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Airware＾TM2l98合金：“猎鹰”家族航空飞行器的支柱 应用JApplication AirwareTM2198合金●● 猎鹰家族航空飞行器的支柱 加铝全球航空航夭,运输和工业公司(ATI)已经为太空,防御和商业等 多种多样的领域提供制造飞行器所需的合金达16年之久,而Airware2198一T8 合金被视为航天航空领域的最佳选择,它的应用使火箭具有更高的强度(增加 1O%～30%)和刚度(增加5%)以及密度降低(4%),自身重量明显减少. 编译l峻蜂 尸一Ioo4年中旬,美国火箭开发商太空 /探索技术公司(SpaceX)总裁兼首 席技术总监埃伦?马斯克在结构 工程部副总裁克里斯?汤姆逊的陪同下, 考察了加铝全球航空航天,运输和工业 公司(ATI),深入了解商标为Airware 的新低密度合金家族的独特特性. 马斯克和汤姆逊通过使用具有弹性 系数,抗压强度和密度的设计程序,通过 使用传统合金2014和2219为基准寻找 到一种增强材料,通过对公司猎鹰发 射器家族更强有力的设计,增加了火箭 的有效载荷,同时,具有更高的可靠性 2002年成立的SpaceX是一家从事 火箭和宇宙飞船设计的民营企业,马斯 克担任第一个由私人研制的液体燃料轨 道火箭猎鹰1,猎鹰9和龙太空 舱的总工程师. 从2006年开始,SpaceX成为美国国 家航空航天局的商业性轨道运输服务项 目(COTS)的参与者;COTS也即宇航员 和货物商业运输计划,其目的是,为美国 政府和其他潜在客户服务,提高太空运 输能力,促进太空商业发展.公司制定了 发射清单,其中包括2010年12月8日第 二次成功发射的猎鹰9测试火箭,如 图1所示. 铝锂合金(Airware2198合金)为 .重型猎鹰火箭增色 从2004年最初的电话联系开始, 加铝ATI和SpaceX之间进行了诸多的 66世界有色金属201任E第6期 图1猎鹰9号第二次发射 技术交流,这对高科技材料科学的不 断进化具有里程碑的意义.这一进程 始于对猎鹰9号上所用传统材料的 梳理和审查,包括传统合金与注册的 +40%耐蚀性 +3%刚度 一 3%密度 抗疲劳 %强度 +47%韧性 IAirwone219B-通常的解决方案 图2通过把传统的解决方案和Airware2198.T8比 较说明新一代低密度产品的优势 Airware合金在静态和动态性能方庙 的比较,如图2所示.加铝ATI已经 多种多样的太空,防御和商业航空 等的制造提供所需合金达16年之久 为航天材料领域和金属材料性能开 和标准化提供了一揽子数据和文件. Airware2198一T8合金被视为航天航空 领域应用的最佳选择. Airware2198最初作为2098合盆 (广泛用于美国战斗机机身)的一种衍生 材料被研发,是低密度合金家庭的一员, 目前有6个不同的产品,而每种产品又具 有特殊的韧性.这些合金可作为板,片, 型材和锻件,通常要添加少量至中等水 平的锂(1%～2%)与额外起加强和稳定作 用的元素,如铜,银,镁,锆,锌等.与常 规合金相比,Airware2198合金有如下好 处:比低密度合金还低5%～8%,而模量 系数要高4%～6%;显着改善了da/dN的 比值,使静态特性和韧性等于或优于常 规合金;具有比SSC的极限应力水平还 高1O-20ksi;加工特性与传统的2XXX 和7XXX合金相似;具有搅拌摩擦焊 (FSW)兼容性. 为了便于测量和增强性能(提供 更高的耐压等),需要为下一步的研究 和开发寻找机会.与其他材料的兼容性 和连接技术已攻克通过.SpaceX进行 了经济研究和成本/性能分析,随后进 行了初始批次的评估,工业制造特性的 验证,Airware2198制造的罐体部件的 测试.猎鹰9号的整个简体和整流罩 部件的设计和制作,使用了厚度范围在 0.140～O.290英寸之间的各种韧度的 Airware2198合金,并使用全套宽度的优 化设计(见图3). 用Airware2198-T8合金打造的猎 鹰9号火箭 完全由SpaceX设计并建造的猎鹰 9号为了可靠和低成本地将卫星运输 到近地空间轨道和地球同步运行轨道, 图3猎鹰9号的整个筒体和穹顶部分都使用 Airware2198合金制做 以及用于发送 SpaceX在COTS 计划下开发的运 送货物和宇航 员到达轨道目的 地的太空舱,图 4是研制出的往 返国际空间站的 龙舱.猎鹰 9号是采用液 氧和火箭级煤油 Applicationf应用 加铝ATI为猎鹰9号 的穹顶和简体提供了低密度 铝板和铝片,这些轧制产品 由公司在法国的ISSOire研究 所制造并船运过来. (RP一1)燃料的动力飞行器,分为两级, 每一级都由携载燃料的筒体和推动载荷 太空舱进入轨道的发动机组成.第一节 推动火箭到达指定高度