Почему самолеты делают из алюминия: Алюминий и авиастроение. Марки и алюминиево-литиевые сплавы в авиастроении
Алюминий и авиастроение. Марки и алюминиево-литиевые сплавы в авиастроении
Алюминий — «крылатый металл». Такое название этот металл получил благодаря своей легкости, разнообразным свойствам и уникальным качествам.
В авиастроении алюминий применяют в основном в виде сплавов. Листы из алюминиевых сплавов используют для изготовления как внутреннего каркаса, так и внешней оболочки самолета. В самолетах применяют листовой алюминий толщиной от 3,3 до 0,25 мм. Алюминиевые сплавы обладают удачным сочетанием свойств: небольшой плотностью (2500-2900 кг/м3), высокой прочностью (до 500-600 Мпа), коррозийнной стойкостью, технологичностью при литье, обработке давлением, сварке и обработке резанием. Благодаря высокой ударной прочности, алюминиевые сплавы являются важнейшим конструкционным материалом в самолетостроении. Самолеты на 2/3 состоят из алюминиевых сплавов.
При изготовлении авиационной техники успешно используются упрочняемые термической обработкой высокопрочные алюминиевые сплавы Al-Zn-Mg-Cu и сплавы средней и повышенной прочности Al-Mg-Cu.
Для снижения массы летательного аппарата применяются алюминиево-литиевые сплавы основных систем легирования Al-Mg-Li (1420, 1421, 1424) и Al- Cu -Li (1460, 1464, 1469). Использование высокопрочных алюминиево-литиевых сплавов в сварных герметичных конструкциях несущих топливных баков фюзеляжа позволяет снизить их собственную массу на 12-15%.
Алюминиевые сплавы имеют бесспорное преимущество при создании изделий космической техники. Достоинством алюминиевых сплавов является их работоспособность при криогенных температурах в контакте жидким кислородом, водородом и гелием. У этих сплавов происходит так называемое криогенное упрочнение, т.е. прочность и пластичность растут с понижением температуры.
При строительстве и ремонте самолетов применяют следующие основные марки алюминия и алюминиевые сплавы:
- Алюминий 1100
- Алюминиевый сплав 2014
- Алюминиевый сплав 2017
- Алюминиевый сплав 2024
- Алюминиевый сплав 2025
- Алюминиевый сплав 2219
- Алюминиевый сплав 3003
- Алюминиевый сплав 5052
- Алюминиевый сплав 6061
- Алюминиевый сплав 7075
- Литейные алюминиевые сплавы АЛ5, АЛ6, АЛ12, Ал19, АЛ2, АЛ8, АЛ12, АЛ13.
Таким образом, правильное применение материала способствуют повышению уровня технической эксплуатации и увеличению времени работы и надежности авиационной техники.
Также читайте статьи:
- Как делают алюминиевые трубы?
- Лист алюминиевый рифленый: даймонд, дуэт, квинтет
- Нержавеющий круг в машиностроитетельной отрасли
Применение алюминия – Транспорт
Все виды транспорта на земле от велосипедов до космических ракет производятся из алюминия.
Этот металл позволяет человеку двигаться с высокой скоростью, переплывать океаны, подниматься в небо и покидать пределы нашей планеты. На транспортную сферу уже приходится наибольшая часть мирового потребления алюминия – 27%. И в ближайшие года эта цифра будет только увеличиваться.
|
Ричард Бах
Чайка по имени Джонатан Ливингстон
Авиация и космос
Алюминий навсегда вошел в историю как металл, позволивший человеку летать. Легкий, прочный и пластичный, он оказался идеальным материалом для создания управляемых летательных аппаратов. Не даром второе имя алюминия – «крылатый металл».
Сегодня на алюминий приходится около 75-80% общей массы современного самолета. А первое его применение в авиации зафиксировано еще до изобретения самих самолетов.
