铝助长征火箭轰然升天

中国新一代中型运载火箭长征七号月日在新建成的海南省文昌航天发射场首次成功标志着中国载人航天工程空间实验室任务顺利启动长征七号火箭总长m起飞质量约t近地轨道运载能力t有个助推器直径m长约m以液氧煤油作为燃料无毒无污染因为煤油与氧燃烧时全部变为二氧化碳与水气别无他物芯极直径m长征七号火箭自身质量轻结构和设备质量仅占总质量的因此可以装更多的燃料运送更多的乘客

整个火箭由整流罩仪器舱二级液氧箱二级燃箱助推锥头助推液氧箱一级液氧箱一级煤油箱助推煤油箱一级尾段且推尾段构成

铝合金对长征火箭的成功飞天起了决定性的作用没有铝火箭的顺利升天很难做到目前这样得心应手液氧液氢煤油是火箭发动机的助燃剂与燃料氧在大气压与成为液体氢在大气压与变为液体因此贮存液氧与液氢的容器必须有良好的低温性能我们知道普通的结构钢与除铝以外的其他有色金属均有低温脆性即它们的塑性与韧性均随着温度的降低而显著下降可是铝合金则是一种非常好的低温合金它的各项力学性能与加工成形性能全面地随着温度的下降而相应地均衡地上升因此铝合金是制造液氢液氧贮存与运输容器的唯一首选材料它具有最佳的综合性能密度小对航空航天器来说这个性能显得非常重要与突出无低温脆性加工成形性好相当高的力学性能可回收性好可焊接性优特别易于摩擦搅拌焊等等

长征七号火箭的液氧箱煤油箱是用什么材料制造的可以肯定的是是用铝合金制的至于用的是什么铝合金很可能是合金因为它有良好的综合性能同时国外发射火箭的液氢液氧箱等都是用它焊接的美国发射土星阿波罗运载火箭的总质量约t其中液氧的质量超过t其贮存箱都是用合金焊接的

铝合金

航天材料之宝

铝合金是一种AlCuMnTiVZr系合金现在已形成有兄弟的大家族合金诞生于上世纪年代初合金年注册但是合金经过近来年的使用与考验宝刀不老仍是一种主要的航天铝合金发射火箭的低温燃料贮箱是用其板材焊接的美国用摩擦搅拌焊FSW自动焊接它们的化学成分见表

型铝合金是为航空航天工业的发展研发的是继合金之后的在常规航空航天铝合金研究方面一次较大的突破由表所列的成分可见主要的合金化元素只有Cu其含量比型合金的高得多约高第二个特点是次要的合金元素多有MnTiVZr它们都是高熔点元素可与铝形成难熔的二元化合物如AlMnAlTiAlZrAlV等这些元素都有细化铸锭晶粒作用提高合金的再结晶温度第三杂质FeSi的含量低除合金含Mg外镁在其他三个合金中也是杂质Zn也算是一种杂质由于FeSi含量低所以形成的不溶杂质相很少Mg与Zn全部固溶于Al因此这些杂质对合金性能几乎没有影响或影响极微我们可以把型合金看成是一种二元AlCu系合金当然由于次要的合金元素多也可以把它看成是一种复杂的多元合金

合金的性能

首先合金是服役温度范围广的合金可在低至的极低温度环境下使用是一种优秀的低温合金它的各项力学性能随着温度的下降而同步均衡地上升也可以在高达高温环境中工作表因此它是一种工作温度范围宽达的合金比任何其他现行铝合金的应用范围都广即是一种低温合金又是一种高温合金是一种最牛的航空航天合金

有良好的可焊性焊接时用合金焊条或焊丝可获得高的焊缝强度而在摩擦搅拌焊后焊缝及热影响区的抗拉强度几乎与基体材料的相等美国发射航天器火箭的液氧液氢都是用此法焊接的不用焊条或焊丝

合金的杂质含量低是一个相当干净的合金因而断裂韧性高特别是短横向厚度方向的T状态合金有很高的抵抗应力腐蚀开裂能力极为难能可贵抗拉弹性模量EGNm抗压弹性模量GNm泊松比为RR摩尔试验疲劳强度循环次数Nmm

合金的热学性能液相线温度低熔点共晶的开始熔化温度线膨胀系数如下

温度范围平均线胀系数mmk

体胀系数mmk时比热容JkgK热导率O状状态的WmkT及T状态的WmkTTT状态的为Wmk的体积电导率O状态的IACSTTT状态的IACSTTTT状态的为IACS

合金时的电阻率O状态的nmTTT状态的nmTTTT状态的nm各种状态材料的电阻温度系数皆为nmK

合金的电位在的含gNacl及gHO的水溶液中对甘汞电极的电位TTT状态材料的VTTTT状态材料的V

合金的退火温度人工时效规范hh具体人工时效温度及保温时间决定于所需状态合金没有自然时效能力

合金的半成品种类有板带管棒型线材与锻件板带材有包铝的也有不包的线材用于加工铆钉焊条焊丝材料状态有OTTTTTTTT

合金主要用于航空航天领域生产这类合金的企业必须拥有生产这类材料的现代化成套装备与技术美国在生产此类合金方面居世界领先水平

中国最牛最大火箭

长五也将择机发射

由中国航天科技集团公司研制的中国最大火箭长征五号运载火箭将于下半年完成首飞据媒体报道它是中国目前高度最高体积最大运载能力最强的火箭长五的突出特点是技术新与设计复杂应用了项先进核心技术集成了多项最新的航天技术零部件新技术采用率几乎达到了中国拥有完全自主知识产权令人叹为观止的是长五的总质量超过t其中的液氢和的液氧质量约占即约有t是液氧煤油液氢液氧低温推进剂组合完全无毒无污染的环保型的燃料不过液氢温度低达给动力装置结构设计带来了更大的挑战液氢液氧等燃料的容器无疑应是用不怕天寒地冻的铝合金板焊接的长征五号火箭是中国迄今为止使用铝合金最多的单种运载火箭

长五的首飞具体时间尚未最终敲定但是它的零部件数多达十三四万个它的制造与发射除大大提升与进一步巩固中国运载火箭在世界航天界地位还将加速中国由航天大国向强国转变进程长五主要用于发射嫦娥五号空间站核心舱与火星探测器它们都是国家的重大专项空间工程

据称长五在首飞后将会被继续研制和系列生产这也将会更有力地推动国内空间科学和空间应用产业发展带动多领域科学与技术进步促进成升上万个企业乃致国民经济的转型升级和国防建设的加强铝产业将是主要受益者之一