροδιαστημικής.
Συγκεκριμένα, σε επίπεδο υλικών, τα αεροδιαστημικά υλικά καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα, συμπεριλαμβανομένων κραμάτων αλουμινίου, κραμάτων τιτανίου, κραμάτων μαγνησίου και άλλων ελαφρών κραμάτων, χαλύβων εξαιρετικά υψηλής αντοχής, κραμάτων τιτανίου υψηλής θερμοκρασίας, κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας με βάση το νικέλιο, διαμεταλλικών ενώσεων (σύστημα τιτανίου-αλουμινίου, σύστημα νιοβίου-αλουμινίου, σύστημα μολυβδαινίου-πυριτίου). Πυρίμαχα μέταλλα και τα κράματά τους και άλλα υλικά μεταλλικών δομών υψηλής θερμοκρασίας, υαλονήματα, ίνες άνθρακα, αρωματικές αμιδικές ίνες, αρωματικές ετεροκυκλικές ίνες, ίνες πολυαιθυλενίου εξαιρετικά υψηλού μοριακού βάρους και άλλα σύνθετα ενισχυτικά υλικά, εποξειδική ρητίνη, ρητίνη βισμαλεϊμιδίου, θερμοσκληρυνόμενη πολυϊμιδική ρητίνη, φαινολική ρητίνη, κυανική ρητίνη, ρητίνη πολυαρυλακετυλενίου και άλλα σύνθετα υλικά μήτρας, προηγμένα σύνθετα υλικά με βάση μέταλλα και ανόργανα μη μέταλλα, τα προηγμένα σύνθετα υλικά με βάση διαμεταλλικές ενώσεις, προηγμένα κεραμικά υλικά, προηγμένα σύνθετα υλικά άνθρακα/άνθρακα και προηγμένα λειτουργικά υλικά.
Η πρόβλεψη της αναλογίας σύνθεσης των δομικών υλικών της ατράκτου των αεροσκαφών δείχνει ότι το κυρίαρχο υλικό στις αρχές του 21ου αιώνα είναι το κράμα αλουμινίου. Το πρώτο ζήτημα που πρέπει να λυθεί κατά την ανάπτυξη κραμάτων αλουμινίου για την αεροδιαστημική τεχνολογία είναι ο τρόπος μείωσης της δομικής μάζας, εξασφαλίζοντας παράλληλα υψηλή λειτουργική αξιοπιστία και καλή κατασκευή. Το επείγον πρόβλημα που πρέπει να λυθεί είναι η ανάπτυξη κραμάτων αλουμινίου υψηλής αντοχής με καλές ιδιότητες συγκόλλησης και η χρήση τους στην κατασκευή μονολιθικών συγκολλημένων κατασκευών. Ο τρόπος αύξησης του ωφέλιμου φορτίου του οχήματος είναι η αύξηση της αντοχής ή η μείωση της πυκνότητας (χωρίς μείωση της αντοχής).
Η κράμα αλουμινίου με λίθιο μειώνει την πυκνότητα του κράματος και αυξάνει το μέτρο ελαστικότητας. Φύλλα κράματος αλουμινίου-λιθίου (Al-Li), συμπεριλαμβανομένων λεπτών φύλλων πάχους μικρότερου από 0.5 mm, έχουν παραχθεί με έλαση σε ταινία.
Η χρήση σύνθετων υλικών με βάση το αλουμίνιο μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αξιοπιστία, τη διάρκεια ζωής και το ωφέλιμο φορτίο των επιφανειών των αεροσκαφών, οι οποίες χαρακτηρίζονται από εξαιρετικά χαμηλούς ρυθμούς διαστολής ρωγμών (1/20 ~ 1/10 των συμβατικών υλικών), υψηλή αντοχή (αύξηση 50% έως 100%) και αντοχή σε θραύση, καθώς και χαμηλή πυκνότητα (μείωση 10% έως 15%). Το υλικό για ραγισμένα πριτσίνια είναι πολύ ελπιδοφόρο.
Στις σύγχρονες κατασκευές αεροσκαφών, η χρήση χάλυβα είναι σταθερή στο 5% έως 10%, ενώ σε ορισμένα αεροσκάφη, όπως τα υπερηχητικά μαχητικά αεροσκάφη, ο χάλυβας είναι ένα υλικό για συγκεκριμένο σκοπό.
Οι χάλυβες υψηλής αντοχής χρησιμοποιούνται συνήθως σε δομικά στοιχεία που απαιτούν υψηλή ακαμψία, υψηλή ειδική αντοχή και υψηλή διάρκεια ζωής σε κόπωση, καθώς και καλή αντοχή σε μεσαίες θερμοκρασίες, αντοχή στη διάβρωση και μια σειρά από άλλες παραμέτρους. Ο χάλυβας είναι ένα αναντικατάστατο υλικό, τόσο στην παραγωγή ημιτελών προϊόντων όσο και στην κατασκευή σύνθετων δομικών μερών, ειδικά στην παραγωγή συγκολλημένων δομικών μερών όπου η συγκόλληση είναι η τελική διαδικασία.