Например, граф Фердинанд Цеппелин делал из алюминиевого сплава каркасы для своих знаменитых дирижаблей.
Прорыв, положивший начало современной авиации, произошел в 1903 году, когда братья Райт впервые в истории человечества совершили полет на управляемом летательном аппарате «Флайер-1». Автомобильные двигатели того времени весили слишком много, обладали низкой мощностью и были неспособны поднять аппарат в воздух. Специально для этой цели был разработан новый двигатель, детали которого, в том числе блок цилиндров, были отлиты из алюминия.
Он также обнаружил эффект старения сплава, заключающийся в существенном увеличении его прочности после закалки в течение длительного времени.Дюралюминий
Во время Первой Мировой войны дюралюминий был настоящей военной технологией. Его состав и технология тепообработки были засекречены, поскольку он являлся важнейшим конструкционным материалом в самолетостроении.
С тех пор алюминий получил статус ключевого конструкционного материала в авиации, и держит эту марку по сей день. Состав авиационных сплавов меняется, самолеты совершенствуются, но главная задача авиаконструкторов остается неизменной: создание легкой машины с максимальной вместимостью, использующей минимальное количество топлива и не поддающееся коррозии со временем. Именно алюминий позволяет инженерам добиваться выполнения всех необходимых условий. В современных самолетах алюминий применяется буквально повсюду: в фюзеляже, закрылках, конструкциях крыла и хвостовой части, крепежных системах, конструкциях выхлопных отверстий, блоков питания, заправочных штангов, дверей и полов, каркасов пилотных и пассажирских сидений, топливных разъемах, гидравлических системах, кабинных стойках, подшипниках, приборах в кабине пилотов, турбинах двигателей и много где еще.
Основные алюминиевые сплавы, применяемые в авиации, — серии 2ххх, 3ххх, 5ххх, 6ххх и 7ххх. Серия 2ххх рекомендована для работы при высоких температурах и с повышенными значениями коэффициента вязкости разрушения. Сплавы серии 7ххх — для работы при более низких температурах значительно нагруженных деталей и для деталей с высокой сопротивляемостью к коррозии под напряжением. Для малонагруженных узлов применяются сплавы серии 3ххх, 5ххх и 6xxx. Они же используются в гидро-, масло- и топливных системах.
Наибольшее применение получил сплав 7075, состоящий из алюминия, цинка, магния и меди. Это самый прочный из всех алюминиевых сплавов, сравнимый по этому показателю со сталью, но в 3 раза легче нее.
Самолеты собираются из листов и профилей, соединяющихся друг с другом алюминиевыми заклепками, число заклепок в одной машине может достигать нескольких миллионов. В некоторых моделях вместо листов используются прессованные панели, и в случае появления трещины она доходит только до конца такой панели.
Сегодня авиаконструкторы пытаются найти материал, обладающий всеми преимуществами алюминия, но еще более легкий. Единственным кандидатом, подходящим на эту роль, на данный момент является углеродное волокно. Оно состоит из нитей диаметром от 5 до 15 мкм, образованных преимущественно атомами углерода. Первым магистральным пассажирским самолетом, фюзеляж которого был полностью изготовлен из композиционных материалов, стал Boeing 787 Dreamliner, выполневший свой первый коммерческий полет в 2011 году.
Однако производство таких самолетов обходится гораздо дороже, чем при использовании алюминия. Кроме этого, углеволокно не обеспечивает должного уровня безопасности летательных аппаратов.
Основные сильные стороны космических алюминиевых сплавов – стойкость к высоким и низким температурам, вибрационным нагрузкам и воздействию радиации.
Более того, они обладают свойством «криогенного упрочнения» – с понижением температуры их прочность и пластичность только возрастают. Это сплавы видов «титан-алюминий», «никель-алюминий» и «железо-хром-алюминий».
