Блог

Представьте себе огромный самолет, плавно летящий по небу, безопасно перевозящий сотни пассажиров к месту назначения.Это инженерное чудо поддерживают не только точные конструкции, но и изобретательное использование высокопроизводительных материалов.Какие материалы могут выдерживать сложные условия полета и обеспечивать надежность самолета?сплавы титана, и волоконно-укрепленных композитных материалов, раскрывая их уникальную роль и тенденции развития в авиации.

Титановые сплавы - хранители высоких температур

Титановые сплавы занимают ключевое место в авиации благодаря своим исключительным свойствам.что означает, что они обеспечивают достаточную прочность при минимальном структурном весеКроме того, титановые сплавы демонстрируют превосходную прочность при усталости и коэффициент прочности при растяжении, а также высокие пределы усталости, что позволяет им выдерживать длительные циклические нагрузки высокой интенсивности.Замечательно., некоторые титановые сплавы сохраняют значительную прочность даже при температурах, достигающих 400-500 °C, что делает их идеальными для высокотемпературных компонентов, таких как лопатки турбины реактивного двигателя.

Тем не менее, титановые сплавы не без недостатков.Совместное воздействие высокой температуры и напряжения значительно снижает их производительность, что является серьезной проблемой для авиационных двигателей на борту.Их относительно высокая плотность также увеличивает общий вес самолета при широком использовании.с расходами на материалы и производство примерно в семь раз выше, чем на алюминий или стальСледовательно, они обычно предназначены для критически важных компонентов, таких как реактивные двигатели.

Сталь: от доминирования к нишевым применениям

Сталь, сплав железа и углерода, доминировала в производстве самолетов в 1930-х годах как первичный, так и вторичный конструктивный материал.В то время как алюминиевые сплавы в конечном итоге вытеснили сталь как основной материал, сталь сохраняет свое место в авиации из-за своей высокой прочности, жесткости и устойчивости к повреждениям.и крепежные материалы часто используют стальные литья для удовлетворения требований к прочности и жесткости.

Основным ограничением стали является ее высокая плотность, ограничивающая широкое использование в конструкциях.

Алюминиевые сплавы: революция легкого веса

Чистый алюминий из-за своей низкой прочности и высокой пластичности не подходит для конструктивных применений.и литий значительно улучшает механические свойства при сохранении низкой плотности, что является важным преимуществом для авиации, сознательной в весе.После Второй мировой войны алюминиевые сплавы заменили сталь в качестве основного конструктивного материала для самолетов.

В авиационной промышленности в основном используются четыре серии алюминиевых сплавов:

• Al-Cu (2000 серия)
• Al-Mg (серия 5000)
• Al-Mg-Si (серия 6000)
• Al-Zn-Mg (серия 7000)

В последнее время в аэрокосмическом секторе стали применяться сплавы алюминий-литий (Al-Li, серия 8000).и несущих компонентов из-за их чрезвычайно низкой плотности.

Выбор алюминиевых сплавов предполагает сбалансирование нескольких факторов: прочность (доходность и конечная прочность), пластичность, производительность, коррозионная стойкость, совместимость с поверхностной обработкой, устойчивость к усталости,устойчивость к коррозии при напряженииДостижение оптимального баланса производительности является проблемой из-за сложных механизмов сплава, включающих микроструктурные и химические процессы.

В последнее время композитные материалы, усиленные волокнами, начали заменять алюминиевые сплавы, сначала во вторичных конструкциях, а теперь и в первичных, таких как Airbus A350 и Boeing 787 Dreamliner.

Композитные материалы, усиленные волокнами: будущее авиационных материалов

Композиты объединяют два или более материалов со значительно различными физическими или химическими свойствами для создания превосходных характеристик.Все чаще используются композитные материалы, укрепленные волокномОни обычно состоят из высокопрочных волокон (стекла или углерода), встроенных в пластиковые или эпоксидные смоловые матрицы, обеспечивающие механическую и химическую защиту.

Материалы, усиленные волокнами, анизотропны, их свойства зависят от ориентации волокна.Эти ламины встроены в смоловые матрицы, чтобы сформировать сплоченные структуры, способные выдерживать нагрузки на изгиб и сдвиг.

Ранние пластмассы, усиленные стеклянными волокнами (GRP), использовались в лопатках ротора вертолета, но их применение в самолетах с фиксированными крыльями было ограничено из-за низкой жесткости.В 1960-х годах были введены новые материалы, такие как кевлар (арамидное волокно) с прочностью, подобной стеклу, но более высокой жесткостью.Несмотря на свою долговечность, кевларовые композиты имеют слабую сжимаемую прочность и производственные трудности, что ограничивает их вторичными структурами.Бороволоконные композиты были первыми достаточно прочными и жесткими для первичных структур, но впоследствии их заменили пластмассы, усиленные углеродными волокнами (СФРП), из-за аналогичной производительности при более низкой стоимости.

Модуль Юнга КФР примерно в три раза больше, чем у ГРП, в 1,5 раза больше, чем у Кевлара и в два раза больше, чем у алюминия.КФРП является хрупким, не уступает пластичности при концентрации напряженияЭпоксидные матрицы также поглощают влагу в течение длительного времени, ухудшая зависимые от матрицы свойства, такие как стойкость к сжатию.особенно при повышенных температурахС другой стороны, жесткость КФРП менее чувствительна к влаге и более устойчива к усталости.

Замена 40% алюминиевой конструкции на СФУР позволяет сэкономить около 12% от общего веса.Airbus A350XWB широко использует КФРП для крыльев, хвостовые секции и отдельные компоненты фюзеляжа.

• 52% волоконно-укрепленных композитных материалов
• 20% сплавов алюминия
• 14% титановых сплавов
• 7% стали
• 7% прочие материалы

Общие аэрокосмические сплавы алюминия включают 7075, 6061, 6063, 2024 и 5052 алюминия.