Για μεγάλο χρονικό διάστημα, ο χάλυβας που χρησιμοποιείται περισσότερο στη βιομηχανία κατασκευής αεροσκαφών ήταν ο χάλυβας υψηλής αντοχής μεσαίου κράματος με επίπεδο αντοχής 1600 ~ 1850MPa και αντοχή σε θραύση περίπου 77.5 ~ 91MPa/m2. Προς το παρόν, διατηρώντας τον ίδιο δείκτη αντοχής σε θραύση, το ελάχιστο επίπεδο αντοχής του χάλυβα έχει αυξηθεί στα 1950MPa, αλλά έχει επίσης αναπτυχθεί ένα νέο οικονομικό κράμα συγκολλημένου δομικού χάλυβα υψηλής αντοχής και αντοχής.
Η κατεύθυνση ανάπτυξης του χάλυβα υψηλής αντοχής είναι η περαιτέρω βελτίωση της μεταλλουργικής παραγωγικής διαδικασίας, η επιλογή της καλύτερης χημικής σύνθεσης και των προδιαγραφών θερμικής επεξεργασίας για την ανάπτυξη ενός επιπέδου απόδοσης αντοχής 2100 ~ 2200MPa δομικού χάλυβα υψηλής αξιοπιστίας.
Στον ρόλο των ενεργών διαβρωτικών μέσων που χρησιμοποιούνται στα δομικά μέρη του σώματος που φέρουν, ειδικά σε όλες τις καιρικές συνθήκες σχετικά με τη χρήση δομικών μερών που φέρουν, η ευρεία χρήση χάλυβα υψηλής αντοχής ανθεκτικό στη διάβρωση, το επίπεδο αντοχής αυτού του χάλυβα είναι παρόμοιο με το κράμα δομικού χάλυβα, οι παράμετροι αξιοπιστίας (ανθεκτικότητα σε θραύση, αντοχή σε ρωγμές διάβρωσης, κ.λπ.) υπερβαίνουν κατά πολύ το κράμα δομικού χάλυβα.
Τα πλεονεκτήματα του χάλυβα υψηλής αντοχής είναι: διαφορετικές μέθοδοι συγκόλλησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εφαρμογή συγκόλλησης, συγκόλλησης φέροντων δομικών μερών, μετά τη συγκόλληση χωρίς θερμική επεξεργασία, είτε σε θερμή είτε σε ψυχρή κατάσταση, έχουν καλή διατρητική ικανότητα κ.λπ.
Η πιο πολλά υποσχόμενη εφαρμογή υλικών χάλυβα υψηλής αντοχής είναι ο μαρτενσιτικός τύπος χάλυβα χαμηλής διασποράς άνθρακα που ενισχύει τη διάβρωση και ο μεταβατικός τύπος ωστενιτικού - μαρτενσιτικού χάλυβα. Η έρευνα δείχνει ότι διατηρώντας υψηλή αξιοπιστία και καλές συνθήκες κατασκευής, είναι σε θέση να αυξήσει σημαντικά το επίπεδο αντοχής του χάλυβα υψηλής αντοχής που είναι ανθεκτικός στη διάβρωση.
Η τεχνολογία και ο εξοπλισμός χαμηλής θερμοκρασίας αποτελούν έναν ειδικό τομέα εφαρμογής του χάλυβα υψηλής αντοχής ανθεκτικό στη διάβρωση και η κατεύθυνση ανάπτυξης, εξοπλισμένη με κινητήρες καυσίμου υδρογόνου για αεροσκάφη με καλές προοπτικές ανάπτυξης, θα πρέπει να είναι στο υγρό υδρογόνο και το υδρογόνο για να εργαστεί στον χάλυβα ανθεκτικό στη διάβρωση χωρίς άνθρακα ως κατεύθυνση έρευνας.
Η δυνατότητα βελτίωσης της αναλογίας κράματος τιτανίου στα μέρη της ατράκτου είναι αρκετά μεγάλη. Σύμφωνα με τις προβλέψεις, η αναλογία κράματος τιτανίου στην άτρακτο επιβατικών αεροσκαφών θα φτάσει το 20%, ενώ η αναλογία στις εφαρμογές ατράκτου στρατιωτικών αεροσκαφών θα αυξηθεί στο 50%. Η προϋπόθεση είναι να διασφαλιστεί αυτό.
Το κράμα τιτανίου έχει υψηλότερη αντοχή και αξιοπιστία, βελτιώνει περαιτέρω τη χρήση της θερμοκρασίας, έχει υψηλή απόδοση διεργασίας και καλή συγκολλησιμότητα, μπορεί να παράγει μια ποικιλία ημιτελών προϊόντων, βελτιώνει τη μορφή της δομής, αναπτύσσει νέες λύσεις σχεδιασμού, όσο το δυνατόν περισσότερο στη δομή της χρήσης ώριμων κραμάτων και διεργασιών.