Алюминий оказался незаменим не только в авиации, но и в космонавтике, где сочетание минимальной массы с максимальной прочностью еще более критично. Корпус первого искусственного космического спутника Земли, запущенного в СССР в 1957 году, был выполнен из алюминиевого сплава.
Ни один современный космический корабль не обходится без алюминия – от 50% до 90% веса космических летательных аппаратов приходится на конструкции из алюминиевых сплавов. Они использовались для изготовления корпуса космических челноков Space Shuttle, телескопической балки антенны космического телескопа Hubble, из них изготавливаются водородные ракетные баки, носовые части ракет, конструкции разгонных блоков, корпуса орбитальных космических станций и крепежей для солнечных батарей на них.
Даже твердотопливные ракетные ускорители работают на алюминии. Такие ускорители разгоняют первую ступень космических кораблей и состоят из алюминиевого порошка, окислителя в виде перхлората того же алюминия и связующего вещества. Например, самая мощная на сегодня в мире ракета-носитель «Сатурн-5» (может вывезти на околоземную орбиту 140-тонный груз) за время полета сжигает 36 тонн алюминиевого порошка.
Автомобилестроение
Автомобиль – самый распространенный вид транспорта в мире. Главным конструкционным материалом здесь является относительно дешевая сталь. Однако вместе с тем как основными приоритетами автомобильной отрасли становятся экономия топлива, снижение выбросов СО2, а также дизайн автомобиля, все более важную роль в автомобилестроении начинает играть алюминий.
В 2014 году мировая автомобильная индустрия (без учета Китая) потребила 2,87 млн тонн алюминия. Ожидается, что к 2020 году эта цифра вырастет до 4,49 млн тонн.
Ключевыми факторами этого роста являются как увеличение производства самих автомобилей, так и повышение использования алюминия в них.
Каждый килограмм алюминия, использованный при изготовлении автомобиля, позволяет снизить общую массу машины на килограмм. Поэтому на алюминий переводилось производство все большего количества его деталей: радиаторы системы охлаждения двигателя, колесные диски, бампера, детали подвески, блоки цилиндров двигателя, корпуса трансмиссий и, наконец, детали кузова – капоты, двери и даже вся рама. В результате с 1970-х годов доля алюминия в общем весе автомобиля постоянно увеличивается – с 35 кг до сегодняшних 152 кг. Согласно прогнозам экспертов, к 2025 году среднее содержание алюминия в одном автомобиле достигнет 250 кг.
Формула 1
Гоночный болид Формулы-1, согласно требованиям на 2015 год, должен весить не менее 702 килограммов. Две трети этой массы приходится на алюминий. В то время как обшивка кузова выполнена из углепластика, все внутренние узлы и компоненты изготавливаются именно из «крылатого металла».
Алюминий использовался в автомобилестроении практически с момента начала промышленного использования этого металла. В 1899 году на международной выставке в Берлине был представлен первый автомобиль, корпус которого был полностью сделан из алюминия, — спортивный Durkopp. А в 1901 году алюминиевым стал и двигатель — для участия в гонках в Ницце его смастерил знаменитый немецкий изобретатель Карл Бенц. В 1962 году легендарный гонщик Микки Томпсон участвовал в гонках Индианаполис 500 на машине с двигателем из алюминия и показал превосходный результат. Многие фирмы позднее усовершенствовали этот двигатель и использовали его в различных массовых моделях и гоночных автомобилях, в том числе и в болидах Формулы-1. Интерес к алюминиевым деталям подстегнул и нефтяной кризис 1970-х. Вынужденные озаботиться экономией топлива, конструкторы стали заменять детали из стали на более легкие алюминиевые, тем самым снижая общий вес машины.
Микки Томпсон
Индианаполис 500, 1962 г.
Range Rover
Последняя модель Range Rover с полностью алюминиевым кузовом стала легче на 39% или 420 килограмм.
Это равноценно весу пяти человек.
