Почему самолеты делают из алюминия – Из чего делают самолеты (металл)

Содержание

Из какого металла делают самолеты



То, что при создании самолетов – что больших, что легкомоторных, используют металл – ни для кого не секрет. Но вот вопрос – из какого металла делают самолеты, не дает покоя многим. Действительно, для производства самолетов не подойдет обычный металл, и просто так взять сталь или обычный алюминий – плохая идея. В этой статье мы с вами вместе разберемся в данном вопросе.

Основной материал, который используется для обшивки кузова – дюралюминий. Материал был изобретен уже достаточно давно, а в 1940-ых его в СССР называли дуралюминий. Это не правильное слово, но сути не меняет. От обычного алюминия данный металл отличается повышенной прочностью.

Шасси изготавливают  с применением магниевых сплавов, этот металл способен выдержать как большой вес, так и повышенные температуры. Что касается остова самолета – то есть его «скелета», то тут конструкторы чаще всего используют титан. Последнее время в остове также стали использовать и дюралюминий, так как он значительно легче титана.

Для конструкторов самое главное – это прочность и вес металла. Поэтому были полностью отметены некоторые варианты, которые либо не предлагали нужной прочности, либо были через чур тяжелыми. Но и при этом, самолеты получаются очень тяжелыми. Когда каждый килограмм напрямую влияет на расход топлива, а значит и на стоимость полета.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

 

Поделитесь с друзьями:


tvoipolet.ru

Почему корпус самолета делают из дюралюминиевых трубок? Ответ :: SYL.ru

Самым простым способом изготовления самолета на первый взгляд кажется сваривание трубы из листового металла. На заре самолетостроения такой способ не раз применялся конструкторами. Но по мере развития авиации и изменения требований к полетным характеристикам он был отвергнут окончательно. Так почему корпус самолета делают из дюралюминиевых трубок, а не из листового проката? В первую очередь потому, что полая конструкция намного легче, а это очень важный параметр, когда вам надо что-то поднять над землей и заставить быстро лететь.

Что такое корпус самолета

Корпус самолета называют фюзеляжем. Этот элемент выполняет несущую и соединяющую функцию, является основным элементом конструкции. Внутри корпуса располагается кабина пилотов, пассажирские или грузовые отсеки, иногда еще столовые установки и топливные баки. Фактически фюзеляж — это то, что отделяет полезный груз и людей на борту летательного аппарата от крайне агрессивной внешней среды высоких слоев атмосферы.

Почему корпус самолета делают из дюралюминиевых трубок

Есть несколько основных причин. Обозначим их:

  • дюралюминий легок, крепок и надежен;
  • трубки (в отличие от сплошного листа) способствуют термоизоляции внутреннего пространства фюзеляжа;
  • при возникновении трещины из строя выходит одна трубка, а не весь фюзеляж;
  • конструкция из трубок гораздо эластичней и устойчивей к деформациям;
  • полости внутри трубок можно использовать как трассы для кабелей и проводов;
  • использование полых элементов экономически целесообразней.

Плюсы конструкции из трубок

Важным преимуществом конструкции из трубок является их пластичность и сопротивляемость нагрузкам сил вращения при маневрах самолета. Стоит учесть и разницу температур между окружающим летательный аппарат воздухом и пространством, в котором находится экипаж. Полые трубки обеспечивают кабине и грузовым отсекам термоизоляцию за счет содержащегося внутри воздуха. Он же предохраняет экипаж от излишнего звукового давления.

Очевидны преимущества такой конструкции и при возникновении трещин, от усталости металла или под внешним влиянием. При варианте цельного корпуса любое повреждение металла приведет к развитию коррозийных процессов и разрастанию эрозии вплоть до фатального повреждения. Трубка же локализует процесс на себя. То есть разрушен будет незначительный участок фюзеляжа, что не скажется на характеристиках самолета в целом.

www.syl.ru

История алюминиевых сплавов для авиации и ракетной техники.

Фридляндер Иосиф Наумович
академик,начальник научно-исследовательского отделения ГНЦ РФ "ВНИИ авиационных материалов".

Из выступления на заседании Президиума РАН
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК том 74, № 12 стр. 1076-1081 2004г.