Η χρήση κραμάτων τιτανίου υψηλής αντοχής μπορεί να μειώσει τη μάζα της κατασκευής, βελτιώνοντας παράλληλα την αποδοτικότητα βάρους, την αξιοπιστία και την επεξεργασιμότητα της κατασκευής. Σχεδιάζουμε να αναπτύξουμε ένα κράμα πλάκας με υψηλή αντοχή (1350 MPa) και υψηλή επεξεργασιμότητα, το οποίο θα είναι τέσσερις φορές ισχυρότερο από τον βιομηχανικό καθαρό σίδηρο και θα έχει χαρακτηριστικά επεξεργασίας παρόμοια με το βιομηχανικό καθαρό τιτάνιο. Θα αναπτύξουμε επίσης και θα χρησιμοποιήσουμε ένα κράμα τιτανίου «σχεδόν άλφα» θερμικά ισχυρό με υψηλότερη θερμική αντοχή, θερμική σταθερότητα και διάρκεια ζωής.
Μία από τις κατευθύνσεις ανάπτυξης των κραμάτων τιτανίου είναι η ανάπτυξη και η χρήση υψηλής θερμικής αντοχής, ειδικά με υψηλή σταθερότητα και μεγάλη διάρκεια ζωής του κράματος τιτανίου θερμικής αντοχής «σχεδόν άλφα». Ο αεροκινητήρα 6ης γενιάς θα χρησιμοποιεί πλάκες κράματος τιτανίου ενισχυμένες με στερεό διάλυμα και μεσομεταλλικές ενώσεις.
Το κράμα με βάση την ένωση τιτανίου-αλουμινίου είναι η μελλοντική κατεύθυνση της έρευνας, το κράμα "γ" σε θερμοκρασία 700 ~ 900 ℃ έχει ειδική θερμική αντοχή από το χάλυβα και το κράμα θερμικής αντοχής, αλλά η πλαστικότητα είναι κακή.
Η νέα κατεύθυνση ανάπτυξης θερμικά ανθεκτικών κραμάτων τιτανίου είναι η χρήση διαμεταλλικών ενώσεων ενισχυμένων με κράματα με βάση στερεά διαλύματα β. Αυτό το κράμα χαρακτηρίζεται από υψηλή θερμική αντοχή και ικανοποιητικές ιδιότητες πλαστικότητας σε θερμοκρασίες 600 ~ 700°C. Σε σύγκριση με τα υπάρχοντα κράματα τιτανίου, η ανάπτυξη αυτού του τύπου κράματος τιτανίου μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της αντοχής και της θερμικής αντοχής κατά 25% έως 30%.
Η έμφαση πρέπει να δοθεί στη βελτιστοποίηση της χημείας των κραμάτων, των διαδικασιών χύτευσης και παραμόρφωσης. Η επιλογή των βέλτιστων προδιαγραφών θερμικής επεξεργασίας και η υιοθέτηση νέων μεθόδων σχεδιασμού εξαρτημάτων θα επιτρέψουν τη χρήση μεσομεταλλικών ενώσεων στη δομή των αεροκινητήρων και του εξοπλισμού αεροδιαστημικής τεχνολογίας, όπου η αύξηση της θερμοκρασίας λειτουργίας και η μείωση της μάζας είναι καθοριστικοί παράγοντες.
Ένα σημαντικό σύμβολο που αντιπροσωπεύει το επίπεδο ανάπτυξης της αεροδιαστημικής τεχνολογίας είναι ο αριθμός των χρησιμοποιούμενων σύνθετων πολυμερών. Τα σύνθετα πολυμερών έχουν πολύ προφανή ανωτερότητα όσον αφορά την ειδική αντοχή και την ειδική ακαμψία, σε συνδυασμό με καλές δομικές ιδιότητες και ειδικές ιδιότητες. Στον τομέα της αεροπορίας, τα αεροσκάφη Airbus A3XX χρησιμοποιούν σύνθετα πολυμερών σε ποσοστό έως και 25%.
Η χρήση πολυμερικών σύνθετων υλικών με πλαστικά ενισχυμένα με ίνες άνθρακα ως μήτρα είναι ένα από τα αποτελεσματικά μέτρα για τη μείωση της δομικής μάζας. Τα πολυμερικά σύνθετα υλικά συνήθως αναφέρονται σε πλαστικά ενισχυμένα με ίνες άνθρακα υψηλού μέτρου ελαστικότητας, που χαρακτηρίζονται από υψηλή ακαμψία (μέτρο ελαστικότητας 196 GPa) και διαστατική σταθερότητα σε υψηλή θερμοκρασία, διατηρώντας παράλληλα υψηλή αντοχή σε θλίψη (1000 MPa). Η χρήση πλαστικών ενισχυμένων με ίνες άνθρακα στη νέα γενιά εξοπλισμού αεροδιαστημικής τεχνολογίας μπορεί να βελτιώσει την αεροδυναμική ακαμψία των ουραίων εξαρτημάτων, ειδικά των εξαρτημάτων της άκρης της ουράς, να μειώσει τη δομική μάζα και να διασφαλίσει την απαιτούμενη ποιότητα τεχνολογίας πτήσης. Αυτές οι ιδιότητες των πλαστικών ενισχυμένων με ίνες άνθρακα υψηλού μέτρου ελαστικότητας, σε συνδυασμό με τη χαμηλή πυκνότητα, επιτρέπουν την κατασκευή χειριστών για τη συναρμολόγηση και τη συντήρηση διαστημικών σταθμών. Τα προβλήματα που πρέπει να επιλυθούν τα επόμενα χρόνια περιλαμβάνουν: περαιτέρω βελτίωση των δομικών ιδιοτήτων και των ειδικών ιδιοτήτων των πλαστικών ενισχυμένων με ίνες άνθρακα, ειδικά για την αύξηση της θερμοκρασίας λειτουργίας στους 400 ℃.
