- No.336 Yunhe Road, Дунъин, Шаньдун, Китай
Аэрокосмические материалы — это всевозможные материалы, используемые в летательных аппаратах и их силовых установках, принадлежностях и приборах, которые являются одним из решающих факторов развития аэрокосмической техники и технологий, а аэрокосмическое материаловедение также является пионерской отраслью материаловедения.
Аэрокосмические материалы обладают отличной стойкостью к высоким и низким температурам, а также стойкостью к старению и коррозии и могут адаптироваться к космической среде.
Различные типы материалов, используемых в летательных аппаратах и их силовых установках, агрегатах и приборах, являются одним из решающих факторов развития техники авиационно-космической техники. Аэрокосмическое материаловедение является новаторской отраслью материаловедения. Конструкция самолетов постоянно выдвигает новые темы для материаловедения и способствует развитию аэрокосмического материаловедения; появление множества новых материалов открывает новые возможности для конструирования летательных аппаратов и значительно способствует развитию аэрокосмической техники.
Прогресс аэрокосмических материалов зависит от следующих трех факторов:
Помимо высоких напряжений и сил инерции, аэрокосмические материалы подвергаются ударным нагрузкам и знакопеременным нагрузкам, вызванным такими факторами, как взлет и посадка, вибрация двигателя, скоростное вращение вращающихся частей, маневренный полет, внезапный ветер. Газ двигателя и солнечное излучение заставляют самолет находиться в среде с высокой температурой, а по мере увеличения скорости полета на первый план выходит эффект аэродинамического нагрева, в результате чего возникают «тепловые барьеры». Кроме того, также с учетом переменных температур, в стратосфере на дозвуковых скоростях температура поверхности упадет примерно до -50 ℃, полярный круг на территории с суровой зимней температурой окружающей среды будет ниже -40 ℃, металлические компоненты или резина шины, склонные к охрупчиванию. Бензин, керосин и другие виды топлива и различные смазочные материалы, гидравлическое масло, большинство металлических материалов, вызывающих коррозию, неметаллические материалы, вызывающие набухание, солнечное облучение, ветровую и дождевую эрозию, подземную влажную среду для длительного хранения плесени. ускоряют процесс старения полимерных материалов.
Аэрокосмические аппараты длительное время эксплуатируются в атмосфере или космическом пространстве, служат в экстремальных условиях, но при этом обладают чрезвычайно высокой надежностью и безопасностью, прекрасными полетными и маневренными характеристиками, а также оптимизацией конструкции для удовлетворения аэродинамических потребностей, требований технологичности и использования требования к обслуживанию, но также зависит от превосходных характеристик и функций материала.
Для уменьшения массы конструкции снижение плотности на 30% более полезно, чем увеличение прочности на 50%. Алюминиевые сплавы, титановые сплавы и композиционные материалы являются основными аэрокосмическими конструкционными материалами с высокой удельной прочностью и жесткостью, которые позволяют улучшить полезную нагрузку, маневренность и дальность полета летательного аппарата при одновременном снижении стоимости полета.
Сверхвысокопрочная сталь (предел текучести >1380 МПа) будет использоваться не более чем в 10% авиакосмической техники. Для современных самолетов, таких как сверхзвуковые истребители, количество сверхвысокопрочной стали стабилизировано на уровне 5–10 %, а предел прочности при растяжении составляет от 600 до 1850 МПа, иногда до 1950 МПа, с вязкостью разрушения KIc = 78–91 МПа-м1. /2. В активных агрессивных средах, используемых в несущих конструктивных элементах планера, как правило, использовать высокопрочную коррозионно-стойкую сталь, оснащенных двигателями на водородном топливе, выбирать авиационную безуглеродистую коррозионно-стойкую сталь в качестве составного материала для службы в жидком водороде и водородная среда.