Открытие старения сплавов алюминия

История алюминиевых авиационных сплавов ведет начало с 1911г., когда в Германии Альфред Вильм установил, что если алюминиевый сплав, содержащий 4% меди и 0.5% магния, закалить и оставить вылеживаться на воздухе, его прочность существенно повысится. Этот процесс получил название «старения», хотя было бы правильнее назвать его «возмужанием». Как было выяснено в дальнейшем, при старении атомы меди группируются в мельчайшие зоны, число которых - миллионы. Атомы меди имеют меньший диаметр, чем атомы алюминия, поэтому возникает напряжение сжатия и прочность повышается. Сплав Вильма, который впервые был освоен в Германии на заводах «Дюрал-металлверке», получил название «дуралюмин». Впоследствии американцы, повысив содержаниев нем магния до 1.5%, создали очень хороший сплав 2024. И поныне он широкоприменяется в разных модификациях.

Летающие крепости Б-29

 Еще в годы Второй мировой войны мы смогли детально ознакомиться со сплавом 2024. В конце войны на советский Дальний Восток залетели американские бомбардировщики Б-29, подбитые японцами. В то время мы были союзниками США, но Сталин, ничего не сообщив США, издал распоряжение: точно воспроизвести Б-29, любое изменение могло вноситься лишь с его разрешения. Один самолет был разделен на отдельные узлы в конструкторских бюро Ильюшина и Туполева, мы во Всесоюзном институте авиационных материалов (ВИАМ) изучили свойства и структуру сплава 2024, составили технические условия его производства, отвечающие американским требованиям.

Трудностей с воспроизведением самолета Б-29 было очень много, особенно с получением плит длиной 30 м для крыльев. Дело в том, что большие плоские слитки, отливаемые непрерывным методом с резким охлаждением водой, в процессе литья иногда разрывались от термических напряжений, и куски весом в несколько сот килограммов разлетались на много метров. Литье слитков все же было освоено, производство налажено. Советские металлурги и конструкторы сумели в короткие сроки изготовить 850 самолетов Ту-4, полностью копировавших Б-29 и получивших название "летающие крепости". Такие темпы в начале XXIв. не достижимы в России. На Семипалатинском полигоне с одного из этих самолетов в 1949г. была сброшена атомная бомба, положившая конец ядерной монополии США.

Пикирующий бомбардировщик Ту-16

 Было известно, что если ввести в алюминиевый сплав цинк, то есть базироваться на четверной системе «алюминий-цинк-магний-медь», то можно существенно улучшить свойства сплава. В своей докторской диссертации я изучил четверную систему «алюминий-цинк-магний-медь» и установил ее фундаментальные закономерности. При определенном соотношении цинка и магния увеличение содержания меди в сплаве приводило к тому, что одновременно повышались прочность, пластичность, коррозионная стойкость и вязкость разрушения. Вот на этом основании мы смогли создать группу очень хороших высокопрочных алюминиевых сплавов - В95, В96ц3 и особо прочный В96ц.

Звонок от Андрея Николаевича Туполева, разговор в его обычной манере:
-Слушай, ты наверняка бьешь баклуши вместо того, чтобы работать. Давай, приходи ко мне.
- Слушаюсь, Андрей Николаевич, через десять минут буду.

ВИАМ и КБ Туполева расположены на улице Радио. В маленьком кабинете Туполева собрались прочнисты, конструкторы, технологи, сам он - в старой, замызганной спецовке.
- Ну, рассказывай, какой у тебя высокопрочный сплав.
- Помилуйте, Андрей Николаевич, я уже три раза докладывал.
- Ну, давай в четвертый раз.
Я начал описывать преимущества В95. Он меня прервал:
- Ну, ладно, весь Ту-16 переводим на В95.
Вот тебе, бабушка, и Юрьев день - огромный самолет, идущий в серию на Казанском авиационном заводе, и весь из нашего сплава В95. Только позже я узнал причину такого решения: Ту-16 не прошел испытания на прочность, поэтому надо было либо переделывать все чертежи - огромная работа, либо перейти на высокопрочный и сплав. Туполев выбрал второй вариант.

Сначала производство самолета на Казанском заводе шло хорошо, но потом был выявлен массовый брак на листах из В95. Звонок министра. Мне указание отправиться на Каменск-Уральский завод, где делают эти листы, и не выезжать оттуда до тех пор, пока брак не будет полностью ликвидирован. Оказалось, что появление трещин связано с процессом отливки слитков, но долгое время не удавалось найти решение, как их ликвидировать. Со мной для подбодрения послали агента НКВД. Он, молодой парень, говорит:"Мне жена каждый день звонит, спрашивает, когда я вернусь в Москву. Признайся, что ты враг народа, и я уеду, ну а ты отправишься, сам знаешь, куда - на Север". В конце концов все трудности удалось преодолеть, и пикирующие бомбардировщики Ту-16 пошли в большую серию. Кстати сказать, эти бомбардировщики все еще в строю, защищают нашу Родину от .противников.

