Vì sao titan được chọn làm vật liệu cho ngành hàng không vũ trụ

Titan cấu trúc hỗ trợ cho một động cơ phản lực bộ đảo chiều lực đẩy

Vật liệu hàng không vũ trụ là vật liệu, thường xuyên hợp kim kim loại, đã được phát triển hoặc đã trở nên nổi bật nhờ việc sử dụng chúng cho hàng không vũ trụ các mục đích.

Những mục đích sử dụng này thường đòi hỏi hiệu suất, độ bền hoặc khả năng chịu nhiệt đặc biệt, ngay cả khi phải trả chi phí đáng kể trong quá trình sản xuất hoặc gia công chúng. Những người khác được chọn vì độ tin cậy lâu dài của họ trong lĩnh vực có ý thức an toàn này, đặc biệt là khả năng chống lại mệt mỏi.

Lĩnh vực kỹ thuật vật liệu là một lĩnh vực quan trọng trong kĩ thuật hàng không vũ trụ. Thực hành của nó được xác định bởi tiêu chuẩn quốc tế cơ thể[1] người duy trì các tiêu chuẩn cho các vật liệu và quá trình liên quan.[2] Các kỹ sư trong lĩnh vực này thường có thể đã nghiên cứu về độ hoặc là sau đại học trình độ chuyên môn trong đó.[3]

Lịch sử

Radome kết thúc H2S máy quét radar trên một Halifax

Cấu trúc bánh sandwich tổ ong của nhôm gia cường thủy tinh

Thời kỳ Edwardian

Các vật liệu hàng không vũ trụ đầu tiên là những vật liệu có từ lâu đời và thường có trong tự nhiên được sử dụng để chế tạo chiếc máy bay đầu tiên. Chúng bao gồm các vật liệu trần tục như gỗ cho cấu trúc cánh và sợi vải và gây nghiện để che chúng. Chất lượng của chúng là quan trọng hàng đầu và vì vậy gỗ sẽ được lựa chọn cẩn thận sitka spruce và sự bao phủ của vải lanh irish. Các tiêu chuẩn được yêu cầu đối với việc lựa chọn, sản xuất và sử dụng các vật liệu này. Các tiêu chuẩn này được phát triển một cách không chính thức bởi các nhà sản xuất hoặc các nhóm chính phủ như Nhà máy HM Balloon, sau này trở thành RAE Farnborough, thường với sự hỗ trợ của các khoa kỹ thuật trường đại học.

Giai đoạn tiếp theo trong quá trình phát triển vật liệu hàng không vũ trụ là sử dụng các vật liệu mới được phát triển, chẳng hạn như Duralumin người đầu tiên cứng tuổi hợp kim nhôm. Các thuộc tính được cung cấp này không có sẵn trước đây. Nhiều vật liệu mới này cũng yêu cầu nghiên cứu để xác định mức độ của các đặc tính mới này, hành vi của chúng và cách sử dụng chúng tốt nhất. Công việc này thường được thực hiện thông qua các phòng thí nghiệm quốc gia mới do chính phủ tài trợ, chẳng hạn như Reichsanstalt (Viện Hoàng gia Đức)[4] hoặc người Anh Phòng thí nghiệm vật lý quốc gia (NPL).

Thế Chiến thứ nhất

NPL cũng chịu trách nhiệm về vật liệu hàng không vũ trụ được thiết kế có chủ ý đầu tiên, Hợp kim Y. Điều này đầu tiên trong số hợp kim niken-nhôm được phát hiện sau một loạt thí nghiệm[6] suốt trong Thế Chiến thứ nhất, cố ý đặt ra để tìm một vật liệu tốt hơn để sản xuất piston cho Động cơ máy bay.

Thời kỳ giữa cuộc chiến

Giữa các cuộc chiến, nhiều đổi mới hàng không vũ trụ trong lĩnh vực quá trình sản xuất, thay vì chỉ là một vật liệu mạnh hơn vốn có, mặc dù chúng cũng được hưởng lợi từ các vật liệu cải tiến. Một trong những Hợp kim R.R., R.R.53B, đã thêm silicon để cải thiện lưu động khi nóng chảy. Điều này cho phép nó sử dụng cho đúc chết cũng như trước đó đúc cát, một phương tiện chế tạo các bộ phận rẻ hơn rất nhiều và cũng chính xác hơn về hình dạng và độ hoàn thiện. Việc kiểm soát hình dạng của chúng tốt hơn cho phép các nhà thiết kế định hình chúng chính xác hơn cho các nhiệm vụ của họ, dẫn đến các bộ phận cũng mỏng hơn và nhẹ hơn.

Nhiều diễn biến giữa các cuộc chiến đã Động cơ máy bay, được hưởng lợi từ những cải tiến to lớn đang được thực hiện cho ngành công nghiệp xe hơi đang phát triển. Mặc dù không hoàn toàn là một sự đổi mới 'hàng không vũ trụ', việc sử dụng chịu lửa hợp kim như Stellite và Brightray đối mặt với khó khăn của van xả mang lại lợi ích to lớn về độ tin cậy của động cơ máy bay.[7] Bản thân điều này đã khuyến khích các chuyến bay thương mại tầm xa, vì động cơ mới đủ tin cậy để được coi là an toàn cho các chuyến bay dài qua đại dương hoặc dãy núi.