Композиты с металлической матрицей, высокотемпературные композиты с матрицей из смолы, композиты с керамической матрицей и углерод/углеродные композиты играют все более важную роль в аэрокосмической области. Углеродные композиты сочетают огнеупорность углерода с высокой прочностью и жесткостью углеродного волокна, обладают превосходной термической стабильностью и отличной теплопроводностью, а также обладают значительной прочностью и ударной вязкостью при температуре 2500°C, а плотность составляет всего 1/4 от этой плотности. из жаропрочных сплавов. гибридные композиты привлекают все большее внимание, например, добавление стекловолокна к композитам из углеродного волокна может улучшить их ударные свойства, в то время как добавление углеродного волокна к пластику, армированному стекловолокном, может увеличить его жесткость.
Большинство конструкционных материалов секций пилотируемого космического корабля представляют собой алюминиевый сплав, титановый сплав, композитные материалы, такие как орбитальный корабль космического корабля, в основном изготовленный из алюминиевого сплава, поддерживающий конструкцию тяги основного двигателя из сплава Чин, часть основной рамы космического корабля. средняя часть фюзеляжа с использованием композитных материалов с металлической матрицей из алюминиевого сплава, армированного борным волокном, двери грузового отсека с использованием специальной бумажной сотовой сэндвич-структуры для композитного материала из эпоксидной смолы, армированного графитовым волокном, для панели. Головка ракеты, внешняя поверхность возвращаемого модуля космического корабля и внутренняя поверхность ракетного двигателя, для использования абляционных материалов, под действием теплового потока абляционные материалы могут подвергаться разложению, плавлению, испарению, сублимации, эрозии и другим физико-химическим изменениям, масса потребление поверхности материала для отвода большого количества тепла, чтобы достичь цели предотвращения повторного входа в атмосферу, когда поток тепла поступает в салон автомобиля, охлаждая камеру сгорания ракетного двигателя и сопло. Чтобы поддерживать подходящую рабочую температуру внутри кабины, в секции кабины необходимо принять меры по защите от радиационного нагрева, наружная обшивка из жаропрочного сплава на основе никеля или бериллиевой пластины, внутренняя структура из жаропрочного сплава Чин, внешняя обшивка и внутренняя структура заполнены кварцевым волокном, стеклокомпозитной керамикой и другими материалами с хорошими теплоизоляционными свойствами.
С внедрением и непрерывным развитием пилотируемых космических полетов, исследования Луны и освоения дальнего космоса, спутников высокого разрешения, сверхскоростных аппаратов, многоразовых ракет-носителей, космических маневрирующих аппаратов и других космических проектов выдвигаются новые и более жесткие требования к материалам, обеспечивающие новые возможности и стимул для разработки новых материалов для космических полетов, и области материалов должны быть как можно раньше в инновации материальных систем, независимой защиты ключевых сырьевых материалов и инженерных приложений. Область материалов должна как можно раньше совершить крупный прорыв в области инноваций систем материалов, независимой гарантии ключевого сырья и инженерных приложений.
Кроме того, применение ламинированных композитных материалов в аэрокосмической технике становится все более распространенным, например, в A380 используется 3% GLARE, новый тип ламината. Ламинат представляет собой композитный материал, из которого два разных вида материалов ламинируются вместе под давлением, обычно состоящий из верхней панели, верхнего слоя клея, материала сердцевины, нижнего слоя клея, нижней панели, прочность и жесткость которых выше, чем у отдельного материала панели или основной материал и применялся для транспортных самолетов и истребителей. Ламинат GLARE изготавливается под давлением (или в резервуаре горячего прессования) для ламинирования нескольких слоев тонких алюминиевых пластин и однонаправленного препрега из стекловолокна (пропитанного эпоксидным клеем), ламинированных и подвергнутых горячему прессованию, как показано на рис. 1. Алюминиевый лист надлежащим образом предварительно обработаны для облегчения прилипания к волокнистому слою препрега. В Таблице 1 показаны типы ламинатов GLARE, которые могут производиться в промышленных масштабах и которые могут изготавливаться различной толщины в соответствии с потребностями. Волокна могут быть 2-х, 3-х, 4-х слойными и т.д., а содержание и ориентация волокон могут быть в соответствии с таблицей, и каждый тип ламината GLARE может иметь разные формы, которые можно регулировать в соответствии с конкретными потребностями.
