新型铝合金的发展及其在密封舱结构上的工程应用

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1、第２２卷第３期载人航天Vｏl．２２Ｎｏ．３２０１６年６月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆlｉｇｈｔＪｕｎ．２０１６新型铝合金的发展及其在密封舱结构上的工程应用赵云鹏，曾福明，周志勇，成志忠，孙蕾（北京空间飞行器总体设计部，北京１０００９４）摘要：鉴于轻质铝合金材料在航天领域的重要作用，综述分析了国内外新型铝锂、铝钪合金材料的研发、供货能力和在载人密封舱结构上的应用情况，同国外相比，我国新型铝合金在材料研发、工业化生产、焊接工艺等方面还存在较大差距，很难适应当前航天工业快速发展的需要。在综述分析的基础上，结合我国载人航天工程的发展需求，分析了新型铝合金在我国航天器密封舱结构上应用的前

2、景，并对未来的发展与应用提出了展望与建议。关键词：新型铝合金；轻量化；密封舱结构；工程应用中图分类号：V４５文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１６）０３-０３０２-０６DevelopmentandPotentialApplicationsofAdvancedAluminumAlloyinSpacecraftPressurizedCabinＺＨＡOＹｕｎｐｅｎｇ，ＺＥＮＧＦｕｍｉｎｇ，ＺＨOＵＺｈｉｙｏｎｇ，ＣＨＥＮＧＺｈｉｚｈｏｎｇ，ＳＵＮＬｅｉ（IｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅｃｒａｆｔＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣＡＳＴ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，

3、Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｆｏｒｔｈｅｗｉｄｅlｙｕｓｅｏｆlｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｍａｔｅｒｉａlｓｉｎｓｐａｃｅｃｒａｆｔ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ，ａｐｐlｉｃａｔｉｏｎａｎｄｊｏｉｎｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆａlｕｍｉｎｕｍａllｏｙｗｅｒｅａｎａlｙｚｅｄ．ＴｈｅｒｅｉｓａlａｒｇｅｇａｐｉｎＣｈｉｎａａｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈａ-ｂｒｏａｄ，ｗｈｉｃｈｇｒｅａｔlｙｈｉｎｄｅｒｓｔｈｅｄｅｖｅlｏｐｍｅｎｔｏｆａｅｒｏｓｐａｃｅｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｆｉｎａllｙ，ｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａlａｐｐlｉｃａ-ｔｉｏｎｓａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅｎｅｗａlｕｍｉｎ

4、ｕｍａllｏｙｉｎｓｐａｃｅｃｒａｆｔｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄｃａｂｉｎｗｅｒｅａｎａlｙｚｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆＣｈｉｎａ＇ｓｍａｎｎｅｄｓｐａｃｅｐｒｏｇｒａｍ．Keywords：ｎｅｗａlｕｍｉｎｕｍａllｏｙ；lｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ；ｓｐａｃｅｃｒａｆｔｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄｃａｂｉｎ；ｐｏｔｅｎｔｉａlａｐｐlｉｃａｔｉｏｎｓ量调研，对国内外航空航天领域新材料的应用情１引言况、国内材料研发能力和供货能力等进行摸底考轻量化是航天器结构与有效载荷追求的永恒察，并结合我国航天器结构的发展现状及未来需目标，轻质高强合金、先进复合材料等的应用为航

5、求，对新型铝合金在密封舱结构上应用的可行性天器平台与载荷的轻量化提供了有效途径。近年进行分析，并对未来发展提出了展望与建议。来，航天轻量化结构材料取得了很大的发展，特别２国外新型铝合金的发展与现状是轻质铝合金材料，如铝锂、铝钪合金等，在新型航天器结构上得到了广泛的使用，美国新一代飞对于载人航天器结构，目前常用和有很好发船密封舱结构采用２１９５铝锂合金，强度比２２１９展前景的铝合金包括：２系铝合金、５系铝合金、７［１］铝合金大幅提高，减重效果明显。而国内在材系铝合金、铝-锂合金、铝钪合金等，根据应用需求料研发、工业化生产等环节基础还比较薄弱，工程可加工成板、带、条、箔、管、棒

6、、型、线、自由锻件、应用与材料研发严重脱节，制约了航天器结构设模锻件等，其中具有良好应用前景的是铝锂合金［２］计水平的提升。和铝钪合金。在国外，美、欧、日等国家密封舱本文以先进轻质铝合金为研究对象，通过大主要采用２２１９铝-铜合金；从上世纪９０年代开收稿日期：２０１５-０７-２４；修回日期：２０１６-０３-２８基金项目：载人航天预先研究项目（０６０１０４）作者简介：赵云鹏（１９８３－），男，硕士，工程师，研究方向为航天器结构设计。Ｅｍａｉl：ｚｈａｏｙｕｎｐｅｎｇ１８＠１６３．ｃｏｍ第３期赵云鹏，等．新型铝合金的发展及其在密封舱结构上的工程应用３０３［１］始，美国开始采用２

7、１９５铝-锂合金取代２２１９；目取代了常规铝合金。美国发现号航天飞机外贮箱前，美国开发了Ｃ５５７铝-镁-钪合金，并形成规模（直径８.４ｍ、长４６.１ｍ）采用２１９５铝锂合金取代［３］化量产，已应用在战斗机和航天器结构中。在２２１９合金，使航天飞机减重３６００ｋｇ，相当于每俄罗斯，密封舱材料主要为АМГ６铝-镁合金；在１ｋｇ有效载荷节约成本１７６４美元，这也是美国开上世纪８０年代，前苏联开发了１４２０铝-锂合金，发的第三代铝锂合金在航天领域的最成功应［５］该合金是目前最成熟的铝-锂合金，在苏霍伊、米用；美国的龙飞船、