ข่าว

ที่ระดับความสูงในการบิน 30,000 ฟุต เครื่องบินสมัยใหม่ขนส่งผู้โดยสารหลายร้อยคนได้อย่างปลอดภัยด้วยการผสมผสานระหว่างวิศวกรรมที่แม่นยำและวัสดุที่คัดสรรมาอย่างดี แม้ว่าเทคโนโลยีการบินขั้นสูงจะได้รับความสนใจอย่างมาก แต่ฮีโร่ผู้ปิดทองหลังพระของความปลอดภัยในการบินคือโลหะผสมพิเศษที่ก่อให้เกิดโครงสร้างหลักของเครื่องบินพาณิชย์ทุกชนิด

การออกแบบเครื่องบินกำหนดข้อกำหนดพิเศษสำหรับวัสดุ ส่วนประกอบต้องทนต่อความแตกต่างของแรงดันที่รุนแรง การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตั้งแต่ -65°F ถึง 300°F และวงจรความเครียดซ้ำๆ ในขณะที่ยังคงมีน้ำหนักเบาที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง สิ่งนี้กำหนดให้นักวิศวกรต้องทำการแลกเปลี่ยนที่คำนวณได้ระหว่างโลหะผสมต่างๆ โดยเลือกวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับส่วนประกอบเครื่องบินแต่ละชนิดตามข้อกำหนดเฉพาะ

มรดกการบินของอะลูมิเนียมย้อนกลับไปถึงชิ้นส่วนเครื่องยนต์ของพี่น้องตระกูลไรท์ และปัจจุบันโลหะผสมอะลูมิเนียมคิดเป็นประมาณ 80% ของน้ำหนักเครื่องบินโดยสารสมัยใหม่ที่ไม่มีสัมภาระ สิ่งที่น่าสนใจของโลหะนี้อยู่ที่อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่ยอดเยี่ยมและความทนทานต่อการกัดกร่อนตามธรรมชาติ—เครื่องบินบางลำถึงกับไม่ทาสีบนพื้นผิวอะลูมิเนียมเพื่อประหยัดน้ำหนัก

อย่างไรก็ตาม จุดอ่อนของอะลูมิเนียมปรากฏขึ้นที่อุณหภูมิสูง ซึ่งความแข็งแรงของมันลดลงอย่างรวดเร็ว วิศวกรแก้ไขข้อจำกัดนี้ผ่านโลหะผสมขั้นสูง เช่น อะลูมิเนียม 7075 ซึ่งรวมทองแดง แมกนีเซียม และสังกะสีเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและความทนทานสำหรับการใช้งานที่สำคัญ

แม้ว่าเหล็กกล้าจะมีน้ำหนักมากกว่าอะลูมิเนียมถึงสามเท่า แต่ความแข็งแรง ความแข็ง และความทนทานต่อความร้อนที่เหนือกว่าทำให้เหล็กกล้าเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับส่วนประกอบเครื่องบินที่รับน้ำหนักมาก คิดเป็น 11-13% ของวัสดุของเครื่องบิน เหล็กกล้าให้การรองรับที่สำคัญในส่วนของล้อลงจอด ส่วนยึดปีก และตัวยึดที่มีความเครียดสูง ซึ่งความทนทานมีมากกว่าข้อพิจารณาด้านน้ำหนัก

โลหะผสมไทเทเนียมได้รับการยกย่องว่าเป็น "โลหะแห่งอวกาศ" ผสมผสานความแข็งแรง ความทนทานต่อความร้อน และการป้องกันการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยม แม้จะมีต้นทุนที่สูงขึ้น โลหะผสมเหล่านี้ได้กลายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการใช้งานที่ต้องการ เช่น ส่วนประกอบเครื่องยนต์ โครงสร้างปีกใกล้แหล่งความร้อน และตัวยึดที่สำคัญ เมื่อวิธีการผลิตดีขึ้น บทบาทของไทเทเนียมในการบินก็ยังคงขยายตัวต่อไป

ในสภาพแวดล้อมที่โหดร้ายของเครื่องยนต์ไอพ่น ซุปเปอร์อัลลอยด์ที่ทำจากนิกเกิลทำงานได้ดีในที่ที่โลหะอื่นๆ ล้มเหลว วัสดุพิเศษเหล่านี้ยังคงรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างไว้ในใบพัดกังหันและห้องเผาไหม้ที่ต้องเผชิญกับอุณหภูมิที่สูงกว่า 2,000°F ทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานของเครื่องยนต์ที่เชื่อถือได้ภายใต้สภาวะที่รุนแรง

แม้ว่าโลหะจะครอบงำการก่อสร้างเครื่องบิน แต่คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์กำลังได้รับความนิยมสำหรับโครงสร้างที่ไม่สำคัญ โดยให้การประหยัดน้ำหนักที่น่าประทับใจ โลหะผสมทองแดงยังคงมีความสำคัญสำหรับระบบไฟฟ้า ในขณะที่แมกนีเซียมมีการใช้งานที่จำกัดในส่วนประกอบที่คำนึงถึงน้ำหนัก

วิทยาศาสตร์วัสดุยังคงผลักดันขอบเขตด้วยโลหะผสมใหม่ที่ให้ความแข็งแรง ความทนทานต่อความล้า และการป้องกันการกัดกร่อนที่ดีขึ้น การวิจัยมุ่งเน้นไปที่โลหะผสมอะลูมิเนียม-ลิเธียมเพื่อลดน้ำหนัก สูตรไทเทเนียมขั้นสูงสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง และเทคนิคการผลิตที่เป็นนวัตกรรมใหม่ เช่น การพิมพ์ 3 มิติสำหรับส่วนประกอบที่ซับซ้อน

การคัดเลือกและการพัฒนาโลหะผสมอย่างต่อเนื่องยังคงเป็นพื้นฐานสำหรับความก้าวหน้าด้านการบิน ทำให้การเดินทางทางอากาศมีความปลอดภัย มีประสิทธิภาพ และมีความรับผิดชอบต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น เมื่อข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของเครื่องบินเพิ่มขึ้น วัสดุเหล่านี้จะยังคงเป็นรากฐานของนวัตกรรมด้านการบินและอวกาศต่อไป