Аэрокосмические материалы являются не только материальной гарантией разработки и производства аэрокосмической продукции, но и технической основой для содействия обновлению аэрокосмической продукции. По характеру самих материалов аэрокосмические материалы делятся на четыре категории: металлические материалы, неорганические неметаллические материалы, полимерные материалы и современные композитные материалы; в зависимости от использования функции их можно разделить на конструкционные материалы и функциональные материалы 2 категории. К конструкционным материалам наиболее важными требованиями являются малый вес, высокая прочность и стойкость к высокотемпературной коррозии; функциональные материалы включают микроэлектронные и оптоэлектронные материалы, материалы сенсорных чувствительных элементов? Функциональные керамические материалы, материалы из оптического волокна, материалы для отображения и хранения информации, невидимые материалы и интеллектуальные материалы.
Для аэрокосмических материалов он включает 3 основные категории материалов: материалы корпуса самолета, материалы двигателя и материалы бортового оборудования. А аэрокосмические материалы включают материалы корпуса стрелы ракеты-носителя, материалы ракетного двигателя, материалы для космических кораблей и аэрокосмические функциональные материалы.
В частности, на уровне материалов аэрокосмические материалы охватывают широкий спектр, включая алюминиевые сплавы, сплавы титана, сплавы магния и другие легкие сплавы, сверхвысокопрочные стали, жаропрочные титановые сплавы, жаропрочные сплавы на основе никеля, интерметаллические соединения (система титан-алюминий, система ниобий-алюминий, система молибден-кремний). Тугоплавкие металлы и их сплавы и другие высокотемпературные металлоконструкции, стекловолокно, углеродное волокно, ароматическое амидное волокно, ароматическое гетероциклическое волокно, сверхвысокомолекулярное полиэтиленовое волокно и другие композитные армирующие материалы, эпоксидная смола, бисмалеимидная смола, термореактивная полиимидная смола , фенольные смолы, цианатные смолы, полиарилацетиленовые смолы и другие композиционные матричные материалы, усовершенствованные композиты на основе металлов и неорганических неметаллов, усовершенствованные композиты на основе интерметаллических соединений, усовершенствованные керамические материалы, усовершенствованные углеродно-углеродные композиты и усовершенствованные функциональные материалы.
Прогноз соотношения состава конструкционных материалов фюзеляжа самолета показывает, что доминирующим материалом в начале 21 века является алюминиевый сплав. Первая проблема, которую необходимо решить при разработке алюминиевых сплавов для аэрокосмической техники, заключается в том, как уменьшить массу конструкции, обеспечив при этом высокую эксплуатационную надежность и хорошее качество изготовления. Актуальной задачей, требующей решения, является разработка высокопрочных алюминиевых сплавов с хорошими сварочными свойствами и их использование при изготовлении монолитных сварных конструкций. Способ увеличения полезной нагрузки транспортного средства заключается в увеличении прочности или уменьшении плотности (без снижения прочности).
Легирование алюминия литием снижает плотность сплава и увеличивает модуль упругости. Листы из алюминиево-литиевых (Al-Li) сплавов, в том числе тонкие листы толщиной менее 0.5 мм, изготовлялись полосовой прокаткой в рулонах.
Использование композитов алюминиевого базового слоя позволяет значительно повысить надежность, срок службы и грузоподъемность обшивки самолетов, которые характеризуются исключительно низкими скоростями расширения трещин (1/20~1/10 от обычных материалов), высокой прочностью (от 50% до 100 % увеличения) и вязкости разрушения, а также низкой плотности (уменьшение на 10–15 %). Треснувший заклепочный материал очень перспективен.
В современных конструкциях самолетов использование стали стабильно составляет от 5% до 10%, в то время как в некоторых самолетах, таких как сверхзвуковые истребители, сталь является материалом специального назначения.