Применять алюминий для изготовления кузова первыми стали производители автомобилей класса «премиум». Так, первым серийным автомобилем с полностью алюминиевым кузовом стала Audi A8, выпущенная в 1994 году. За ней последовали и другие люксовые бренды – BMW, Mercedes-Benz, Porsche, Land Rover, Jaguar.
В 2014 году произошло очередное знаковое событие для отрасли – автомобиль с полностью алюминиевым кузовом появился в массовом сегменте. Им стал Ford-150 – самый популярный пикап в США на протяжении 38 лет. Благодаря переходу на алюминий автомобиль стал легче на 315 кг по сравнению с предшествующей моделью, что позволило существенно снизить расход топлива, выхлоп CO2, а также увеличить грузоподъемность и улучшить динамику разгона и торможения. При этом автомобиль получил самый высокий рейтинг надежности NHTSA – пять звезд вместо четырех в предыдущей модели.
Основными методами изготовления различных автодеталей являются литье и штамповка из прокатанных листов и полос.
Но некоторые из них изготавливаются необычным способом горячего прессования мелкого алюминиевого порошка – САП (спеченная алюминиевая пудра). Окисленную алюминиевую пудру помещают в алюминиевую же оболочку и нагревают до температуры чуть меньшей, чем плавление металла, и в горячем виде прессуют. Получившиеся изделия отличаются высокой прочностью и используются там, где нужны детали для работы в условиях высоких температур с низким коэффициентом трения – например, так делаются поршни двигателей.
Tesla
Полностью дополнительная защита Tesla состоит из трех уровней. Первый – полый алюминиевый брус специальной формы, который либо отбрасывает лежащий на дороге предмет, либо смягчает удар. Второй – плита из титана, защищающая наиболее уязвимые компоненты в передней части автомобиля. Третий – щит из штампованного алюминия, который рассеивает энергию удара и, если препятствие твердое и неподвижное, приподнимает автомобиль над ним.
Еще одно замечательное свойство алюминия – он отлично «гасит» удар, причем делает это в два раза эффективнее, чем сталь.
Поэтому автопроизводители уже давно используют этот металл для бамперов. Днище революционного электрического автомобиля Tesla оснащено 8-миллиметровой пуленепробиваемой броней из алюминиевых сплавов, которая защищает батарейный отсек и гарантирует безопасность при движении на скорости в 200 км/ч. Недавно компания установила на свои машины дополнительную алюминиево-титановую защиту, которая позволяет автомобилю в прямом смысле слова разрушать попадающие под колеса препятствия из бетона и закаленной стали, сохраняя управляемость.
Алюминиевый кузов имеет преимущества перед стальным в плане безопасности еще и потому, что деформации в алюминиевых конструкциях локализуются в компактных зонах, не давая деформироваться другим частям кузова и сохраняя максимальную безопасность той части машины, где находятся пассажиры.
Эксперты утверждают, что в ближайшее десятилетие автопроизводители существенно увеличат использование алюминия в своих моделях. «Крылатый металл» в большом количестве будет использоваться в деталях кузова либо для изготовления кузова целиком.
При этом многие автомобильные компании сегодня договариваются с производителями алюминия о создании производств замкнутого цикла, когда из идущих на лом алюминиевых деталей утилизируемых автомобилей создаются запчасти для новых машин. Сложно представить себе более экологичный вид промышленного производства.
Железнодорожный транспорт
Применение алюминия в железнодорожном транспорте началось практически сразу после образования самой алюминиевой промышленности. В 1894 году железнодорожная компания New York, New Haven, and Hartford Railroad, принадлежавшая тогда банкиру Джону Пирпонту Моргану (J.P. Morgan), начала выпускать специальные легкие пассажирские вагоны, сидения которых были выполнены из алюминия.
Однако сначала алюминий оказался наиболее востребованным в сегменте грузоперевозок, где от состава требуется максимально низкий вес, что позволяет перевезти больший объем грузов.
