บล็อก

ขณะที่ผู้โดยสารนั่งอย่างสบายบนที่นั่งที่ระดับความสูง 30,000 ฟุต น้อยคนนักที่จะนึกถึงวัสดุอันน่าทึ่งที่ทำให้การเดินทางทางอากาศสมัยใหม่เป็นไปได้ โลหะเกรดอากาศยานเป็นกระดูกสันหลังที่มองไม่เห็นของการบิน ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อทนทานต่อสภาวะที่รุนแรง พร้อมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพและความปลอดภัย

อะลูมิเนียมเป็นส่วนประกอบหลักของการบินเชิงพาณิชย์ คิดเป็นสัดส่วนส่วนใหญ่ของโครงสร้างเครื่องบินส่วนใหญ่ โลหะอเนกประสงค์นี้ให้ความสมดุลที่เหมาะสมของคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับการบิน

ด้วยความหนาแน่นเพียง 2.7 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งประมาณหนึ่งในสามของเหล็ก อะลูมิเนียมช่วยประหยัดน้ำหนักได้อย่างมาก เครื่องบิน Boeing 787 Dreamliner แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบนี้ โดยอะลูมิเนียมคิดเป็นสัดส่วนกว่า 50% ของโครงสร้างลำตัวเครื่องบิน ซึ่งช่วยลดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงได้อย่างมากเมื่อเทียบกับวัสดุที่หนักกว่า

อะลูมิเนียมสร้างชั้นออกไซด์ป้องกันตามธรรมชาติ (Al₂O₃) ที่ทนทานต่อการเสื่อมสภาพจากสิ่งแวดล้อม ผู้ผลิตเครื่องบินช่วยเพิ่มคุณสมบัตินี้ด้วยการชุบอะโนไดซ์ สร้างชั้นออกไซด์ที่หนาขึ้นสำหรับส่วนประกอบที่สัมผัสกับความชื้น ละอองเกลือ และรังสี UV

ความสามารถในการตัดเฉือนที่ยอดเยี่ยมของโลหะช่วยให้สามารถผลิตชิ้นส่วนที่ซับซ้อนได้ผ่านกระบวนการต่างๆ:

• ซีรีส์ 2xxx (โลหะผสมทองแดง): การใช้งานที่ต้องการความแข็งแรงสูง เช่น แผงผิว
• ซีรีส์ 7xxx (โลหะผสมสังกะสี): ส่วนประกอบโครงสร้างที่สำคัญ
• ซีรีส์ 5xxx (โลหะผสมแมกนีเซียม): ถังเชื้อเพลิงและระบบท่อ

แม้ว่าจะไม่แพร่หลายเท่าอะลูมิเนียม แต่สแตนเลสให้การเสริมความแข็งแรงที่สำคัญในบริเวณที่มีความเค้นสูงซึ่งความทนทานมีความสำคัญสูงสุด

ด้วยความแข็งแรงต่อแรงดึงและความแข็งที่เหนือกว่า สแตนเลสถูกนำมาใช้ในส่วนที่รับน้ำหนัก เช่น ท่อโครงสร้างและตัวยึดที่สำคัญซึ่งต้องทนทานต่อแรงเค้นทางกลที่มาก

โลหะผสมสแตนเลสบางชนิดยังคงความเสถียรของโครงสร้างในสภาวะความร้อนสูง ทำให้เหมาะสำหรับส่วนประกอบเครื่องยนต์และระบบไอเสียที่ต้องเผชิญกับอุณหภูมิเกิน 1,000°F

โลหะชนิดนี้ที่ได้รับความนิยมในอุตสาหกรรมการบิน ผสมผสานความเบาของอะลูมิเนียมเข้ากับความแข็งแกร่งของเหล็ก ให้สัดส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่ไม่มีใครเทียบได้

เครื่องบินรบสมัยใหม่ เช่น F-22 Raptor ใช้โลหะผสมไทเทเนียมในโครงสร้างลำตัวเครื่องบินกว่า 40% ความต้านทานการกัดกร่อนและความเสถียรที่อุณหภูมิสูงของโลหะยังทำให้เหมาะสำหรับใบพัดคอมเพรสเซอร์และส่วนประกอบเครื่องยนต์ที่ต้องการอื่นๆ

การพัฒนาอย่างต่อเนื่องมุ่งเน้นไปที่:

• การลดต้นทุนเพื่อการนำไปใช้ในวงกว้างขึ้น
• โลหะผสมที่ทนความร้อนสูงขึ้น
• เทคนิคการเชื่อมที่ดีขึ้น

ด้วยความหนาแน่นสูงสุดในบรรดาโลหะทั่วไป (19.3 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร) ทังสเตนจึงมีหน้าที่เฉพาะแต่มีความสำคัญยิ่ง

ตุ้มน้ำหนักทังสเตนที่วางไว้อย่างมีกลยุทธ์ทั่วทั้งโครงสร้างเครื่องบินช่วยลดการสั่นสะเทือน เพิ่มความสะดวกสบายของผู้โดยสาร และลดการสึกหรอทางกล

จุดหลอมเหลวที่สูงเป็นพิเศษ (3,422°C) และแรงดันไอที่ต่ำของโลหะทำให้ไม่สามารถทดแทนได้สำหรับหัวฉีดจรวดและการใช้งานที่อุณหภูมิสูงพิเศษอื่นๆ

เทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่สัญญาว่าจะปรับเปลี่ยนการก่อสร้างเครื่องบิน:

• โลหะผสมอะลูมิเนียม-ลิเธียมที่ช่วยลดน้ำหนักได้ 10%
• โลหะผสมที่มีเอนโทรปีสูงพร้อมความทนทานเป็นพิเศษ
• วัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์โลหะที่รวมข้อดีของวัสดุหลายชนิด

โลหะทั้งสี่ชนิดนี้ ซึ่งแต่ละชนิดมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ได้ร่วมกันทำให้เกิดความปลอดภัย ประสิทธิภาพ และความน่าเชื่อถือที่กำหนดการบินสมัยใหม่ เมื่อวิทยาศาสตร์วัสดุมีความก้าวหน้า การใช้งานที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมจะยังคงผลักดันขอบเขตของวิศวกรรมการบินและอวกาศต่อไป