Высокопрочные стали обычно используются в элементах конструкций, требующих высокой жесткости, высокой удельной прочности и высокой усталостной долговечности, а также хорошей среднетемпературной прочности, коррозионной стойкости и ряда других параметров. Сталь является незаменимым материалом, как при производстве полуфабрикатов, так и при изготовлении сложных конструкционных деталей, особенно при производстве сварных конструкционных деталей, где сварка является завершающим процессом.
В течение длительного времени наиболее используемой сталью в авиастроении является среднелегированная высокопрочная сталь с уровнем прочности 1600 ~ 1850 МПа и вязкостью разрушения около 77.5 ~ 91 МПа/м2. В настоящее время при сохранении того же индекса вязкости разрушения минимальный уровень прочности стали увеличен до 1950 МПа, а также разработано новое экономичное легирование высокопрочной сварной конструкционной стали с высокой трещиностойкостью.
Направление развития высокопрочной стали заключается в дальнейшем совершенствовании металлургического производственного процесса, выборе наилучшего химического состава и характеристик термической обработки для достижения уровня прочности 2100 ~ 2200 МПа высоконадежной конструкционной стали.
В роли активных агрессивных сред, применяемых в несущих элементах конструкции кузова, особенно во всепогодных условиях эксплуатации несущих элементов конструкции, широкое применение высокопрочной коррозионно-стойкой стали, уровень прочности этой стали аналогичен легированная конструкционная сталь по параметрам надежности (вязкость разрушения, сопротивление коррозионному растрескиванию и др.) значительно превосходит легированную конструкционную сталь.
Преимуществами высокопрочной стали являются: возможность осуществления сварки различными методами сварки, сварки несущих деталей конструкций, после сварки без термической обработки, как в горячем, так и в холодном состоянии, имеют хорошую пробивную способность и т.д. ..
Наиболее перспективным применением высокопрочных стальных материалов является мартенситный тип низкоуглеродистой дисперсионной упрочняющей коррозионно-стойкой стали и переходный тип аустенитно-мартенситной стали, исследования показывают, что при сохранении высокой надежности и хороших условий изготовления можно значительно увеличить уровень прочности высокопрочной коррозионностойкой стали.
Низкотемпературная технология и оборудование - это особая область применения высокопрочной коррозионностойкой стали, и направление развития, оснащенное водородными двигателями для самолетов с хорошими перспективами развития, должно работать в жидком водороде и водородной среде. в безуглеродистой коррозионно-стойкой стали как направление исследований.
Потенциал улучшения доли титанового сплава в деталях фюзеляжа достаточно огромен, по прогнозам, доля титанового сплава в фюзеляже пассажирских самолетов достигнет 20%, а доля применения фюзеляжа военных самолетов увеличится до 50%? Суть в том, чтобы убедиться в этом.
Титановый сплав обладает более высокой прочностью и надежностью; дальнейшее улучшение использования температуры; с высокой производительностью процесса и хорошей свариваемостью; может производить разнообразные полуфабрикаты; совершенствовать форму конструкции, разрабатывать новые конструкторские решения, максимально использовать в конструкции зрелые сплавы и процессы.
Использование высокопрочных титановых сплавов позволяет уменьшить массу конструкции, при этом повышая весовую эффективность, надежность и технологичность конструкции. Мы планируем разработать толстолистовой сплав с высокой прочностью (1350 МПа) и высокой технологичностью, который будет в четыре раза прочнее технического чистого железа и иметь технологические характеристики, аналогичные техническому чистому титану; мы также разработаем и будем использовать термически прочный титановый сплав «почти альфа» с более высокой термической прочностью, термической стабильностью и сроком службы.
Одним из направлений развития титановых сплавов является разработка и использование высокой термической прочности, особенно с высокой стабильностью и долговечностью титанового сплава с термической прочностью «почти альфа». В авиадвигателе 6-го поколения будут использоваться пластины из титанового сплава, армированные твердым раствором и армированные интерметаллическими соединениями.
Сплав на основе соединения титана и алюминия - это будущее направление исследований, сплав «γ» при температуре 700 ~ 900 ℃, удельная термическая прочность, чем у стали и сплава термической прочности, но пластичность низкая.