Ως δομικό υλικό, τα νέα σύνθετα υλικά - τα οργανικά πλαστικά - θα διαδραματίσουν ολοένα και πιο σημαντικό ρόλο. Τα τελευταία χρόνια, αναπτύσσεται η δεύτερη γενιά οργανικών πλαστικών, η τιμή σb (αντοχή σε εφελκυσμό) των οργανικών πλαστικών μίας χρήσης έφτασε τα 2 ~ 3000MPa, η τιμή E αυξήθηκε στα 3200G Pa. Πειραματική έρευνα δείχνει ότι είναι δυνατό να επιτευχθεί μέτρο ελαστικότητας οργανικών πλαστικών 130 ~ 200GPa, πρέπει να σημειωθεί ότι αυτό στην πραγματικότητα επεκτείνει το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας κατά έναν παράγοντα 250 (1 ~ 205 ℃). Είναι επίσης δυνατό να μειωθεί σημαντικά η απορρόφηση νερού του σύνθετου υλικού. Όσον αφορά την ειδική αντοχή και το μέτρο ελαστικότητας, τα σύγχρονα οργανικά πλαστικά, και ιδιαίτερα αυτά του μέλλοντος, θα ξεπεράσουν όλα τα γνωστά πολυμερικά μεταλλικά και κεραμικά σύνθετα υλικά.
Σήμερα, χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο πλαστικά ενισχυμένα με ίνες υάλου και πλαστικά ενισχυμένα με ίνες άνθρακα δομικά μέρη που κατασκευάζονται με τη διαδικασία prepreg. Όταν χρησιμοποιείται αυτή η διαδικασία, μπορούν να κατασκευαστούν μέρη με κανονική και σύνθετη καμπυλότητα σε μία μόνο διαδικασία. Σε σύγκριση με τα συμβατικά πολυμερικά σύνθετα υλικά, τα σύνθετα υλικά με βάση το prepreg χαρακτηρίζονται από αύξηση 40% έως 50% στην αντοχή σε ρωγμές. Η αντοχή σε διάτμηση αυξάνεται κατά 20% έως 50%; Αύξηση 20% έως 35% στην αντοχή σε κόπωση και τη διαρκή αντοχή; Με αυτό το σύνθετο υλικό, η κατανάλωση εργασίας και ενέργειας μπορεί να μειωθεί κατά 1/2. Η δομική μάζα (ειδικά στην περίπτωση του πληρωτικού υλικού κηρήθρας) μπορεί να μειωθεί κατά 50% και η δομική στεγανότητα μπορεί να βελτιωθεί κατά 5 φορές.
Η ανάπτυξη ειδικών κραμάτων με την καλύτερη δυνατή κράμα και την καλύτερη μέθοδο οργάνωσης μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση της μονοκρυσταλλικής λεπίδας. Ένα από τα πιο πολλά υποσχόμενα κράματα είναι η κράμα ψευδαργύρου με κράμα νικελίου θερμής αντοχής.
Τα κράματα που περιέχουν νικέλιο έχουν υψηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας και υψηλότερες ιδιότητες αντοχής, και έχουν επιτευχθεί τιμές ρεκόρ αντοχής σ1000100> 300 MPa για κράματα δοκιμής που περιέχουν 6% έως 7%, εξασφαλίζοντας έτσι την ανάπτυξη μονοκρυσταλλικών λεπίδων με κανάλια ψύξης για κινητήρες 6ης γενιάς. Χρησιμοποιώντας κράμα που περιέχει νικέλιο, η θερμοκρασία εισόδου του στροβίλου μπορεί να αυξηθεί στους 2000 ~ 2100K, η κατανάλωση αέρα ψύξης μπορεί να μειωθεί κατά 30% ~ 50% και η διάρκεια ζωής των λεπίδων μπορεί να παραταθεί κατά 1 ~ 3 φορές όταν η κατανάλωση αέρα ψύξης είναι η ίδια.
Οι απαιτήσεις για τα υλικά των δίσκων των αεριοστροβίλων διαφέρουν ελαφρώς από τις απαιτήσεις για τα υλικά των πτερυγίων: Πρώτον, η θερμοκρασία λειτουργίας του δίσκου του στροβίλου είναι χαμηλότερη από αυτή της πτέρυγας. Δεύτερον, οι απαιτήσεις για την αξιοπιστία του υλικού είναι αυξημένες. Οι παραπάνω απαιτήσεις για τη βελτίωση της απόδοσης των κραμάτων δίσκων του στροβίλου θα πρέπει να επιλυθούν με μια ολοκληρωμένη προσέγγιση, όπως η ανάπτυξη της αρχής της κραματοποίησης, η βελτίωση του μηχανισμού ενίσχυσης και η ανάπτυξη νέων τεχνολογικών μεθόδων για την τήξη, την παραμόρφωση και την θερμική επεξεργασία.