Недавно по просьбе Министерства обороны мы продлили на десять лет срок их эксплуатации. После истории с Ту-16 все самолеты КБ Туполева делались из сплава В95, в том числе стратегический бомбардировщик Ту-95 (1955). И современные самолеты - Ту-204, Ту-334 - изготавливают тоже из наших сплавов В95 и 1163. Исключение составляет самолет Ту-160, на котором министр обороны недавно совершил полет через всю страну. У этого самолета единственная задача: перелететь через океан, сбросить ядерную бомбу и удирать с максимальной скоростью. Скорость его полета 2200 км/час. При такой сверхзвуковой скорости обшивка самолета нагревается до 120-140°С, поэтому для него мы рекомендовали жаропрочный сплав АК4-1.

Военно-транспортный самолет Ан-22 "Антей"

1950-х годах возникла проблема создания мощного военно-транспортного самолета Ан-22 («Антей»). Все его силовые узлы должны были делаться в виде больших штамповок. Обычно штамповки закаливают в холодную воду, что обеспечивает высокую скорость охлаждения и высокую прочность. Но для очень больших штамповок «Антея» поводки оказывались таких размеров, что эти штамповки невозможно было механически обрабатывать. Требовался сплав, который при закалке в горячую воду уменьшил бы скорости охлаждения и поводок, не теряя прочности. Мы создали такой высокопрочный оригинальный сплав В93 и из него сделали все большие штамповки и детали. Силовой каркас из сплава В93 демонстрировался на авиасалоне в Ле Бурже в 1965. В качестве легирующей добавки в нем, вместо традиционно применяемых циркония или марганца, мы использовали обычно ограничиваемое железо, что и позволило осуществлять закалку в горячую воду. Что касается «Антея», то он прошел несколько необычных испытаний - полеты в Афганистан, Прагу, Будапешт с грузом порядка 100 т. По аналогии с Ан-22 построены современные транспортные самолеты «Мрия»и «Руслан». Они также сделаны из сплава В93. Максимальная их нагрузка 200 т, при которой они могут совершать полеты на расстояние до 4500 км. «Мрия»и «Руслан» - ныне монопольные перевозчики грузов на межконтинентальные расстояния, недавно они перевозили из Европы в Австралию блок атомной электростанции.

Сплавы для истребителей

В 1973г. были запущены в серию изготовленные из сплава В95 мощные истребители МиГ-23. Но при испытаниях в двух летных школах произошли отрывы крыльев. Правительственная комиссия во главе с генерал-полковником авиации И.И. Пстыгой обратила внимание разработчиков на большие перегрузки, которые испытывает самолет при крутых виражах в боевых условиях. В ходе испытаний, проведенных в Центральном аэрогидродинамическом институте, удалось установить, что вредные примеси железа и кремния сильно снижают конструктивную прочность крыльев. Учитывая это, мы создали сплав В95 повышенной чистоты - В95пч. Его применение обеспечило надежность истребителей. Всего выпущено 16 тыс. МиГ-23 из сплава В95пч, катастроф не было. В истребителе пятого поколения фирмы КБ Сухого предполагается использовать наш сверхпрочный сплав В96ц3. Мы рассчитываем, что этот истребитель будет не хуже американского истребителя пятого поколения.

Гидросамолеты и аэробусы

Очень модный сейчас гидросамолет Бе-200 фирмы Г.М.Бериева, предназначенный для тушения пожаров, построен целиком из нашего алюминиево-литиевого сплава 1441. У нас имеются международные патенты и соглашения о покупке лицензий на этот сплав в Англии и США. Первыми высказали желание приобрести Бе-200 китайцы. Но после недавних лесных пожаров в Европе и Австралии круг заказчиков значительно расширился. Именно это и подвигло Европейскую авиационную фирму (EADS) приобщиться к продвижению самолета на мировой рынок, сулящему неплохие дивиденды. Реальный рынок Бе-200 оценивается в 7 млрд. долл. В 2006г. должен войти в эксплуатацию европейский аэробус А-380, вмещающий 555 человек. Фирма «Эрбас» имеет уже 135 заказов на аэробус VIP-класса с водным бассейном, теннисными площадками, отдельными каютами для пассажиров. В этом самолете широко применены наши сплавы, в частности узел крепления крыла к центроплану сделан из сплава 1933 на Самарском металлургическом заводе. С появлением такого самолета приходит конец концепции безопасной повреждаемости. Сейчас европейцы работают над тем, чтобы не допустить появление трещин в конструкции самолета. С этой целью фюзеляж делается не из обычных алюминиевых сплавов, а из многослойных сплавов типа ГЛЕР или наш СИАЛ, то есть берутся тонкие алюминиевые листы, между которыми прокладывается стеклоткань. В этом случае трещины не растут.

