로켓 연료 탱크용 알루미늄 합금
구조재료는 로켓본체 구조 설계, 제조 및 가공 기술, 재료 준비 기술, 경제성 등 일련의 문제와 밀접한 관련이 있으며, 로켓의 이륙 품질과 탑재량을 결정하는 핵심 요소입니다. 재료 시스템의 개발 과정에 따르면, 로켓연료탱크 재료의 개발 과정은 4세대로 나눌 수 있습니다. 1세대는 5계열 알루미늄 합금, 즉 Al-Mg 합금입니다. 대표적인 합금은 5A06과 5A03 합금입니다. 이들은 1950년대 후반 P-2 로켓연료탱크 구조를 제조하는 데 사용되었으며 오늘날에도 여전히 사용되고 있습니다. 5.8% Mg~6.8% Mg를 함유하는 5A06 합금, 5A03은 Al-Mg-Mn-Si 합금입니다. 2세대는 Al-Cu 기반의 2계열 합금입니다. 중국 장정(長征) 시리즈 발사체의 저장탱크는 Al-Cu-Mg-Mn-Si 합금인 2A14 합금으로 제작되었습니다. 1970년대부터 현재까지 중국은 Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti 합금인 2219 합금 제조 저장탱크를 사용하기 시작했으며, 이 합금은 다양한 발사체 저장탱크 제작에 널리 사용되고 있습니다. 동시에 무기 발사용 저온 연료 탱크 구조에도 널리 사용되는데, 이 합금은 저온 성능과 종합 성능이 우수합니다.
캐빈 구조용 알루미늄 합금
1960년대 중국에서 발사체가 개발된 이후 지금까지 발사체 객실 구조용 알루미늄 합금은 2A12와 7A09로 대표되는 1세대와 2세대 합금이 주도해 왔지만, 외국에서는 4세대 객실 구조용 알루미늄 합금(7055 합금과 7085 합금)에 진입했으며, 고강도, 낮은 담금질 감도, 노치 감도 등의 특성으로 널리 사용되고 있습니다. 7055는 Al-Zn-Mg-Cu-Zr 합금이고, 7085도 Al-Zn-Mg-Cu-Zr 합금이지만 불순물인 Fe와 Si 함량이 매우 낮고 Zn 함량이 7.0%~8.0%로 높습니다. 2A97, 1460 등으로 대표되는 3세대 Al-Li 합금은 고강도, 고탄성률, 고신장률 등의 특성으로 인해 외국의 항공우주 산업에 적용되어 왔습니다.
입자 강화 알루미늄 매트릭스 복합재는 높은 탄성률과 높은 강도라는 장점을 가지고 있으며, 7A09 합금을 대체하여 세미 모노코크 캐빈 스트링거를 제작하는 데 사용될 수 있습니다. 중국과학원 금속연구소, 하얼빈 공업대학, 상하이 교통대학교 등은 입자 강화 알루미늄 매트릭스 복합재 연구 및 제조에 많은 노력을 기울여 괄목할 만한 성과를 거두었습니다.
해외 항공우주 산업에 사용되는 Al-Li 합금
외국 항공우주 차량에 가장 성공적으로 적용된 것은 Constellium과 Quebec RDC가 개발한 Weldalite Al-Li 합금으로, 여기에는 2195, 2196, 2098, 2198, 2050 합금이 포함됩니다. 2195 합금: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr은 로켓 발사용 저온 연료 저장 탱크 제조에 성공적으로 상용화된 최초의 Al-Li 합금입니다. 2196 합금: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr은 밀도가 낮고 강도가 높으며 파괴 인성이 높습니다. 원래 허블 태양 전지 패널 프레임 프로파일용으로 개발되었지만 현재는 대부분 항공기 프로파일 압출에 사용됩니다. 2098 합금: Al-3.5 Cu-1.1Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr은 원래 HSCT 동체 제조용으로 개발되었으며, 피로 강도가 높아 현재는 F16 전투기 동체와 우주선 팔콘 발사 연료 탱크에 사용됩니다. 2198 합금: Al-3.2Cu-0.9Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr은 상업용 항공기 시트 압연에 사용됩니다. 2050 합금: Al-3.5Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.4Mn-0.1Zr은 상업용 항공기 구조물이나 로켓 발사 구성 요소를 제조하는 데 사용되는 7050-T7451 합금 두꺼운 판을 대체하는 두꺼운 판을 생산하는 데 사용됩니다. 2050 합금은 2195 합금에 비해 Cu+Mn 함량이 상대적으로 낮아 담금질 민감도를 낮추고 두꺼운 판의 높은 기계적 성질을 유지하며, 비강도는 4% 더 높고, 비탄성률은 9% 더 높고, 파괴인성이 증가하며, 응력 부식 균열 저항성과 피로 균열 성장 저항성이 높고, 고온 안정성이 우수합니다.
로켓 구조에 사용되는 링 단조에 대한 중국의 연구
중국 발사체 제조 기지는 톈진 경제기술개발구에 위치하고 있습니다. 로켓 연구 생산 구역, 항공우주 기술 응용 산업 구역, 그리고 보조 지원 구역으로 구성되어 있으며, 로켓 부품 생산, 구성품 조립, 최종 조립 시험을 통합적으로 수행합니다.
로켓 추진제 저장 탱크는 길이 2m에서 5m의 실린더를 연결하여 형성됩니다. 저장 탱크는 알루미늄 합금으로 제작되므로 알루미늄 합금 단조 링으로 연결 및 강화해야 합니다. 또한, 커넥터, 트랜지션 링, 트랜지션 프레임 등 발사체 및 우주 정거장과 같은 우주선의 다른 부품에도 연결 단조 링이 사용되므로 단조 링은 매우 중요한 연결 및 구조 부품입니다. 사우스웨스트 알루미늄(그룹) 주식회사, 노스이스트 경합금 주식회사, 노스웨스트 알루미늄 주식회사는 단조 링의 연구 개발, 제조 및 가공에 많은 노력을 기울여 왔습니다.
2007년, 사우스웨스트 알루미늄은 대형 주조, 단조 빌릿 개방, 링 압연, 냉간 변형 등의 기술적 난관을 극복하고 직경 5m의 알루미늄 합금 단조 링을 개발했습니다. 독창적인 핵심 단조 기술은 국내의 공백을 메우고 장정-5B에 성공적으로 적용되었습니다. 2015년, 사우스웨스트 알루미늄은 직경 9m의 초대형 알루미늄 합금 전체 단조 링을 최초로 개발하여 세계 기록을 세웠습니다. 2016년에는 롤링 성형, 열처리 등 여러 핵심 기술을 성공적으로 정복하여 직경 10m의 초대형 알루미늄 합금 단조 링을 개발하여 새로운 세계 기록을 세우고 중국 중형 발사체 개발의 중요한 핵심 기술 문제를 해결했습니다.
MAT Aluminum의 May Jiang이 편집함
게시 시간: 2023년 12월 1일