Το ιδιαίτερο ζήτημα που αντιμετωπίζει σήμερα η βιομηχανία κατασκευής αεροκινητήρων είναι η ανάπτυξη, για παράδειγμα, συγκολλημένων γεμιστήρων - πυροσωλήνων και μιας σειράς άλλων δομικών στοιχείων συγκολλημένων με θερμό πεδίο. Το κύριο πρόβλημα στην ανάπτυξη υλικών πυροσωλήνων είναι η βελτίωση της δομικής τους ακαμψίας, η λύση σε αυτό το πρόβλημα πρέπει επίσης να πληροί μια σειρά απαιτητικών και ολοκληρωμένων απαιτήσεων διεργασίας: καλή συγκολλησιμότητα, υψηλή πλαστικότητα διεργασίας κ.λπ. Η χρήση των προαναφερθέντων κραμάτων μπορεί να αυξήσει τη θερμοκρασία λειτουργίας του πυροσωλήνα κατά 150 ~ 200℃, να παρατείνει την αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής κατά 50% ~ 100% και να αυξήσει σημαντικά την ειδική αντοχή της συγκολλημένης κασέτας, μειώνοντας παράλληλα τη μάζα κατά 15%.
Η χρήση αντιοξειδωτικής προστατευτικής επίστρωσης είναι ένας σημαντικός παράγοντας για την παράταση της διάρκειας ζωής των κραμάτων θερμικής ενίσχυσης (πρώτον, των πτερυγίων τουρμπίνας).
Προς το παρόν, έχουν εισαχθεί νέες διεργασίες και επιστρώσεις με διάφορες σύνθετες συνθέσεις ως εναλλακτική τεχνολογία στη διαδικασία παραγωγής προστατευτικών επιστρώσεων με διάχυση αλουμινίωσης σε μικτές σκόνες. Οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μια νέα μέθοδο επίστρωσης κενού πλάσματος με διαφορετικά στοιχειακά ιόντα ως μήτρα. Στην περίπτωση περίπου του ίδιου πάχους επίστρωσης (50 ~ 70μm), το αρχικό ψεκασμένο κράμα με κράμα μπορεί να προστατεύσει αποτελεσματικά τη λεπίδα από τη διάβρωση από σουλφίδια, οξείδια και μπορεί να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της λεπίδας κατά μια τάξη μεγέθους σε σύγκριση με τις μαζικά παραγόμενες αλουμινένιες επιστρώσεις.
Στη νέα μέθοδο επικάλυψης υλικών πολλαπλών συστατικών με τη μέθοδο πλάσματος κενού υψηλής ενέργειας, η δράση της ροής πλάσματος υψηλής ταχύτητας στην στερεά επιφάνεια έχει ως αποτέλεσμα την σκόπιμη ενίσχυση της σύνθεσης, της οργάνωσης, της μικρογεωμετρίας και των φυσικοχημικών ιδιοτήτων της επεξεργασμένης επιφάνειας. Τα κύρια πλεονεκτήματα της διαδικασίας είναι: υψηλή ποιότητα επικάλυψης, πυκνότητα και μη πορώδες, καλή πλαστικότητα, ισχυρή πρόσφυση (πάνω από 100M P a), καλή ευελιξία, όλοι οι τύποι προστατευτικών επιστρώσεων μπορούν να εφαρμοστούν σε μια βιομηχανική συσκευή, υψηλή ακρίβεια εναπόθεσης.
Το κόστος της επίστρωσης, του εξοπλισμού επίστρωσης και της διαδικασίας είναι χαμηλό, χρησιμοποιώντας υλικά πολλαπλών συστατικών υψηλής ενέργειας με πλάσμα κενού για την εφαρμογή επιστρώσεων, μπορεί να επιτευχθεί μια ποικιλία επιστρώσεων, τόσο επιστρώσεις διάχυσης, συνεκτικές επιστρώσεις όσο και συνεκτικές - επιστρώσεις διάχυσης;
Η επείγουσα ανάγκη για περαιτέρω βελτίωση της θερμοκρασίας λειτουργίας και της διάρκειας ζωής των αεριοστροβίλων έχει θέσει ως απαίτηση την αναζήτηση ενός νέου κράματος με καλύτερη σταθερότητα από το στερεό διάλυμα ενισχυμένου με φάση μήτρας νικελίου. Το νέο κράμα είναι κατάλληλο για χρήση μεσομεταλλικής ένωσης τύπου Ni3Al και ο ομοιοπολικός δεσμός της μεσομεταλλικής ένωσης μπορεί να λύσει το πρόβλημα της θερμικής αντοχής του κράματος πιο αποτελεσματικά από τον συνηθισμένο μεταλλικό δεσμό στερεού διαλύματος. Το επίπεδο θερμικής αντοχής αυτών των κραμάτων μπορεί να ρυθμιστεί σύμφωνα με την συμπληρωματική κράματωση της μήτρας Ni3Al και την οργάνωση χύτευσης που καθορίζεται από τη διαδικασία χύτευσης. Σε αυτήν την περίπτωση, η θερμική αντοχή του κράματος αυξάνεται καθώς γίνεται η μετάβαση από ισοαξονική σε στηλοειδή και στη συνέχεια σε μονοκρυσταλλική οργάνωση.
