Материалы для авиакосмической промышленности - это материалы, часто металлические сплавы , которые были либо разработаны для использования в аэрокосмических целях , либо получили широкое распространение .
Эти применения часто требуют исключительных характеристик, прочности или термостойкости даже за счет значительных затрат на их производство или механическую обработку. Другие выбраны из-за их долговременной надежности в этой области, ориентированной на безопасность, особенно из-за их устойчивости к усталости .
Область материаловедения является важной в аэрокосмической технике . Его практика определяется международными органами по стандартизации [1], которые поддерживают стандарты для используемых материалов и процессов. [2] Инженеры, работающие в этой области, часто могли получить ученую степень или аспирантуру по этой специальности. [3]
История [ править ]
Эдвардианский период [ править ]
Первыми аэрокосмическими материалами были те давно известные и часто встречающиеся в природе материалы, которые использовались при постройке первого самолета. В их число входили такие прозаические материалы, как древесина для конструкций крыльев и ткань и смазка для их покрытия. Их качество имело первостепенное значение, поэтому древесина должна была состоять из тщательно отобранной ситкинской ели и покрывала ирландское полотно . Для выбора, производства и использования этих материалов требовались стандарты. Эти стандарты были разработаны неофициально производителями или правительственными группами, такими как HM Balloon Factory , позже переименованная в RAE Farnborough , часто при содействии инженерных факультетов университетов.
Следующим этапом развития аэрокосмических материалов стало внедрение недавно разработанных материалов, таких как дюралюминий, первый упрочняющийся алюминиевый сплав . Эти предлагаемые атрибуты ранее не были доступны. Многие из этих новых материалов также потребовали изучения, чтобы определить степень этих новых свойств, их поведение и способы их наилучшего использования. Эта работа часто выполнялась в новых государственных лабораториях, финансируемых государством, таких как Reichsanstalt (Немецкий имперский институт) [4] или Британская национальная физическая лаборатория (NPL).
Первая мировая война [ править ]
NPL также была ответственна за, возможно, первый специально разработанный аэрокосмический материал, Y-сплав . [5] Этот первый из никель-алюминиевых сплавов был открыт после серии экспериментов [6] во время Первой мировой войны , в ходе которых мы намеренно пытались найти лучший материал для производства поршней для авиационных двигателей .
Межвоенный период [ править ]
В период между войнами многие аэрокосмические инновации касались производственных процессов , а не просто изначально более прочного материала, хотя и для них были улучшены материалы. В один из сплавов RR , RR53B, был добавлен кремний, который улучшил его текучесть при расплавлении. Это позволило использовать его для литья под давлением, а также для литья в песчаные формы , как средства изготовления деталей, которые были намного дешевле, а также были более точными по форме и отделке. Лучшее управление их формой позволило дизайнерам более точно формировать их в соответствии с их задачами, что привело к созданию деталей, которые стали тоньше и легче.
Многие межвоенные разработки касались авиационных двигателей , которые извлекли выгоду из значительных улучшений, внесенных в растущую автомобильную промышленность. Хотя это и не является строго «аэрокосмической» инновацией, использование тугоплавких сплавов, таких как Stellite и Brightray, для наплавки выпускных клапанов позволило значительно повысить надежность авиационных двигателей. [7] Это само по себе способствовало коммерческим полетам на большие расстояния, поскольку новые двигатели были достаточно надежными, чтобы считаться безопасными для длительных перелетов через океаны или горные хребты.
Вторая мировая война [ править ]
У авиалайнера de Havilland Albatross 1936 года фюзеляж имел деревянную многослойную конструкцию: пластины из березовой фанеры были разделены бальзовым листом. Эта же конструкция получила известность благодаря использованию в военное время в быстром бомбардировщике Mosquito . Помимо легкости и высоких характеристик, он также избегал использования алюминия, стратегического материала в военное время, и мог использовать навыки деревообработчиков, а не специалистов по металлу. Когда Германия попыталась скопировать этот самолет как Москито, это не удалось, в первую очередь по материальным причинам. Оригинальная фенольная пленка Tegoклей производился только на заводе, разрушенном бомбардировкой. Его замена напрямую привела к катастрофическим отказам и гибели самолета.