Первые грузовые вагоны, полностью выполненные из алюминия, были выпущены в 1931 году в США.
Это был хоппер – вагон для перевозки сыпучих и гранулированных грузов, кузов которого имеет форму воронки с люками для разгрузки в донной части. Сегодня для производства таких вагонов используются, в основном, сплавы 6ххх серии, — они обладают повышенной прочностью и коррозийной стойкостью.
Shinkansen
Первый высокоскоростной поезд в мире появился в Японии в 1964 году. Он курсировал между Токио и Осакой и преодолевал расстояние в 515 км за 3 часа 10 минут, разгоняясь до 210 км/ч. Shinkansen позволил разрешить острую транспортную проблему этого региона, в котором проживало более 45 млн человек.
Сегодня алюминиевые вагоны используются для перевозки угля, различных руд и минералов, а также зерна, в вагонах-цистернах перевозят кислоты. Существуют также вагоны для перевозки готовых товаров, например, новых автомобилей – с завода до автодилерского центра.
Алюминиевый грузовой вагон на треть легче, чем стальной. Его более высокая изначальная стоимость окупается в среднем за два первых года эксплуатации за счет перевозки большего объема грузов.
При этом алюминий в отличие от стали не подвержен коррозии, поэтому алюминиевые вагоны долговечны и за 40 лет использования теряют лишь 10% своей стоимости.
В пассажирском железнодороджном транспорте алюминий позволяет производить вагоны на треть более легкие, чем стальные аналоги. В случае метро и пригородных поездов, для которых характерны частые остановки, это позволяет добиться существенной экономии энергии, затрачиваемой на разгон состава. Помимо этого, алюминиевые вагоны проще в производстве и содержат значительно меньшее количество деталей.
В железнодорожном транспорте дальнего следования алюминий активно применяется в производстве высокоскоростных поездов, активное применение которых в мире началось в 1980-х годах. Такие поезда развивают скорость до 360 км/ч и выше. Новые технологии в этом направлении позволят добиться скоростей более 600 км/ч.
Алюминий дает возможность снизить вес такого поезда и соответственно уменьшить прогиб рельсов, создающий сопротивление движению.
Кроме того, высокоскоростной поезд, как самолет, должен обладать обтекаемой формой и минимальным числом выступающих деталей – здесь на помощь конструкторам вновь приходит «крылатый металл».
Transrapid
Маглев-трасса в Китае, соединяющая Шанхай и шанхайский аэропорт Пудун. Поезд движется по ней со с коростью 450 км/ч и преодолевает расстояние в 30,5 км всего за 8 минут.
Высокоскоростные поезда, выполненные из алюминия, используются на французской сети скоростных электропоездов TGV. Поезда для этой сети в 1970-х годах начала разрабатывать компани Alstom (Франция), первый – между Парижем и Лионом – был запущен в 1981 году. Сегодня TGV является крупнейшей в Европе сетью высокоскосростных поездов и является основой для строительства общеевропейской сети высокоскоростных железных дорог. Первые поезда для сети TGV изготавлись из стали, но в новых поколениях ее начал заменять алюминий. В частности, последняя модель высокоскоростного поезда называется AGV полностью выполнена из алюминиевых сплавов и развивает скорость до 360 км/ч.
На данный момент AGV эксплуатируется только в одной железнодорожной сети – итальянской Nuovo Trasporto Viaggiatori.
Корпус первого российского скоростного поезда «Сапсан» также выполнен из алюминиевых сплавов.
Технология магнитной левитации – следующий шаг развития высокоскоростного железнодорожного транспорта. Поезд на магнитной подушке удерживается над полотном силой магнитного поля и не касается поверхности. В результате он может развивать более высоких скоростей скорости – на данный момент в ходе испытаний в Японии достигнута скорость 603 км/ч.
