Alliage d'aluminium pour réservoir de carburant de fusée
Les matériaux de structure sont étroitement liés à une série de questions telles que la conception de la structure du corps de fusée, les technologies de fabrication et de traitement, la technologie de préparation des matériaux et l'économie. Ils sont essentiels pour déterminer la qualité au décollage et la capacité de charge utile de la fusée. Selon le processus de développement du système de matériaux, le développement des matériaux pour réservoirs de carburant de fusée peut être divisé en quatre générations. La première génération est constituée d'alliages d'aluminium de la série 5, c'est-à-dire des alliages Al-Mg. Les alliages représentatifs sont les alliages 5A06 et 5A03. Ils ont été utilisés pour la fabrication des structures des réservoirs de carburant de la fusée P-2 à la fin des années 1950 et sont toujours utilisés aujourd'hui. L'alliage 5A06 contient 5,8 % à 6,8 % de Mg, tandis que l'alliage 5A03 est un alliage Al-Mg-Mn-Si. La deuxième génération est constituée d'alliages de la série 2 à base d'Al-Cu. Les réservoirs de stockage des lanceurs chinois de la série Longue Marche sont fabriqués en alliage 2A14 (Al-Cu-Mg-Mn-Si). Depuis les années 1970, la Chine utilise l'alliage 2219, un alliage Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti, largement utilisé dans la fabrication de divers réservoirs de lanceurs. Il est également largement utilisé dans la structure des réservoirs de carburant basse température pour le lancement d'armes, un alliage offrant d'excellentes performances à basse température et des performances complètes.
Alliage d'aluminium pour la structure de la cabine
Français Depuis le développement des lanceurs en Chine dans les années 1960 jusqu'à aujourd'hui, les alliages d'aluminium pour la structure de la cabine des lanceurs sont dominés par les alliages de première et deuxième générations représentés par les alliages 2A12 et 7A09, tandis que les pays étrangers sont entrés dans la quatrième génération d'alliages d'aluminium structurels de cabine (alliages 7055 et 7085), ils sont largement utilisés en raison de leurs propriétés de résistance élevée, de faible sensibilité à la trempe et à l'encoche. 7055 est un alliage Al-Zn-Mg-Cu-Zr, et 7085 est également un alliage Al-Zn-Mg-Cu-Zr, mais sa teneur en impuretés Fe et Si est très faible, et la teneur en Zn est élevée à 7,0%~8,0%. Les alliages Al-Li de troisième génération représentés par 2A97, 1460, etc. ont été utilisés dans les industries aérospatiales étrangères en raison de leur résistance élevée, de leur module élevé et de leur allongement élevé.
Les composites à matrice d'aluminium renforcés de particules présentent les avantages d'un module élevé et d'une résistance élevée, et peuvent remplacer les alliages 7A09 pour la fabrication de longerons de cabine semi-monocoques. L'Institut de recherche sur les métaux, l'Académie chinoise des sciences, l'Institut de technologie de Harbin et l'Université Jiaotong de Shanghai ont consacré de nombreux travaux à la recherche et à la préparation de composites à matrice d'aluminium renforcés de particules, avec des résultats remarquables.
Alliages Al-Li utilisés dans l'aérospatiale étrangère
Français L'application la plus réussie sur les véhicules aérospatiaux étrangers est l'alliage Weldalite Al-Li développé par Constellium et le RDC du Québec, comprenant les alliages 2195, 2196, 2098, 2198 et 2050. Alliage 2195 : Al-4,0Cu-1,0Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, qui est le premier alliage Al-Li à être commercialisé avec succès pour la fabrication de réservoirs de stockage de carburant à basse température pour les lancements de fusées. Alliage 2196 : Al-2,8Cu-1,6Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, faible densité, haute résistance, haute ténacité à la rupture, développé à l'origine pour les profils de cadre de panneaux solaires Hubble, maintenant principalement utilisé pour l'extrusion de profils d'avions. Alliage 2098 : Al-3,5 Cu-1,1Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, développé à l'origine pour la fabrication de fuselage HSCT, en raison de sa résistance élevée à la fatigue, il est maintenant utilisé dans le fuselage du chasseur F16 et le réservoir de carburant de lancement du vaisseau spatial Falcon. Alliage 2198 : Al-3,2Cu-0,9Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, utilisé pour le laminage de tôles d'avions commerciaux. Alliage 2050 : Al-3,5Cu-1,0Li-0,4Mg- 0,4Ag-0,4Mn-0,1Zr, utilisé pour produire des plaques épaisses pour remplacer les plaques épaisses en alliage 7050-T7451 pour la fabrication de structures d'avions commerciaux ou de composants de lancement de fusées. Par rapport à l'alliage 2195, la teneur en Cu+Mn de l'alliage 2050 est relativement faible pour réduire la sensibilité à la trempe et maintenir les propriétés mécaniques élevées de la plaque épaisse, la résistance spécifique est 4 % plus élevée, le module spécifique est 9 % plus élevé et la ténacité à la rupture est augmentée avec une résistance élevée à la fissuration par corrosion sous contrainte et une résistance élevée à la croissance des fissures de fatigue, ainsi qu'une stabilité à haute température.
Recherches chinoises sur les anneaux de forge utilisés dans les structures de fusées
La base de fabrication de lanceurs chinois est située dans la zone de développement économique et technologique de Tianjin. Elle comprend une zone de recherche et de production de fusées, une zone d'application des technologies aérospatiales et une zone de soutien auxiliaire. Elle intègre la production de pièces de fusée, l'assemblage des composants et les essais d'assemblage final.
Le réservoir de stockage de propergol de fusée est constitué de cylindres de liaison d'une longueur de 2 à 5 m. Fabriqués en alliage d'aluminium, ces réservoirs doivent être reliés et renforcés par des anneaux forgés en alliage d'aluminium. De plus, les connecteurs, les anneaux de transition, les cadres de transition et d'autres composants des engins spatiaux, tels que les lanceurs et les stations spatiales, nécessitent également des anneaux forgés. Ces anneaux constituent donc un élément essentiel de la structure et de la connexion. Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Northeast Light Alloy Co., Ltd. et Northwest Aluminum Co., Ltd. ont réalisé d'importants travaux de recherche et développement, de fabrication et de traitement des anneaux forgés.
En 2007, Southwest Aluminum a surmonté des difficultés techniques telles que la coulée à grande échelle, l'ouverture des billettes par forgeage, le laminage circulaire et la déformation à froid, et a développé un anneau de forgeage en alliage d'aluminium d'un diamètre de 5 m. Cette technologie de forgeage originale a comblé une lacune nationale et a été appliquée avec succès à la fusée Longue Marche-5B. En 2015, Southwest Aluminum a développé le premier anneau de forgeage extra-large en alliage d'aluminium d'un diamètre de 9 m, établissant un record mondial. En 2016, Southwest Aluminum a maîtrisé avec succès plusieurs technologies clés telles que le laminage et le traitement thermique, et a développé un anneau de forgeage extra-large en alliage d'aluminium d'un diamètre de 10 m, établissant ainsi un nouveau record mondial et résolvant un problème technique majeur pour le développement du lanceur lourd chinois.
Édité par May Jiang de MAT Aluminum
Date de publication : 01/12/2023