Радар стал достаточно маленьким, чтобы его можно было носить на борту самолета, но хрупкие рупоры и отражатели требовали защиты и обтекаемости от воздушного потока. Формованные обтекатели были изготовлены с использованием акрилового пластика Perspex, который уже использовался для окон кабины. Его можно было нагреть, чтобы размягчить, а затем отлить в форму или придать форму в вакууме . Другие полимеры, разработанные в то время, в частности нейлон , нашли применение в компактном радиооборудовании в качестве высоковольтных изоляторов или диэлектриков .
Сотовые конструкции были разработаны в виде плоских многослойных листов, используемых для переборок и настилов. Они давно были созданы из дерева и картона, но требовали более прочного материала для использования в аэрокосмической отрасли. Это было достигнуто ближе к концу войны с помощью полностью алюминиевых бутербродов с сотами.
Послевоенное [ править ]
Этот раздел пуст. Вы можете помочь, добавив к нему . ( Январь 2017 г. ) |
Новые материалы [ править ]
Новые облегченные материалы включают керамические матричные композиты , металлические матричные композиты , полимерный аэрогель и CNT -yarns, вдоль эволюцию полимерных композитов . [8]
Маркетинг за пределами авиакосмической отрасли [ править ]
Термин «аэрокосмический сорт» стал модным маркетинговым лозунгом для предметов роскоши, особенно автомобилей и спортивных товаров . Велосипеды , клюшки для гольфа , парусные яхты и даже фонари продаются из высококачественных материалов, независимо от того, актуальны они или нет. С момента своего появления в 1979 году Maglite рекламировала использование алюминия 6061 для корпусов фонарей, что стало одним из первых элементов, специально разработанных для аэрокосмических материалов по причине неэффективности.
Некоторые спортивные использования были использованы из-за фактических качеств материала. Многие производители лыж производят лыжи полностью из тканевых и полимерных композитных материалов, используя приспособляемость такой конструкции для изменения жесткости, демпфирования и крутильной жесткости лыжи по ее длине. Hexcel , производитель алюминиевых сотовых листов, стал хорошо известен своими фирменными лыжами, в которых используется тот же самый передовой материал.
Использование в спорте может быть столь же требовательным, как и потребности авиакосмической отрасли. В частности, при езде на велосипеде материалы могут быть нагружены более высокими нагрузками, чем при использовании в аэрокосмической отрасли, при этом риск возможного отказа считается более приемлемым, чем для самолета.
Многие виды использования аэрокосмических материалов для производства спортивных товаров стали результатом « мирного дивиденда ». После Второй мировой войны сплав Hiduminium появился в компонентах велосипедных тормозов [9], поскольку его производитель стремился расширить новые рынки, чтобы заменить свои предыдущие военные самолеты. В 1990-х годах как плавильные, так и переработчики титана искали новые невоенные рынки после окончания холодной войны , находя их как в велосипедных рамах, так и в клюшках для гольфа.
Композит из углеродного волокна и его характерный узор переплетения стали популярным декоративным элементом для автомобилей и мотоциклов, даже в чисто декоративных целях, таких как приборные панели. Это распространилось на использование гибкого наклеенного винила с рисунком для скевоморфного воспроизведения внешнего вида без каких-либо физических свойств.
Ссылки [ править ]
- ^ "Отдел аэрокосмических материалов" . SAE International .
- ^ "Стандарты аэрокосмических материалов" . ASTM .
- ^ "MSc (Eng) Аэрокосмические материалы" . Университет Шеффилда . Архивировано из оригинала на 2011-02-27.
- ^ Магнелло, Эйлин (2000). Век измерений: история Национальной физической лаборатории . HMSO . п. 16. ISBN 0-9537868-1-1.
- ^ Хиггинс, Раймонд А. (1983). Часть I: Прикладная физическая металлургия . Машиностроительная металлургия (5-е изд.). Ходдер и Стоутон . С. 435–438. ISBN 0-340-28524-9.
- ^ Эксперимент «Y» из серии, давший название сплаву.
- ^ Клинтон, Арнольд CAFRAeS. (1938). Механическая обработка двигателя «Бристоль Меркурий» . Аэроинжиниринг. Том II, часть 1. Джордж Ньюнс . С. 378–383.
- ↑ Ричард Коллинз, IDTechEx (1 августа 2018 г.). «Из лаборатории в самолет: новые материалы, делающие самолет легче» . Интерьер самолетов .
- ^ Хилари Стоун. «Тормоза GB (компоненты цикла Джерри Берджесса, 1948)» .