Новым направлением разработки термически прочных титановых сплавов является использование интерметаллидов, армированных сплавами на основе β-твердых растворов. Этот сплав характеризуется высокой термической прочностью и удовлетворительными свойствами пластичности при температурах 600~700°С. По сравнению с существующими титановыми сплавами разработка этого типа титанового сплава может привести к увеличению прочности и термической прочности на 25-30%.
Акцент должен быть сделан на оптимизации химического состава сплава, процессов литья и деформации. Выбор оптимальных режимов термической обработки и внедрение новых методов конструирования деталей позволит использовать интерметаллиды в конструкции авиадвигателей и оборудования авиакосмической техники, где решающими факторами являются повышение температуры эксплуатации и снижение массы.
Важным символом, отражающим уровень развития аэрокосмической техники, является количество используемых полимерных композитов, полимерные композиты имеют очень очевидное превосходство с точки зрения удельной прочности и удельной жесткости в сочетании с хорошими структурными свойствами и специальными свойствами, в области авиации широко используется ? В самолетах Airbus A3XX будет использоваться до 25% полимерных композитов.
Использование полимерных композитов с углепластиками в качестве матрицы является одним из эффективных мероприятий по снижению массы конструкции. К полимерным композитам обычно относят высокомодульные углепластики, характеризующиеся высокой жесткостью (модуль упругости 196 ГПа) и стабильностью размеров при высокой температуре, а также сохраняющие высокую прочность на сжатие (1000 МПа). Использование углепластиков в аэрокосмической технике нового поколения позволяет улучшить аэродинамическую жесткость компонентов хвостового оперения, особенно компонентов хвостового оперения, уменьшить массу конструкции и обеспечить требуемое качество летной техники. Эти свойства высокомодульных углепластиков в сочетании с низкой плотностью позволяют изготавливать манипуляторы для сборки и обслуживания космических станций. Задачи, которые предстоит решить в ближайшие годы, включают: дальнейшее улучшение структурных свойств и специальных свойств углепластиков, особенно повышение рабочей температуры до 400 ℃.
В качестве конструкционного материала все более важную роль будут играть новые композиционные материалы – органопластики. В последние годы разрабатываются органические пластики 2-го поколения, значение σb (прочность на растяжение) для одноцелевых органических пластиков достигло 3000 ~ 3200 МПа, значение Е увеличилось до 130 ГПа. Экспериментальные исследования показывают, что можно получить эластичность. модуль 200 ~ 250 ГПа органопластика, следует отметить, что это фактически для расширения диапазона рабочих температур в 1 раз (205 ~ 300 ℃). Также можно значительно снизить водопоглощение композита. По удельной прочности и модулю упругости современные органопластики, а особенно будущего, превзойдут все известные полимеры? композиты с металлической и керамической матрицей.
В настоящее время все чаще используются конструкционные детали из пластика, армированного стекловолокном, и пластика, армированного углеродным волокном, изготовленные методом препрега. При использовании этого процесса детали нормальной и сложной кривизны могут быть изготовлены за один процесс. По сравнению с обычными полимерными композитами композиты на основе препрега характеризуются повышением трещиностойкости на 40-50%. Прочность на сдвиг увеличивается от 20% до 50%? От 20% до 35% увеличение усталостной прочности и длительной прочности? С помощью этого композитного материала затраты труда и энергии могут быть снижены на 1/2; масса конструкции (особенно в случае сотового заполнителя) может быть уменьшена на 50%, а герметичность конструкции улучшена в 5 раз.
Разработка специальных сплавов с лучшим легированием и лучшим методом организации позволяет значительно улучшить характеристики монокристаллического лезвия, одним из наиболее перспективных сплавов является цинковое легирование жаропрочного никелевого сплава.
Никельсодержащие сплавы обладают более высокими рабочими температурами и повышенными прочностными свойствами, а для опытных сплавов с содержанием 1000100-300 % получены рекордные значения предела выносливости σ6 > 7 МПа, что обеспечивает разработку монокристаллических лопаток с охлаждающими каналами для 6-го класса. двигатели поколения. Используя никельсодержащий сплав, можно повысить температуру на входе в турбину до 2000–2100 К, снизить расход охлаждающего воздуха на 30–50 %, а срок службы лопаток можно увеличить в 1–3 раза, если охлаждающий воздух расход тот же.