Судостроение
Корпуса современных морских судов различного типа изготавливаются с использованием так называемого «морского алюминия» – это общее название для целого ряда алюминиево-магниевых сплавов (содержание магния – от 3% до 6%), применяемых в этом сегменте машиностроения. Они обладают особой коррозийной стойкостью, как в пресной, так и в морской воде.
Безусловным важным качеством судового алюминия является также хорошая свариваемость и хорошие прочностно-механические свойства.
Алюминиевые листы и плиты для судостроения производятся методами холодной или горячей прокатки, а профили, прутки и трубы могут производиться методами прессования, прокатки или волочения.
Первый частично алюминиевый катер Le Migron был изготовлен в Швейцарии в 1891 году. Через несколько лет успешный опыт алюминиевого судостроения был применен в Шотландии при постройке 58-метровой торпедной лодки. Она была весьма прочной и развивала максимальную для того времени скорость в 32 узла. Катер назывался «Сокол» и был сделан для военно-морского флота России.
Корпус высокоскоростных пассажирских теплоходов на подводных крыльях, развивающих скорость свыше 80 км/ч, изготавливается из алюминиевых сплавов – дюрали или магналия. Для развития высокой скорости и манёвренности судам нужна сравнительно небольшая собственная масса.
Коррозия в течение первого
года эксплуатации
Коррозия в течение первого
года эксплуатации
Морской алюминий в 100 раз медленнее поддается коррозии, чем сталь.
В течение первого года эксплуатации сталь покрывается коррозией со скоростью 120 мм в год, а алюминий – 1 мм в год. Кроме этого, «морской алюминий» обладает отличными прочностными характеристиками. Он пластичен, и даже при сильном ударе цельносваренный алюминий почти не пробивается насквозь. Алюминиевый каркас помогает улучшить мореходность, повысить безопасность и снизить расходы на текущее обслуживание.
Поэтому из этого металла делают яхты, моторные лодки, катера, а также глубоководные аппараты. Как правило, спортивные суда от корпуса до надстроек изготавливаются из алюминия, что дает выигрыш в скорости; а корпуса судов повышенной грузоподъемности изготавливаются из стали, а вот надстройки и другое вспомогательное оборудование делаются из алюминиевых сплавов, снижая общий вес судна и повышая его грузоподъемность.
В статье использованы фотоматериалы © Shutterstock и © Rusal.
Читайте также
Применение алюминия в других сферах
Строительство
Энергетика
Потребительские товары
Упаковка
Почему самолеты сделаны из алюминия и композитов?
Из чего сделан самолет? Было бы несправедливо, если бы годы исследований и инженерных разработок просто предложили слово «металл», и было бы неправильно использовать такие слова, как «сталь» или «железо», поскольку они в некоторой степени отсутствуют в аэрокосмической технике.
Какие элементы лучше всего подходят для самолетов? Давайте исследовать.
Какие элементы лучше всего подходят для самолетов?
Если бы мы собирали самолет с нуля, какие элементы подошли бы?
- Нам нужен максимально легкий материал, так как каждый грамм веса увеличивает общий расход топлива.
- Материал также должен быть жестким и достаточно твердым, чтобы выдерживать дождь и выдерживать нагрузки во время полета на самолете.
- Но он также должен быть достаточно гибким, чтобы быть закругленным и обтекаемым для лучшей аэродинамики.
- Этот волшебный материал тоже должен быть дешевым. Было бы фантастически построить самолет из осмия (редчайшего природного металла в мире, связанного с платиной), но это было бы невероятно дорого.
Авиакомпаниям нужен надежный, прочный и в то же время легкий и недорогой самолет.
Из каких материалов сделан самолет?
Первоначально самолеты делались из дерева и ткани. Эти материалы были очень легкими, чтобы самолет мог летать с наименьшим количеством энергии.
Но по мере того, как стремления взлетали выше (каламбур), самолеты должны были быть более прочными, а также легкими. Силы напряжения в суставах с увеличением скорости становились настолько сильными, что деревянный самолет мог рассыпаться, как папье-маше.