Τα μονοκρυσταλλικά διαμεταλλικά κράματα έχουν καλύτερη συνολική απόδοση. Στο ίδιο επίπεδο θερμικής αντοχής (θερμοκρασία 1100°C), η ποσότητα σπάνιων και πολύτιμων πυρίμαχων μετάλλων όπως το βολφράμιο (W) και το μολυβδαίνιο (MXNUMXo) που περιέχονται στο διαμεταλλικό κράμα είναι σημαντικά χαμηλότερη.
Τα κράματα με βάση τις διαμεταλλικές ενώσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά για την κατασκευή ψυχόμενων και μη ψυχόμενων πτερυγίων οδηγών ακροφυσίων, πυροσβεστικών σωλήνων και εξαρτημάτων ακροφυσίων στην περιοχή θερμοκρασίας λειτουργίας 900 ~ 1150°C. Τα τελευταία επιστημονικά επιτεύγματα της πόλης μπορούν να αυξήσουν τη θερμική αντοχή του κράματος σε περισσότερο από 50 ~ 70 MPa.
Περαιτέρω ανακαλύψεις στον τομέα της έρευνας για τα υλικά θερμικής αντοχής (αύξηση της θερμοκρασίας λειτουργίας σε πάνω από 1300 ℃) εξαρτώνται από τα μεταλλικά σύνθετα υλικά για να διασφαλιστεί. Η μήτρα των μεταλλικών σύνθετων υλικών μπορεί να κατασκευαστεί από διαφορετικά υλικά, όπως τιτάνιο, μεσομεταλλικές ενώσεις κ.λπ., ενώ τα ενισχυτικά υλικά μπορούν να κατασκευαστούν από νηματώδεις κρυστάλλους, σωματίδια διάχυτης πυρίμαχης ένωσης, συμπεριλαμβανομένων σωματιδίων καρβιδίου του πυριτίου, ίνες οξειδίου ή ίνες βολφραμίου.
Ειδικά σύνθετα υλικά είναι τα λεγόμενα φυσικά σύνθετα υλικά, τα οποία κατασκευάζονται σύμφωνα με μια κατευθυνόμενη διαδικασία κρυστάλλωσης ευτηκτικών κραμάτων. Κάθε ευτηκτική φάση σε τέτοια κράματα αναπτύσσεται κάθετα προς τη γραμμή κρυστάλλωσης, έτσι ώστε να μπορεί να επιτευχθεί μια ινώδης οργάνωση με συγκεκριμένο προσανατολισμό μετακινώντας την επίπεδη γραμμή κρυστάλλωσης. Ο ενισχυτικός παράγοντας αυτού του υλικού είναι ένας συνεχής σκελετός νηματοειδών κρυστάλλων μονοκρυστάλλων πυρίμαχου μεταλλικού καρβιδίου (TaC, NbC) που αναμειγνύονται μεταξύ τους. Το αναπτυγμένο φυσικό σύνθετο υλικό μπορεί να διατηρήσει υψηλά επίπεδα αντοχής (σ1200b> 70 MPa) σε υψηλές θερμοκρασίες 1200°C. Προβλέπεται ότι το μερίδιο των σύνθετων υλικών σε προηγμένους κινητήρες αεριοστροβίλων θα αυξηθεί σημαντικά (έως και 40%).
Διάφορα μέσα και ατμοσφαιρικά περιβάλλοντα εκδηλώνουν τον ρόλο των υλικών ως διάβρωση και γήρανση. Τα αεροδιαστημικά υλικά που έρχονται σε επαφή με τα μέσα είναι τα καύσιμα αεροσκαφών (όπως βενζίνη και κηροζίνη), τα προωθητικά πυραύλων (όπως πυκνό νιτρικό οξύ, υποξείδιο του αζώτου, υδραζίνη) και μια ποικιλία λιπαντικών, υδραυλικών υγρών κ.λπ., τα περισσότερα από τα οποία έχουν ισχυρή διαβρωτική επίδραση ή διόγκωση μετάλλων και μη μεταλλικών υλικών. Η ηλιακή ακτινοβολία στην ατμόσφαιρα, η διάβρωση από τον άνεμο και τη βροχή, η υπόγεια υγρασία κατά τη μακροχρόνια αποθήκευση μούχλας θα επιταχύνουν τη γήρανση των πολυμερών υλικών. Η διαδικασία, η αντοχή στη διάβρωση, η αντιγηραντική απόδοση και η αντιμυκητιακή απόδοση είναι τα αεροδιαστημικά υλικά που πρέπει να έχουν καλά χαρακτηριστικά.