Требования к материалам дисков ГТД несколько отличаются от требований к материалам лопаток: во-первых, рабочая температура диска турбины ниже рабочей температуры лопатки; во-вторых, повышаются требования к надежности материала. Вышеуказанные требования по улучшению характеристик сплавов дисков турбин должны решаться комплексным подходом, таким как разработка принципа легирования, совершенствование механизма упрочнения, разработка новых технологических приемов плавки, деформации и термической обработки.
Особой проблемой, стоящей сегодня перед авиадвигателестроением, является разработка, например, сварных магазинов? дымогарная труба и ряд других конструктивных элементов, сваренных горячим способом. Основная проблема при разработке материалов дымогарных труб состоит в том, чтобы улучшить их структурную жесткость, решение этой проблемы также должно соответствовать ряду жестких и комплексных технологических требований: хорошая свариваемость, высокая технологическая пластичность и т. д. Использование вышеупомянутых сплавы позволяют увеличить рабочую температуру жаровой трубы на 150~200℃, увеличить надежность и срок службы на 50~100%, существенно повысить удельную прочность сварной кассеты при снижении массы на 15%.
Использование антиоксидантного защитного покрытия является важным фактором увеличения срока службы жароупрочняющих сплавов (в первую очередь лопаток турбин).
В настоящее время в качестве альтернативы технологии получения защитных покрытий диффузионным алитированием в смешанных порошках внедрены новые процессы и покрытия различного сложного состава. Исследователи разработали новый метод плазменно-вакуумного покрытия с ионами различных элементов в качестве матрицы. При примерно одинаковой толщине покрытия (50~70 мкм) исходный напыляемый сплав с легированием может эффективно защитить лезвие от сульфидов. оксидная коррозия и может продлить срок службы лезвия на порядок по сравнению с серийно выпускаемыми алюминизированными покрытиями.
В новом способе покрытия многокомпонентных материалов высокоэнергетическим вакуумно-плазменным процессом воздействие высокоскоростного потока плазмы на поверхность твердого тела приводит к целенаправленному усилению состава, организации, микрогеометрии и физико-химических свойств обрабатываемого материала. поверхность. Основными преимуществами процесса являются: высокое качество покрытия, плотность и непористость, хорошая пластичность, высокая адгезия (более 100 МПа); хорошая универсальность, на промышленном устройстве можно наносить все виды защитных покрытий; высокая точность нанесения.
Стоимость покрытия, оборудования для нанесения покрытий и процесса низкая, с использованием многокомпонентных материалов, высокоэнергетического вакуумного плазменного процесса для нанесения покрытий, можно получить различные покрытия, как диффузионные покрытия, когезионные покрытия, так и когезионно-диффузионные покрытия?
Настоятельная необходимость дальнейшего повышения рабочей температуры и частичного ресурса газотурбинных двигателей выдвинула потребность в поиске новой матрицы сплава с большей стабильностью, чем твердый раствор, армированный фазой никелевой матрицы. Матрица нового сплава подходит для использования интерметаллического соединения типа Ni3Al, а ковалентная связь интерметаллического соединения может решить проблему термической прочности сплава более эффективно, чем обычная металлическая связь твердого раствора. Уровень термической прочности этих сплавов можно регулировать дополнительным легированием матрицы Ni3Al и организацией литья, определяемой процессом литья. При этом термическая прочность сплава увеличивается по мере перехода от равноосной к столбчатой, а затем к монокристаллической организации.
Монокристаллические интерметаллические сплавы обладают лучшими общими характеристиками. При том же уровне термической прочности (температура 1100°С) количество редких и благородных тугоплавких металлов, таких как вольфрам (W) и молибден (Mo), содержащихся в интерметаллидном сплаве, значительно ниже.