Чтобы достичь скорости, необходимой для полета на реактивном двигателе, самолет должен был стать цельнометаллическим. Алюминий показал подходящие характеристики. Он был прочным, легким и относительно недорогим. Металл также было легче собирать и ремонтировать с использованием станков, а не пил и топоров. Однако, как и другие металлы, он страдал от таких опасностей, как коррозия и усталостное напряжение, которые проявлялись через несколько лет эксплуатации.
Таким образом, исследователи разработали новые сплавы на основе алюминия, такие как титан-алюминий, чтобы смягчить эти проблемы. Титан сам по себе был слишком дорог для самолетов (хотя ВВС США использовали его для самолетов-шпионов), но в сочетании с более традиционным алюминием оказалось полезным компромиссом.
Распространенное заблуждение состоит в том, что в самолетах используются те же материалы, что и в кораблях и небоскребах, а именно сталь. Самолеты не делают из стали или железа, хотя современные самолеты содержат некоторые микроэлементы того и другого. Эти материалы, хотя и намного прочнее, не подходят для полетов, поскольку они подвергаются воздействию высоких температур (благодаря сопротивлению воздуха) и слишком тяжелы.
Каково будущее аэрокосмических материалов?
Самолеты текущего поколения, такие как Boeing 787 и Airbus A350, изготавливаются из нового типа материалов, называемых композитами. Эта смесь материалов имеет много преимуществ, например, она легче алюминия и имеет простую структуру, не подверженную усталости и коррозии элементов.
Например, конструкция Боинга 787:
- 50% композит — углерод, стекловолокно и другие материалы легче алюминия
- 20% алюминий
- 15% титан
- 10 % сталь
- 5 % другие следовые материалы
Дополнительным преимуществом является то, что композитной конструкции можно придать любую форму.
Например, Boeing сконструировал фюзеляж Боинг-787 из нескольких частей ствола, а не из множества алюминиевых панелей меньшего размера, которые необходимо соединить позже. Эта более прочная рама из композитов обеспечивает лучшую герметизацию и более широкие проемы для окон.
В будущем авиационная промышленность рассматривает такие материалы, как полимеры и керамика, которые еще легче и обладают невероятной прочностью на растяжение. Мы также можем увидеть самолеты, построенные полностью из композитных материалов (как это сделали ВВС США с бомбардировщиком-невидимкой B-2) и покончить с элементами прошлого. Как мы попрощались с деревом и шпагатом, однажды мы, возможно, попрощаемся с алюминием.
Что вы думаете? Каково будущее авиационных материалов? Дайте нам знать об этом в комментариях.
Использование алюминия в самолетах — Клинтон Алюминий
Алюминий — это удивительный металл, который за последние сто лет изменил множество различных отраслей промышленности.
Пожалуй, нигде это так не верно, как в авиационной промышленности. Благодаря преимуществам алюминия по сравнению с другими металлами, в том числе его легкому весу и невероятной прочности, самолеты полагаются на этот материал, чтобы быть безопасным, доступным и осуществимым видом транспорта.
Хотя история самолетов восходит к 1903 году, когда был совершен первый полет братьев Райт, мечта об авиации восходит к гораздо более давним временам. Леонардо да Винчи создавал причудливые конструкции летательных аппаратов еще в 1599 г.0061-й век. Только в 20 -м -м веке, с его сочетанием инженерных и технологических достижений, эта мечта была полностью реализована.
Когда механика полета стала возможной, необходимо было создать машины, которые были бы одновременно безопасными и надежными. Для этого наиболее важным соображением было наличие материалов, достаточно прочных, чтобы быть безопасными, и в то же время достаточно легких, чтобы уменьшить количество энергии, необходимой для полета.
Вот почему алюминий стал необходимостью; он даже использовался в первых самолетах братьев Райт. Хотя их биплан в основном был построен из дерева и ткани, картер двигателя был сделан из алюминия.
