ロケット燃料タンク用アルミニウム合金
構造材料は、ロケット本体の構造設計、製造・加工技術、材料調製技術、経済性など一連の問題と密接に関連しており、ロケットの離陸品質とペイロード容量を決定する鍵となります。材料システムの発展過程によれば、ロケット燃料タンク材料の発展過程は4世代に分けられます。第一世代は5シリーズアルミニウム合金、つまりAl-Mg合金です。代表的な合金は5A06と5A03合金で、1950年代後半にP-2ロケット燃料タンク構造の製造に使用され、現在も使用されています。5A06合金は5.8％Mg～6.8％Mgを含み、5A03はAl-Mg-Mn-Si合金です。第二世代はAl-Cuベースの2シリーズ合金です。中国の長征シリーズロケットの貯蔵タンクは、Al-Cu-Mg-Mn-Si系合金である2A14合金で作られています。1970年代から現在に至るまで、中国はAl-Cu-Mn-V-Zr-Ti系合金である2219合金の貯蔵タンク製造に着手し、各種ロケット貯蔵タンクの製造に広く使用されています。また、優れた低温性能と総合的な性能を備えた合金であり、兵器発射用低温燃料タンクの構造にも広く使用されています。
キャビン構造用アルミニウム合金
中国では1960年代にロケットの開発が始まって以来、現在に至るまで、ロケットキャビン構造用アルミニウム合金は2A12、7A09に代表される第一世代、第二世代合金が主流を占めてきましたが、海外では第四世代キャビン構造用アルミニウム合金（7055合金、7085合金）が登場し、高強度、低焼入感受性、低ノッチ感受性などの特性から広く使用されています。7055はAl-Zn-Mg-Cu-Zr合金であり、7085もAl-Zn-Mg-Cu-Zr合金ですが、不純物のFeとSi含有量が非常に低く、Zn含有量が7.0％～8.0％と高くなっています。2A97、1460などに代表される第三世代Al-Li合金は、高強度、高弾性率、高伸びなどの特性から、海外の航空宇宙産業で応用されています。
粒子強化アルミニウムマトリックス複合材料は、高弾性率と高強度という利点を有し、7A09合金の代替としてセミモノコックキャビンストリンガーの製造に使用できます。中国科学院金属研究所、ハルビン工業大学、上海交通大学などは、粒子強化アルミニウムマトリックス複合材料の研究と製造において多くの研究を行い、目覚ましい成果を上げています。
海外の航空宇宙産業で使用されるAl-Li合金
海外の航空宇宙機で最も成功した応用は、コンステリウムとケベックRDCが開発したウェルダライトAl-Li合金で、2195、2196、2098、2198、2050合金が含まれます。2195合金：Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zrは、ロケット打ち上げ用の低温燃料貯蔵タンクの製造用に商業化された最初のAl-Li合金です。2196合金：Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zrは、低密度、高強度、高破壊靭性で、もともとハッブル宇宙望遠鏡の太陽電池パネルのフレームプロファイル用に開発されましたが、現在は主に航空機のプロファイルの押し出しに使用されています。 2098合金：Al-3.5Cu-1.1Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr、元々はHSCT胴体の製造用に開発されましたが、その高い疲労強度のため、現在ではF16戦闘機の胴体や宇宙船のファルコン打ち上げ燃料タンクに使用されています。 2198合金：Al-3.2Cu-0.9Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr、民間航空機シートの圧延に使用されます。 2050合金：Al-3.5Cu-1.0Li-0.4Mg- 0.4Ag-0.4Mn-0.1Zr、民間航空機構造またはロケット打ち上げ部品の製造用の7050-T7451合金厚板の代替として厚板を製造するために使用されます。 2195合金と比較して、2050合金のCu + Mn含有量は比較的低く、焼入れ感受性を低減し、厚板の高い機械的特性を維持し、比強度は4％高く、比弾性率は9％高く、破壊靭性が向上し、高い応力腐食割れ耐性と高い疲労亀裂成長耐性、および高温安定性が向上します。
ロケット構造に使用される鍛造リングに関する中国の研究
中国のロケット製造拠点は天津経済技術開発区に位置し、ロケット研究・生産エリア、航空宇宙技術応用産業エリア、補助サポートエリアから構成され、ロケット部品の製造、部品組立、最終組立試験を一体的に行っています。
ロケット推進剤貯蔵タンクは、長さ2m～5mの円筒を連結して構成されます。貯蔵タンクはアルミニウム合金製であるため、アルミニウム合金製の鍛造リングで接合・補強する必要があります。また、宇宙船のコネクタ、トランジションリング、トランジションフレームなどの部品（打ち上げロケットや宇宙ステーションなど）にも接続用の鍛造リングが使用されるため、鍛造リングは非常に重要な接合・構造部品です。西南アルミニウム（グループ）有限公司、東北軽合金有限公司、西北アルミニウム有限公司は、鍛造リングの研究開発、製造、加工において長年にわたり尽力してきました。
2007年、西南アルミは大型鋳造、鍛造ビレットの開口、リング圧延、冷間変形などの技術的難関を克服し、直径5mのアルミ合金鍛造リングを開発しました。独自の中核鍛造技術は国内のギャップを埋め、長征5号Bにうまく適用されました。2015年、西南アルミは直径9mの初の超大型アルミ合金全体鍛造リングを開発し、世界記録を樹立しました。2016年には、西南アルミは転造成形や熱処理などのいくつかの重要な中核技術を克服し、直径10mの超大型アルミ合金鍛造リングを開発し、世界新記録を樹立するとともに、中国の大型ロケット開発における重要なキーとなる技術問題を解決しました。
MAT AluminumのMay Jiangによる編集
投稿日時: 2023年12月1日
