Аэрокосмические материалы - Aerospace materials

Титана опорная конструкция для реактивного двигателя реверсор тяги

Аэрокосмические материалы материалы, часто металлические сплавы, которые либо были разработаны, либо получили известность благодаря их использованию для аэрокосмический целей.

Для этих целей часто требуются исключительные характеристики, прочность или термостойкость, даже за счет значительных затрат на их производство или обработку. Другие выбраны за их долгосрочную надежность в этой области, ориентированной на безопасность, особенно за их устойчивость к усталость.

Сфера материаловедения является важной в аэрокосмическая техника. Его практика определяется международные стандарты тела^[1] которые поддерживают стандарты для используемых материалов и процессов.^[2] Инженеры в этой области могли часто учиться на градусы или же аспирант квалификация по ней как специальности.^[3]

История

Обтекатель над H2S радиолокационный сканер на Галифакс

Сотовая сэндвич-структура из армированного стеклом алюминия

Эдвардианский период

Первые аэрокосмические материалы были давно зарекомендовавшими себя и часто встречающимися в природе материалами, использовавшимися при строительстве первого самолета. Сюда входили такие мирские материалы, как древесина для конструкций крыла и ткань и наркотик чтобы покрыть их. Их качество имеет первостепенное значение, поэтому древесина должна быть тщательно отобранной. ситкинская ель и покрытие ирландское белье. Для выбора, производства и использования этих материалов требовались стандарты. Эти стандарты были разработаны неофициально производителями или правительственными группами, такими как HM Balloon Factory, позже стать RAE Фарнборо, часто с помощью инженерных факультетов университетов.

Следующим этапом в развитии аэрокосмических материалов стало внедрение новых разработанных материалов, таких как Дюралюминий первый возрастное упрочнение алюминиевый сплав. Эти предлагаемые атрибуты ранее не были доступны. Многие из этих новых материалов также требовали 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 Рейхсанштальт (Немецкий Императорский Институт)^[4] или британский Национальная физическая лаборатория (НПЛ).

Первая Мировая Война

NPL также была ответственна за, возможно, первый специально созданный аэрокосмический материал, Y сплав.^[5] Это первый из никель-алюминиевые сплавы был обнаружен после серии экспериментов^[6] в течение Первая Мировая Война, намеренно пытаясь найти лучший материал для изготовления поршни за авиационные двигатели.

Межвоенный период

Между войнами, многие аэрокосмические инновации были в области процессы изготовления, а не просто из более прочного материала, хотя они тоже выиграли от улучшенных материалов. Один из R.R. сплавы, R.R.53B, добавил кремний, который улучшил его текучесть в расплавленном состоянии. Это позволило использовать его для литье под давлением как и предыдущий литье в песок, способ изготовления деталей, которые были намного дешевле, а также имели более точную форму и отделку. Лучшее управление их формой позволило дизайнерам более точно формировать их в соответствии со своими задачами, что привело к созданию деталей, которые также стали тоньше и легче.

Многие межвоенные события должны были авиационные двигатели, которая извлекла выгоду из значительных улучшений, внесенных в растущую автомобильную промышленность. Хотя это и не является строго «аэрокосмической» инновацией, использование огнеупорный сплавы, подобные Стеллит и Brightray для наплавки выпускные клапаны предложили огромный выигрыш в надежности 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

В de Havilland Альбатрос авиалайнер 1936 года имел фюзеляж деревянной сэндвич-конструкции: березовые вафли фанера были разделены бальза простынь. Эта же конструкция получила известность благодаря использованию в военное время в Комар быстрый бомбардировщик. Помимо легкого веса и высокой производительности, он также избегал использования алюминия, стратегический материал в военное время и могли использовать навыки плотников, а не специализированных авиационных слесарей. Когда Германия попыталась скопировать этот самолет как Москито это был провал, прежде всего по материальным причинам. Оригинал фенольный Фильм Тего Клей производился только на заводе, разрушенном бомбежкой. Его замена напрямую привела к катастрофическим отказам и потере самолета.

Радар стал достаточно маленьким, чтобы его можно было носить на борту самолета, но хрупкий кормить рогами и отражатели нуждались в защите и обтекаемости от воздушного потока. Формованный обтекатели были построены с использованием Perspex акриловый пластик, который уже использовался для окон кабины. Его можно нагреть, чтобы смягчить, затем отлить в форму или вакуум сформированный формировать. Другие полимеры, разработанные в то время, особенно Нейлон, нашел применение в компактном радиооборудовании в качестве изоляторов высокого напряжения или диэлектрики.

Сотовые конструкции были разработаны как плоские сэндвич-панели, используемые 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 к концу войны с помощью полностью алюминиевых бутербродов с сотами.

Послевоенный

Новые материалы

Новые легкие материалы включают Композиты с керамической матрицей, композиты с металлической матрицей, полимер аэрогели и CNT пряжи в процессе эволюции полимера композиты.^[8]

Маркетинг за пределами авиакосмической отрасли

Углеродное волокно зажим для денег

Термин «аэрокосмический сорт» стал модным. маркетинговый слоган для предметов роскоши, особенно для автомобилей и спортивные товары. Велосипеды, гольф-клубы, парусный спорт яхты и даже фонарики все продаются на основе своих высококачественных материалов, актуальны они или нет. С момента своего появления в 1979 г. Маглит рекламировали свое использование 6061 алюминий для корпусов фонарей - одними из первых, кто специально стал использовать аэрокосмические материалы по причине неэффективности.

Некоторые спортивные использования были использованы из-за фактических качеств материала. Многие производители лыж производили лыжи полностью из тканевых и полимерных композитных материалов, используя приспособляемость такой конструкции для изменения жесткости, демпфирования и жесткости на скручивание лыж по всей длине. Hexcel, производитель алюминиевых сотовых листов, стал хорошо известен своими фирменными лыжами, использующими 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 загружены более выше, чем в аэрокосмической отрасли, риск возможной неисправности считается более приемлемым, чем для самолета.

Многие виды использования аэрокосмических материалов для производства спортивных товаров стали результатом "дивиденд мира '. После Второй мировой войны Hiduminium сплав появился в компонентах велосипедных тормозов^[9] поскольку его производитель стремился расширить новые рынки, чтобы заменить свои предыдущие военные самолеты. В 1990-х годах как металлургические, так и переработчики титан искали новые невоенные рынки после окончания Холодная война, находя их в обоих велосипедные рамы и клюшки для гольфа.

Композит из углеродного волокна и его характерный узор переплетения стал популярным декоративным элементом для автомобилей и мотоциклов, даже в чисто декоративных целях, таких как приборные панели. Это распространилось на использование гибкого стикера с рисунком из винила для скевоморфно воспроизводить внешний вид без каких-либо физических свойств.