新一代运载火箭箱体材料的选择
首都航天机械公司 刘春飞（专稿 无参考文献）
表1 Al - Mg、Al - Cu 与Al - Li 合金常温性能对比 超图
前苏联在20 世纪80 年代研制出高强、可焊、适宜于低温下使用的1460 铝锂合金,并用作能源号火箭芯级(二级) 直径8 m ,长度为40 m 和20 m 的液氢、液氧贮箱材料,获得了成功。麦道公司也使用这种合金制作了德尔它三角快帆DC - XA 单级入轨火箭的液氧贮箱,比用传统铝合金质量减轻10 %。美国用其研制的Weld alite 049 系列中的2195 铝锂合金制造了航天飞机外贮箱,比原来的贮箱质量减轻3 405 kg。1998年6 月装备了2195 合金贮箱的奋进号航天飞机飞行成功。上述事实表明Al - Li 合金替代2219 作为大型贮箱材料在国外已开始进入工业化生 产和工程应用阶段。航天系统在Al - Li合金应用方面做了有益的探索,并在一些结构中采用了1420 铝锂合金。但是,幸福契约在5 m 关于党政机关厉行节约若干问题的通知运载贮箱上采用铝锂合金必须研制像1460 或2195 这类可焊性能好的合金。 图1 2195铝锂合金应用于奋进号航天飞机的外贮燃
图2 1420能源号(ЭНЕРГИЯ)
“能源号”是苏联的一种重型通用运载火箭，也是目前世界上起飞质量与推力最大的火箭。西方国家取的代号是SL—17十六大精神。
以下内容来源于 “国外Al-Li合金及其航天产品的制造技术” 邱惠中
8090Al-Li合金——制造了大力神运载火箭有效载荷舱
1420 Al-Li合金——也用语某些中、远程导弹弹头壳体
21956 Al-Cu-Li合金——“发现号”航天飞机的外贮箱
2197合金——用语F-16战斗机的后隔框
210合金是在2094合金基础上添加0.5%Zn,人工时效前无冷加工σb=617MPa、δ=16%；固溶处理后拉伸和屈服强度达到758 MPa、 731 MPa 是目前铝锂合金强度最高的。
2094、2095、2195、2197均可工业化生产。
2094合金——505℃/1h水淬，170℃/12h，σb=592MPa、σ0.2=554 MPa、δ=16%；
俄罗斯在熔炼1420合金时将Na含量控制在<0.0015%，目前已容量出300mm，长度万恶哦.2500mm 1420挤压铸锭或锻铸锭。
1420变形温度为475～495℃，应变速度为1×10-4～5×10-3 S-1,流动应力为2～5 MPa，合金的延伸率为350-450%。在俄罗斯已经用1420合金薄板超塑成形了组多零件，其中有些零部件尺寸可达1200mm×600mm
国外Al-Li合金用作航天产品的制造技术现状及发展趋势——Al-Li合金使用于制造承受轴向压缩载荷和外部破坏应力结构（如液体运载火箭的贮箱、尾部、级间段、仪器舱和头部壳体、战术导弹各仓段）、或主要按刚度进行设计的部件（如卫星和空间站的非承力刚性结构）国外Al-Li合金用作寒天产品主要分为三类：一类是焊接承力构件，如贮箱、导弹壳锥等；另一类是铆接承力结构，如仪器舱、末段舱等；第三类是锻件、铸件、旋压件和超塑成形制品等等。
材料工程信息 MA TER IAL S EN GIN EER IN G IN FORMA T ION
俄罗斯是铝锂合金发展较早较快的国家, 在雅克-36、米格29等飞机都大量使用了铝锂合
金。在西欧, 英国W est land 的EH 101直升机有25% 的构件由AA 8090铝锂合金制造, 其用量占飞机结构总重的15%。法国的Rafele 陈白露军用战斗机以及A irbus Indust ries 的A 330 和
A 340客机上都使用了铝锂合金。
在美国, 铝锂合金近年来发展较快, 在航空航天领域的应用也在迅速扩大, 鸡油例如, 航天飞机、F 16战斗机、Douglas C 217 运输机、Boeing 777 旅客机、M cDonnellDouglas DC 2XA “Clipper Graham ”火箭等都使用了铝锂合金。其使用部位包括: 燃料箱、隔框、机翼蒙皮、前缘、后缘等。
1988年, Reyno lds 与Lockheed Mart in Tactical Air-craft System 开始联合发展军用战斗机隔框AA 2197 厚板产品计划。同年6 月, Reynolds 开始交付第一批AA 2197板, 用以取代空军F 16飞机的一个后隔框和其他零件。
机身479 站位上的这个隔框是支持垂直面的三个隔框中的一个, 原AA 2124 隔框不能满足规定的8000h 使用寿命的要求, 需要由一个抗疲劳合金取代它。 Reynolds 和其他铝公司正在分别供应AA 2197 和AA 2097 板材用于F 16 结构寿命改进计
划。ReynoldsAA 2197 精加工板材主要装到F 16 B lock 40 飞机, 显著改进其疲劳寿命。
俄罗斯的航空用铝合金的发展及其历史经验
从’% 世纪(% 年代到’%%% 年，俄罗斯飞机机身主要为铆接结构，其机身蒙皮薄板为))5, 合金，或Д)2 合金，))5, 合金与美国的’*’0 合金类似。各种机身的桁条用的合金有))5,、B95 пч+’ 及)0’%。雅克,5 及雅克,6 的机身则完全用)0’% 合金制成，减重效果明显。减重效益更大的是米格#’2，减重达’01，它主要采
用了焊接机身。德国戴姆勒·克莱斯勒公司与俄航材院、卡曼斯克—乌拉尔冶金厂及德国冶金厂一起进行了)0’0 合金的试制，以便用作欧洲大型旅客机的机身。)0’0 是)0’%的改型，用激光焊将加强肋焊在机身蒙皮上。在德国工厂用俄罗斯的锭子制成了厚0:: 宽’5%%:: 的机身蒙皮用薄板。该蒙皮在德国及俄航材院已通过了鉴定。另外，)00) 长寿命高工艺性合金在俄罗斯的白列耶夫公司飞机机身上获得广泛应用。这是惟一的一种在轧制到0.4<0.5mm 厚的薄板时没有碰到困难的铝锂合金。
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