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超高强度铝合金在航空航天中的应用

日期:2017-05-11 14:09:29
材料是飞机结构的基础,铝合金由于其具有比强度高、成形和加工性能好、耐腐蚀性能好等特点,将作为非常重要的飞机结构材料,在大飞机结构中占有很大的使用比例。

 

国外大型民用客机从波音707发展到现在以波音787和A380为代表的新一代大型民机,从舒适性、安全性、经济性等主要考核民机性能指标上,发生了很大的变化,设计方法也从静强度设计、到破损安全设计、到现在的损伤容限设计,其采用的材料也从片面追求高强度、到要求疲劳强度较好的材料、到除考虑损伤容限之外,同时考虑抗蚀性和低成本的新要求,因此主体结构材料也发生了很大的变化,特别是随着先进复合材料用量大幅度增加,对传统轻质合金的用量冲击很大,如B787飞机的复合材料用量达50%,而铝合金的用量只有20%。

 

目前正在使用的民用客机如大型客机A380,铝合金还占着主导作用。波音777是美国波音公司90年代推出的大型民用客机,采用的材料多是80年代末90年代初比较成熟的材料,或90年代商品化的材料。因此,它的选材具有一定的代表性。其主要部位的材料选用见表1。

 

表1 波音777主要部位用材一览表
A380作为法国Airbus公司推出的面向21世纪的大型民用客机,其机体结构材料,优质铝合金用量最大,占重量的61%,复合材料占25%(22%为CFRP,用量达32t;3%为首次用于民机的GLARE),钛和钢占10%,其他4%,A380飞机主要部位的材料选择见表2。
分析国际主要大型民用客机制造企业的机型可以看出,超高强度铝合金作为飞机的结构材料仍然占据着非常重要的地位。结合我国大力发展民用大型客机的总体形势可以看出,超高强度铝合金在航空领域也是有着很广阔的市场应用前景。

 

复合材料在航天结构上的应用扩大,铝合金在以固体火箭发动机为动力的战略导弹上的应用明显减少。但在今后相当长时问内,超高强度铝合金仍然是运载火箭、宇宙飞船和空间站等航天器的主体结构材料,也是导弹等武器系统的重要结构材料之一。目前国内、外飞船、航天飞机起结构件还是以铝合金为主。

 

 

超高强度铝合金在建筑行业中的应用

 

 

随着建筑材料中绿色材料(减少材料使用量、可回收)要求的提高以及建筑行业中门窗面积的增大,尤其是在一些体育场馆、展览会场的建设中,轻质超高强度铝合金型材的需求将十分巨大。

 

超高强度铝合金,可以应用于建筑业中需求轻质超高强度、高塑性型材的场合,如体育场馆、展览会馆、临时性住宅等的结构用材,还可应用于有一定承载要求的铝合金建筑门窗和玻璃幕墙、阳台护栏、广告牌、交通桥梁设施。

 

由于超高强度铝合金的轻质高强度特性,将大大降低建筑物的整体重量,简化建筑结构,减少建筑用材;由于材料的高塑性特性,将进一步使建筑的外观结构多样美观化;由于材料良好的耐腐蚀性能,将减少建筑的维护成本。同时,由于铝合金材料易于回收,将减少建筑垃圾,美化环境,从而大大降低建筑行业的能耗,实现节能减排的目标。 

 

 

超高强度铝合金在其它行业中的应用

 

 

超高强度铝合金具有高强度、高硬度、低密度、优异的抗腐蚀性能等特点,使得其在促进节能减排,降低单位GDP能耗和增加经济效益方面具有不可忽视的重要市场地位。其不仅可以应用在汽车、航空、航天、建筑等领域,而且可以应用于自行车、纺织工业、模具等行业中。

 


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