Chiến tranh Thế giới II

Các de Havilland Chim hải âu máy bay của năm 1936 có một thân máy bay xây dựng bánh sandwich bằng gỗ: bánh quế bạch dương ván ép được cách nhau bởi một balsa tấm. Công trình tương tự này đã đạt được danh tiếng với việc sử dụng trong thời chiến Con muỗi máy bay ném bom nhanh. Ngoài việc được xây dựng có trọng lượng nhẹ và hiệu suất cao, nó cũng tránh được việc sử dụng nhôm, một vật liệu chiến lược trong thời chiến, và có thể sử dụng các kỹ năng của thợ làm đồ gỗ, thay vì kỹ năng của thợ gia công kim loại máy bay chuyên dụng. Khi Đức cố gắng sao chép chiếc máy bay này làm Moskito đó là một thất bại, chủ yếu vì lý do vật liệu. Bản gốc phenolic Phim Tego chất kết dính chỉ được sản xuất bởi một nhà máy đã bị phá hủy bởi bom. Việc thay thế nó trực tiếp dẫn đến những hỏng hóc nghiêm trọng và mất mát máy bay.

Rađa trở nên đủ nhỏ để có thể mang lên máy bay, nhưng dễ vỡ cho ăn sừng và phản xạ cần được bảo vệ và sắp xếp hợp lý khỏi luồng không khí. Đúc radomes được xây dựng, sử dụng Perspex nhựa acrylic đã được sử dụng cho cửa sổ buồng lái. Điều này có thể được làm nóng để làm mềm nó, sau đó đúc hoặc chân không hình thành định hình. Các polyme khác được phát triển vào thời điểm này, đáng chú ý là Nylon, được sử dụng trong thiết bị vô tuyến nhỏ gọn như chất cách điện cao áp hoặc dielectric.

Cấu trúc tổ ong được phát triển dưới dạng tấm bánh sandwich phẳng được sử dụng cho vách ngăn và sàn. Chúng được thành lập từ lâu với kết cấu bằng gỗ và bìa, nhưng yêu cầu một vật liệu chắc chắn hơn để sử dụng trong không gian vũ trụ. Điều này đã đạt được vào cuối chiến tranh, với bánh sandwich tổ ong hoàn toàn bằng nhôm.

Sau chiến tranh

Phần này trống. Bạn có thể giúp đỡ bằng cách thêm vào nó. (Tháng 1 năm 2017)

Vật liệu mới

Vật liệu nhẹ mới bao gồm Vật liệu tổng hợp ma trận gốm, vật liệu tổng hợp ma trận kim loại, polyme aerogel và CNT-yarns, dọc theo sự phát triển của polyme vật liệu tổng hợp.[8]

Tiếp thị bên ngoài hàng không vũ trụ

Thuật ngữ "cấp hàng không vũ trụ" đã trở thành mốt khẩu hiệu tiếp thị đối với hàng xa xỉ, đặc biệt là ô tô và đồ thể thao. Xe đạp, gậy đánh gôn, thuyền buồm du thuyền và ngay cả đèn pin tất cả đều được bán trên cơ sở vật liệu hiệu suất cao của chúng, cho dù chúng có liên quan hay không. Kể từ khi xuất hiện vào năm 1979, Maglite đã quảng cáo việc sử dụng 6061 nhôm đối với thân đuốc của họ, một trong những người đầu tiên tạo ra một tính năng có chủ ý của vật liệu hàng không vũ trụ vì lý do không hiệu suất.

Một số mục đích sử dụng trong thể thao dành cho chất lượng thực tế của vật liệu. Nhiều nhà sản xuất ván trượt tuyết đã sản xuất ván trượt hoàn toàn từ vật liệu composite vải và nhựa, sử dụng khả năng điều chỉnh của cấu trúc như vậy để thay đổi độ cứng, độ giảm chấn và độ cứng xoắn của ván trượt theo chiều dài của nó. Hexcel, một nhà sản xuất tấm nhôm tổ ong, đã trở nên nổi tiếng với ván trượt có thương hiệu, sử dụng cùng loại vật liệu tiên tiến này.

Việc sử dụng thể thao có thể đòi hỏi khắt khe như nhu cầu hàng không vũ trụ. Đặc biệt trong đi xe đạp, vật liệu có thể được tải hơn cao hơn so với sử dụng trong không gian vũ trụ, rủi ro có thể xảy ra hỏng hóc được coi là có thể chấp nhận được so với máy bay.

Nhiều việc sử dụng vật liệu hàng không vũ trụ cho đồ thể thao là kết quả của 'cổ tức hòa bình'. Sau Thế chiến II, Hiduminium hợp kim xuất hiện trong các thành phần phanh xe đạp[9] khi nhà sản xuất của nó tìm cách mở rộng thị trường mới để thay thế các máy bay quân sự trước đây của họ. Trong những năm 1990, cả lò luyện và tái chế titan tìm kiếm các thị trường phi quân sự mới sau khi kết thúc Chiến tranh lạnh, tìm thấy chúng trong cả hai khung xe đạp và câu lạc bộ chơi gôn.

Composite sợi carbon, và kiểu dệt đặc biệt của nó, đã trở thành một lựa chọn trang trí phổ biến trên ô tô và xe máy, ngay cả trong các bối cảnh trang trí thuần túy như bảng điều khiển. Điều này đã mở rộng cho việc sử dụng nhựa vinyl có hoa văn dính linh hoạt để lệch hình tái tạo hình dạng mà không có bất kỳ đặc tính vật lý nào.

Người giới thiệu