Почему алюминий используется в авиационной промышленности?
Уже упоминались две наиболее важные причины, по которым алюминий так незаменим в аэрокосмической промышленности. Как один из металлов с самым высоким соотношением прочности к весу, его ценность для аэрокосмической промышленности очевидна. Планеры должны быть достаточно прочными и долговечными, чтобы выдерживать нагрузки при взлете и посадке с течением времени. В то же время, если металл будет слишком тяжелым, это потребует большего расхода топлива во время полетов. Это означает, что алюминий часто является наиболее экономичным выбором для самолетов.
Прочность и вес — не единственные преимущества алюминия; Еще одним важным преимуществом алюминиевых сплавов является их коррозионная стойкость. Это главный фактор долговечности самолета.
Самолеты постоянно подвергаются воздействию стихии и регулярно испытывают экстремальные климатические условия; низкие температуры на больших высотах и воздействие всех видов осадков, включая снег и ливни. Алюминий известен своей способностью противостоять коррозии окружающей среды.
Кроме того, алюминий очень легко формуется. Это благословение для авиационной промышленности, которая требует высокой степени точности для обеспечения максимальной аэродинамики, не говоря уже обо всех мелких деталях, которые можно найти в самолетах. Простота изготовления и обработки алюминия делает его еще одной областью, в которой он обеспечивает экономию затрат по сравнению с альтернативными материалами.
Алюминий также эстетичен; хотя это не самое важное соображение, оно не помешает, поскольку никто не хочет летать на транспортном средстве, которое визуально не привлекательно (возможно, за исключением «Тысячелетнего сокола»).
Подсчитано, что сегодня 80% всего металла, содержащегося в самолетах, составляет алюминий; легко понять, почему.
Каковы различные способы использования алюминия?
Во-первых, и это наиболее очевидно, обшивка самолета обычно изготавливается из алюминия. Это легко увидеть любому, кто смотрит на самолет, если вы знаете, что искать. Но большинство других металлических деталей самолета также сделаны из алюминия.
Например, двигатели поршневых самолетов изготовлены из алюминия. Когда братья Райт строили свой первый самолет, они изначально использовали сталь в двигателе, но он оказался слишком тяжелым, и они выбрали алюминий. Сегодня многие крепежные детали, скрепляющие самолеты, изготавливаются из алюминия.
Большинство металлических приспособлений внутри самолета, таких как сиденья, двери, шкафы и т. д., изготовлены из алюминия. Высококачественные пластмассы теперь используются для изготовления многих багажных отсеков, но по-прежнему необычно видеть другие металлы внутри самолета. Фактически, обычно единственными частями планера, изготовленными из металла, отличного от алюминия, являются те части, для которых критически важен самый высокий уровень прочности, например, шасси.
В этих случаях используются высоколегированные специальные металлы.
Какие сплавы чаще всего используются в самолетах?
Поскольку авиационная (и аэрокосмическая) промышленность настолько специализирована, неудивительно, что самолеты полагаются на специальные сплавы с высокими эксплуатационными характеристиками. Сплав 7075, наиболее тесно связанный с применением в самолетах, восходит к его созданию в 1930-х годах в Японии, где он стал стандартом для изготовления планеров японского флота. Он был представлен в Соединенных Штатах компанией Alcoa в 1943 году и стандартизирован для производства самолетов к 19 годам.45.
7075 известен своими превосходными механическими свойствами, а также пластичностью, высокой прочностью, ударной вязкостью и устойчивостью к усталости. 7075 настолько прочен, что может быть сравним с низколегированными сортами нержавеющей стали, а его надежность сделала его фаворитом в авиационной промышленности со времен Второй мировой войны.
Недавно были разработаны более новые сплавы с более высокими эксплуатационными характеристиками, которые обогнали сплав 7075 в качестве наиболее популярного выбора в некоторых аэрокосмических приложениях.