Ο ρόλος του διαστημικού περιβάλλοντος στα υλικά εκδηλώνεται κυρίως στο υψηλό κενό (1.33×10-10Pa) και στην επίδραση της ακτινοβολίας κοσμικών ακτίνων. Τα μεταλλικά υλικά σε επαφή υψηλού κενού μεταξύ τους, επειδή η επιφάνεια καθαρίζεται από το περιβάλλον υψηλού κενού και επιταχύνει τη διαδικασία μοριακής διάχυσης, φαινόμενο «ψυχρής συγκόλλησης». Τα μη μεταλλικά υλικά σε υψηλό κενό και ακτινοβολία κοσμικών ακτίνων επιταχύνουν την πτητικότητα και τη γήρανση. Μερικές φορές αυτό το φαινόμενο προκαλεί αστοχία στον οπτικό φακό λόγω της εναπόθεσης και της μόλυνσης των πτητικών, σφράγιση της δομής λόγω γήρανσης και αστοχίας. Τα διαστημικά υλικά γενικά επιλέγονται και αναπτύσσονται μέσω δοκιμών προσομοίωσης εδάφους, προκειμένου να προσαρμοστούν στο διαστημικό περιβάλλον.
Προκειμένου να μειωθεί η δομική μάζα του οχήματος, θεωρείται στόχος του σχεδιασμού του οχήματος η επιλογή του μικρότερου δυνατού περιθωρίου ασφαλείας και η επίτευξη μιας απόλυτα αξιόπιστης διάρκειας ζωής. Για οχήματα που χρησιμοποιούνται μία φορά σε σύντομο χρονικό διάστημα, όπως πύραυλοι ή οχήματα εκτόξευσης, οι άνθρωποι προσπαθούν να μεγιστοποιήσουν την απόδοση του υλικού στο όριο. Προκειμένου να αξιοποιηθεί πλήρως η αντοχή του υλικού και να διασφαλιστεί η ασφάλεια, έχει χρησιμοποιηθεί η «αρχή του σχεδιασμού ανοχής βλάβης» για μεταλλικά υλικά, η οποία απαιτεί όχι μόνο υψηλή ειδική αντοχή αλλά και υψηλή αντοχή σε θραύση. Υπό προσομοιωμένες συνθήκες χρήσης, μετράται η διάρκεια ζωής έναρξης ρωγμής και ο ρυθμός διαστολής ρωγμών του υλικού και υπολογίζεται το επιτρεπόμενο μήκος ρωγμής και η αντίστοιχη διάρκεια ζωής ως σημαντική βάση για το σχεδιασμό, την παραγωγή και τη χρήση. Για τα οργανικά μη μεταλλικά υλικά, απαιτούνται δοκιμές φυσικής γήρανσης και τεχνητής επιταχυνόμενης γήρανσης για τον προσδιορισμό της περιόδου ασφάλισης της ζωής τους, ενώ το πρότυπο θραύσης των σύνθετων υλικών, η διάρκεια ζωής και η ασφάλεια αποτελούν επίσης σημαντικό ερευνητικό θέμα.
Η πρόοδος των αεροδιαστημικών υλικών εξαρτάται από τους ακόλουθους 3 παράγοντες και μόνο αφού και οι 3 έχουν αναπτυχθεί σε ώριμο στάδιο είναι δυνατή η εφαρμογή τους σε ιπτάμενα οχήματα. Ως εκ τούτου, χώρες σε όλο τον κόσμο έχουν δώσει προτεραιότητα στην ανάπτυξη αεροδιαστημικών υλικών.
Με την ταχεία ανάπτυξη της διαστημικής βιομηχανίας, τα δομικά υλικά για διαστημικά σκάφη θα βρίσκονται επίσης σε μακροπρόθεσμη συνεχή ανάπτυξη. Το ποσοστό των νέων ελαφρών κραμάτων που χρησιμοποιούνται στις δομές διαστημικών σκαφών αυξάνεται σταδιακά και η εφαρμογή σύνθετων υλικών έχει συμβάλει στην αλλαγή των υλικών που χρησιμοποιούνται στις δομές διαστημικών σκαφών και βρίσκεται σε ταχεία ανάπτυξη. Τα σύνθετα μεταλλικής μήτρας, τα οποία συνδυάζουν τις εξαιρετικές ιδιότητες των μετάλλων και των ανόργανων/οργανικών υλικών, έχουν επίσης εισέλθει στο όραμα των ερευνητών αεροδιαστημικών δομών. Επιπλέον, τα δομικά υλικά είναι άρρηκτα συνδεδεμένα με τον δομικό σχεδιασμό και ορισμένες παραδοσιακές σύνθετες δομές αντικαθίστανται από νέες πολυλειτουργικές δομές (MFC) και τρισδιάστατα εκτυπωμένες δομές. Στο μέλλον, τα δομικά υλικά για διαστημικά σκάφη θα δείξουν μια τάση διαφοροποίησης και υψηλής απόδοσης.
