航天用轻质结构材料研究进展及应用需求

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1、?综述?航天用轻质结构材料研究进展及应用需求王群王婧超李雄魁孟德浩高艺航(北京宇航系统工程研究所ꎬ北京１０００７６)文摘从轻质金属和复合材料出发ꎬ简要介绍了航天用几大主要轻质结构材料国内外研究进展ꎬ并在此基础上ꎬ结合航天的应用需求ꎬ浅析了轻质结构材料的研究和发展方向ꎮ关键词航天ꎬ轻质结构材料ꎬ研究进展ꎬ需求中图分类号:ＴＢ３ＤＯＩ:１０.１２０４４/ｊ.ｉｓｓｎ.１００７－２３３０.２０１７.０１.００１ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＡｅｒｏｓｐａｃｅＡｐ

2、ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＷＡＮＧＱｕｎＷＡＮＧＪｉｎｇｃｈａｏＬＩＸｉｏｎｇｋｕｉＭＥＮＧＤｅｈａｏＧＡＯＹｉｈａｎｇ(ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００７６)ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｍａｉｎｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔａｌｌｏｙａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒａｅｒｏ￣ｓｐａｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅａｒｔｉｃｌｅ.Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈ

3、ｅｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅａｎａｌｙｓｅｄｂｒｉｅｆｌｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆａｅｒｏｓｐａｃｅ.ＫｅｙｗｏｒｄｓＡｅｒｏｓｐａｃｅꎬＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍａｔｅｒｉａｌｓꎬＲｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓꎬＮｅｅｄｓ０引言设计所追寻的目标ꎬ应用高强度材料是必然选择ꎮ从随着航天飞行器迫切的减重需求ꎬ对应用材料提第一代铝合金到第四代高性能铝合金在运载火箭上出了更高的要求ꎬ具有优异力学性能的轻质结构材的应用不断更新替换ꎬ铝合金材料的发展趋势也是对料ꎬ尤其是以铝合金、镁合

4、金、钛合金及复合材料等材材料强度要求越来越高ꎮ国内以７Ａ０４为代表的第料为代表的轻质结构材料成为航空航天研究的热点ꎮ一代ꎬ以７Ａ０９、７０７５为代表的第二代变形铝合金已目前ꎬ国内航天箭体结构系统在轻质结构新材料应用得到广泛应用ꎮ以７０５０为代表的第三代ꎬ以７Ａ６０、方面完成了部分尝试和探索ꎮ但就现在各材料行业７０５５、７０５６等第四代高强变形铝合金仍然处于实验内应用现状和新材料预先研究结果看ꎬ各种材料性室或半工业试制阶段ꎬ还未具备在运载器结构上大范能、规格还有大幅提升的需求和潜力ꎮ从调研结果来围工程化应用的条件ꎮ看ꎬ技术成熟度还偏低ꎬ尚不能满足全弹结构和未来超高强铝合金主要以

5、７ＸＸＸ系铝合金为主ꎬ即型号发展的紧迫需求ꎮ本文从航天结构发展需求的Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ－Ｃｕ系合金ꎮ２０世纪初至今ꎬ国外ꎬ主要角度出发ꎬ列举了航天目前需要发展和研究的部分先以美欧等发达国家为主ꎬ已先后成功开发出了７Ｘ７５、进轻质结构材料ꎬ介绍了各材料发展的现状ꎬ并进一７Ｘ５０/７０１０、７０５５/７４４９、７１３６/７０５６等几代典型的步提出研究和发展的方向ꎮ７ＸＸＸ系铝合金ꎬ并在航空航天工业中得到了广泛的[１－２]１轻质合金结构材料应用ꎮ２０世纪９０年代ꎬ美国、英国、日本等工业１.１超高强铝合金发达国家ꎬ利用先进的喷射成形技术开发了含Ｚｎ不断提高结构极限承载能力是航天运载器结

6、构８ｗｔ％以上的新一代超高强铝合金ꎬ用于制造交通运收稿日期:２０１６－０８－３０第一作者简介:王群ꎬ１９８７年出生ꎬ硕士ꎬ工程师ꎬ主要从事壳体及特殊功能结构设计工作ꎮＥ－ｍａｉｌ:ｗａｎｇｑｕｎ＿ｃａｌｔ＠１６３.ｃｏｍ宇航材料工艺ｈｔｔｐ://ｗｗｗ.ｙｈｃｌｇｙ.ｃｏｍ２０１７年第１期—１—[３]输领域强度高、抗腐蚀性能好的高应力结构件ꎮＺＫ６０Ａ管材和ＡＺ３１板材制备而成ꎬ而舵选用了国内超高强铝合金的研究起步较晚ꎬ主要以中南大ＺＫ６０Ａ锻件ꎮ在常规武器上ꎬ镁合金也广泛应用ꎮ学、东北轻合金有限公司、北京航空航天大学等研究如:英国大口径１２０ｍｍＢＡＴＬ６Ｗｏｍｂａｔ无后座

7、力反坦机构为主ꎮ部分普通７ＸＸＸ系铝合金在我国已进入克炮采用了镁合金ꎬ大大减轻了质量ꎬ加上所配的[５]实际应用阶段ꎬ主要包括７０７５ꎬ７０５０ꎬ７１７５等ꎮ由江Ｍ８０.５ｉｎ步枪ꎬ总重才３０８ｋｇꎮ美国Ｍ２７４Ａ１型军苏豪然公司开发的喷射挤压成形７０５５铝合金Ｔ６态用吉普车采用了镁合金车身及桥壳ꎬ大大减轻了结构[４]抗拉强度最高可达到７４５ＭＰａꎬ目前还成功研制出质量ꎬ具有良好的机动性及越野性能ꎬ４个士兵可以[６]抗拉强度８００ＭＰａ级喷射成形超高强铝合金ꎮ抬起来ꎮ以７０５５为代表的７ＸＸＸ系超高强铝合