Сплавы на основе интерметаллических соединений могут быть эффективно использованы для изготовления охлаждаемых и неохлаждаемых направляющих аппаратов сопел, жаровых труб и деталей сопел в диапазоне рабочих температур 900~1150°С. Последние научные достижения города позволяют повысить термическую прочность сплава до более чем 50~70 МПа.
Дальнейшие прорывы в области исследований термопрочности материалов (рабочая температура увеличилась до более чем 1300 ℃) зависят от металлических композитов. Матрица металлических композитов может быть изготовлена из различных материалов, таких как титан, интерметаллические соединения и др., а армирующие материалы могут быть выполнены из нитевидных кристаллов, диффузных частиц тугоплавких соединений, в том числе частиц карбида кремния, оксидных волокон или вольфрамовых волокон.
Специальные композиты — это так называемые натуральные композиты, которые производятся в соответствии с процессом направленной кристаллизации эвтектических сплавов. Каждая эвтектическая фаза в таких сплавах растет перпендикулярно линии кристаллизации, так что путем перемещения плоской линии кристаллизации можно получить волокнистую организацию с определенной ориентацией. Армирующим элементом этого материала является непрерывный каркас нитевидных кристаллов монокристаллов карбида тугоплавких металлов (TaC, NbC), перемешанных друг с другом. Разработанный природный композиционный материал способен сохранять высокие уровни длительной прочности (σ1200b > 70 МПа) при высоких температурах 1200°С. Прогнозируется, что доля композиционных материалов в перспективных газотурбинных двигателях значительно возрастет (до 40%).
Различные среды и атмосферные среды на роль материалов проявляются как коррозия и старение. Аэрокосмические материалы, контактирующие со средой, — это авиационное топливо (например, бензин и керосин), ракетное топливо (например, концентрированная азотная кислота, закись азота, гидразин) и различные смазочные материалы, гидравлическая жидкость и т. д., большинство из которых оказывают сильное коррозионное воздействие или набухание металлических и неметаллических материалов, солнечное облучение в атмосфере, эрозия ветра и дождя, подземная влага при длительном хранении плесени ускорят старение полимерных материалов. Процесс, коррозионная стойкость, защита от старения и защита от плесени - это аэрокосмические материалы, которые должны иметь хорошие характеристики.
Роль космической среды на материалы в основном проявляется в высоком вакууме (1.33×10-10 Па) и влиянии облучения космическими лучами. Металлические материалы в высоком вакууме контактируют друг с другом, потому что поверхность очищается в среде высокого вакуума и ускоряет процесс молекулярной диффузии, явление «холодной сварки»; неметаллические материалы в высоком вакууме и облучении космическими лучами ускорят улетучивание и старение, иногда это явление приводит к тому, что оптическая линза из-за осаждения летучих веществ и загрязнения, герметизирующая структура из-за старения и отказа. Космические материалы обычно отбираются и разрабатываются с помощью наземных имитационных испытаний, чтобы адаптироваться к космической среде.
Для уменьшения конструктивной массы транспортного средства целью конструкции транспортного средства считается выбор наименьшего возможного запаса прочности и достижение абсолютно надежного срока службы. Для транспортных средств, которые используются один раз в течение короткого времени, таких как ракеты или ракеты-носители, люди стремятся максимально использовать материальные характеристики до предела. Чтобы в полной мере использовать прочность материала и обеспечить безопасность, для металлических материалов был использован «принцип проектирования устойчивости к повреждениям», который требует не только высокой удельной прочности, но и высокой вязкости разрушения. В смоделированных условиях использования измеряются время возникновения трещины и скорость распространения трещины в материале, а допустимая длина трещины и соответствующий срок службы рассчитываются как важная основа для проектирования, производства и использования. Для органических неметаллических материалов необходимы испытания на естественное старение и искусственное ускоренное старение для определения страхового срока их жизни, характер разрушения композиционных материалов, срок службы и безопасность также является важной темой исследований.