Τα παραδοσιακά ελαφρά κράματα εξακολουθούν να κυριαρχούν, ενώ τα νέα ελαφρά κράματα θα εφαρμοστούν σταδιακά προκειμένου να προσαρμοστούν στις απαιτήσεις των σύγχρονων δορυφόρων. Τα υλικά κραμάτων υψηλής απόδοσης και ελαφριάς δομής τείνουν να αντικαθίστανται σταδιακά από σύνθετα υλικά. Ειδικά όταν τα σύνθετα υλικά στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας και της αεροπορίας σημείωσαν μεγάλη επιτυχία, άρχισαν επίσης να κάνουν άλμα στον αεροδιαστημικό τομέα με υψηλότερες απαιτήσεις για ελαφρότητα υλικών. Ωστόσο, με την εμβάθυνση της έρευνας, διαπιστώθηκε ότι τα συνήθως χρησιμοποιούμενα σύνθετα υλικά με βάση ρητίνες έχουν ορισμένα εγγενή ελαττώματα, όπως κακή σκληρότητα, κακή απόδοση δευτερογενούς επεξεργασίας, κακή αντοχή στη θερμότητα και την υγρασία, κακή προσαρμοστικότητα στο διαστημικό περιβάλλον κ.λπ. Είναι δύσκολο να εφαρμοστούν σε μεγάλη περιοχή σε διαστημόπλοια σε σύντομο χρονικό διάστημα, γεγονός που παρέχει χώρο και ευκαιρίες για την εφαρμογή και ανάπτυξη υλικών κραμάτων στον τομέα της αεροδιαστημικής.
Η δυναμική ανάπτυξης των σύνθετων υλικών είναι καλή και το πεδίο εφαρμογής θα συνεχίσει να αυξάνεται. Ο χρόνος ανάπτυξης των σύνθετων υλικών είναι σχετικά σύντομος, αλλά η ταχεία τάση ανάπτυξής τους είναι αρκετή για να κάνει τους ανθρώπους να πιστεύουν ότι έχουν μεγάλες προοπτικές εφαρμογής. Τα σύνθετα υλικά ήταν πάντα μπροστά από τις αεροδιαστημικές εφαρμογές στον τομέα της αεροπορίας. Η εφαρμογή τους στα αεροσκάφη έχει αναπτυχθεί από δευτερογενή δομικά υλικά σε κύρια δομικά υλικά. Η ποσότητα σύνθετων υλικών για δομικά μέρη μεγάλων αεροσκαφών στον κόσμο, όπως το Boeing 787 και το Airbus 380, αντιπροσωπεύει το 40% έως 50%, και η ποσότητα σύνθετων υλικών για δομικά μέρη προηγμένων ελικοπτέρων αντιπροσωπεύει ακόμη και περισσότερο από 80%. Τα δημόσια ερευνητικά δεδομένα της Boeing και της Airbus δείχνουν ότι μέχρι το 2020 τα δομικά μέρη των αεροσκαφών τους θα χρησιμοποιούν όλα σύνθετα υλικά. Κατ' αναλογία, τα σύνθετα υλικά στον αεροδιαστημικό τομέα θα έχουν τεράστιο χώρο ανάπτυξης και προοπτικές. Αυτό αποδεικνύεται επίσης από το γεγονός ότι οι συνδέσεις δικτυωμάτων από κράμα αλουμινίου που χρησιμοποιούνταν προηγουμένως ευρέως σε δορυφορικά δικτυώματα αντικαθίστανται από συνδέσεις από σύνθετα ίνες άνθρακα. Το Σχήμα 2 δείχνει μια τυπική σύνδεση από σύνθετα ίνες άνθρακα. Μέχρι σήμερα, τα σύνθετα υλικά υψηλής απόδοσης από ίνες άνθρακα εξακολουθούν να αποτελούν το επίκεντρο της έρευνας και εφαρμογής των σύνθετων υλικών. Προκειμένου να μειωθεί το χάσμα με το διεθνές προηγμένο επίπεδο, η Κίνα δίνει πλέον μεγάλη προσοχή στην προηγμένη έρευνα των σύνθετων υλικών. Με την ανάπτυξη τεχνολογίας ολοκληρωμένης κατασκευής χαμηλού κόστους, την αυξανόμενη ωριμότητα του αυτοματοποιημένου, μεγάλης κλίμακας και υψηλής ακρίβειας εξοπλισμού κατασκευής και τη συνεχή βελτίωση της απόδοσης της ρητίνης μήτρας και των ινών άνθρακα, η αντοχή στην υγρασία και τη θερμότητα και η επιμήκυνση κατά τη θραύση των σύνθετων υλικών μήτρας ρητίνης ενισχυμένων με ίνες άνθρακα έχουν βελτιωθεί σημαντικά, και η ποσότητα των σύνθετων υλικών στις δομές των διαστημοπλοίων σίγουρα θα αυξηθεί περαιτέρω.
Λάβετε τις τελευταίες ενημερώσεις μας σχετικά με προϊόντα και προσφορές.
Μη διστάσετε να συμπληρώσετε την παρακάτω φόρμα και θα επικοινωνήσουμε μαζί σας σύντομα.
Η Easiahome παρέχει παγκόσμια διανομή όλων των ειδών ανοξείδωτου χάλυβα. Με την ευρεία γκάμα προϊόντων μας, προσφέρουμε εξειδικευμένες συμβουλές αγοράς και ολοκληρωμένες μεταλλικές εργασίες.