Развитие аэрокосмических материалов зависит от следующих трех факторов, и только после того, как все три будут разработаны до зрелой стадии, их можно будет применять в летательных аппаратах. Поэтому страны всего мира отдают приоритет развитию аэрокосмических материалов.
С быстрым развитием космической промышленности конструкционные материалы космических кораблей также будут постоянно развиваться в долгосрочной перспективе. Доля новых легких сплавов, используемых в конструкциях космических аппаратов, постепенно увеличивается, а применение композиционных материалов способствовало изменению материалов, используемых в конструкциях космических аппаратов, и быстро развивается. Композиты с металлической матрицей, которые сочетают в себе превосходные свойства металлов и неорганических/органических материалов, также привлекли внимание исследователей аэрокосмической конструкции. Кроме того, конструкционные материалы неотделимы от проектирования конструкций, а некоторые традиционные сложные конструкции заменяются новыми многофункциональными конструкциями (МФЦ) и конструкциями, напечатанными на 3D-принтере. В будущем конструкционные материалы для космических аппаратов продемонстрируют тенденцию к диверсификации и повышению эффективности.
Традиционные легкие сплавы по-прежнему преобладают, новые легкие сплавы будут постепенно применяться, чтобы адаптироваться к требованиям современных спутников с высокими характеристиками, легкой структурой, сплавы имеют тенденцию постепенно заменяться композитными материалами. Особенно когда композиционные материалы в автомобильной и авиационной области пользовались большим успехом, они также начали стремительно развиваться в аэрокосмической области с более высокими требованиями к легкости материала. Однако по мере углубления исследований было обнаружено, что широко используемые композиты на основе смол имеют некоторые присущие им недостатки, такие как низкая ударная вязкость, плохая производительность при вторичной обработке, плохая термо- и влагостойкость, плохая адаптируемость к космической среде и т.д. трудно применить на большой площади на космических аппаратах в короткие сроки, что дает пространство и возможности для применения и разработки сплавных материалов в аэрокосмической области.
Импульс развития композитных материалов хороший, и область применения будет продолжать расти. Время разработки композиционных материалов относительно невелико, но тенденции их быстрого развития достаточно, чтобы люди поверили в большие перспективы их применения. Композиты всегда опережали аэрокосмические применения в области авиации. Его применение в самолетах было разработано от вторичных конструкционных материалов до основных конструкционных материалов. Количество композиционных материалов для конструкционных деталей больших самолетов в мире, таких как Boeing 787 и Airbus 380, составляет от 40% до 50%, а количество композиционных материалов для конструкционных деталей перспективных вертолетов даже превышает 80%. . Данные общедоступных исследований Boeing и Airbus показывают, что к 2020 году все детали конструкции их самолетов будут использовать композитные материалы. По аналогии композиционные материалы в аэрокосмической области будут иметь огромное пространство и перспективы развития. Об этом также свидетельствует тот факт, что соединения ферм из алюминиевого сплава, ранее широко использовавшиеся в фермах-спутниках, заменяются соединениями из углеродного волокна. На рис. 2 показано типичное соединение композитного углеродного волокна. До сих пор композиты с высокими эксплуатационными характеристиками из углеродного волокна по-прежнему находятся в центре внимания исследований и применений композитов. Чтобы сократить разрыв с передовым международным уровнем, Китай в настоящее время уделяет большое внимание передовым исследованиям композитных материалов. С развитием недорогих интегрированных производственных технологий, повышением зрелости автоматизированного, крупномасштабного и высокоточного производственного оборудования, а также постоянным улучшением характеристик матричной смолы и углеродного волокна, устойчивости к влаге и теплу и удлинению. при разрыве армированных углеродным волокном матричных композитов на основе смолы были значительно улучшены, и количество композитных материалов в конструкциях космических аппаратов, безусловно, будет увеличиваться.
Пожалуйста, не стесняйтесь заполнить форму ниже, и мы свяжемся с вами в ближайшее время.
Easiahome обеспечивает распространение по всему миру всей продукции из нержавеющей стали. Благодаря нашему широкому ассортименту продукции мы предлагаем экспертные консультации по рынку и комплексную металлообработку.