Сверхскоростные атомные центрифуги

Только СССР и Россия овладели чрезвычайно эффективной центрифужной технологией обогащения урана-235. США по-прежнему обогащают уран по энергоемкой термодиффузионной технологии. Отечественные центрифуги сделаны из нашего самого прочного в мире сплава В96ц. В Новоуральске, раньше совершенно закрытом городе, крутятся многие сотни тысяч сверхскоростных атомных центрифуг, а по всей России - миллионы.

Ракета-носитель "Энергия"

В.П.Глушко и Ю.П.Семенов доложили в свое время Политбюро ЦК КПСС, что готовы создать ракету, которая может конкурировать с американскими шаттлами. Ракета работает на жидком водороде и жидком кислороде. Центральный ее бак, заполненный жидким водородом, имеет диаметр 8м, высоту 40м, вокруг него размещены четыре бака с жидким кислородом. Для этих баков потребовался сплав, который при понижении температуры вплоть до температуры жидкого водорода или гелия не только не охрупчивался бы, как это происходит со сталью, а наоборот, упрочнялся и одновременно повышалась бы его пластичность.

Вот такой сплав мы и создали. Сплав 1201 системы «алюминий-медь-марганец» в результате понижения температуры упрочняется на 60%, одновременно повышается его пластичность. При создании ракеты были очень большие дискуссии, потому что некоторые институты Министерства общего машиностроения считали, что надо строить эти ракеты из менее прочного, но хорошо проверенного надежного сплава АМгб - системы «алюминий-магний», а со сплавом 1201 мы провалимся. Действительно, трудностей было много, все они преодолены, и такие ракеты строятся только из сплава 1201. «Энергия» вывела в космос орбитальный самолет «Буран», а уже в наши дни из сплава 1201 создаются на заводе им. М.В.Хруничева ракеты для отправки людей и грузов на международную космическую станцию.

www.metmk.com.ua

Почему корпус самолета делают из дюралюминиевых трубок? Ответ

Самым простым способом изготовления самолета на первый взгляд кажется сваривание трубы из листового металла. На заре самолетостроения такой способ не раз применялся конструкторами. Но по мере развития авиации и изменения требований к полетным характеристикам он был отвергнут окончательно. Так почему корпус самолета делают из дюралюминиевых трубок, а не из листового проката? В первую очередь потому, что полая конструкция намного легче, а это очень важный параметр, когда вам надо что-то поднять над землей и заставить быстро лететь.

Что такое корпус самолета

Корпус самолета называют фюзеляжем. Этот элемент выполняет несущую и соединяющую функцию, является основным элементом конструкции. Внутри корпуса располагается кабина пилотов, пассажирские или грузовые отсеки, иногда еще столовые установки и топливные баки. Фактически фюзеляж — это то, что отделяет полезный груз и людей на борту летательного аппарата от крайне агрессивной внешней среды высоких слоев атмосферы.

Почему корпус самолета делают из дюралюминиевых трубок

Есть несколько основных причин. Обозначим их:

  • дюралюминий легок, крепок и надежен;
  • трубки (в отличие от сплошного листа) способствуют термоизоляции внутреннего пространства фюзеляжа;
  • при возникновении трещины из строя выходит одна трубка, а не весь фюзеляж;
  • конструкция из трубок гораздо эластичней и устойчивей к деформациям;
  • полости внутри трубок можно использовать как трассы для кабелей и проводов;
  • использование полых элементов экономически целесообразней.

Плюсы конструкции из трубок

Важным преимуществом конструкции из трубок является их пластичность и сопротивляемость нагрузкам сил вращения при маневрах самолета. Стоит учесть и разницу температур между окружающим летательный аппарат воздухом и пространством, в котором находится экипаж. Полые трубки обеспечивают кабине и грузовым отсекам термоизоляцию за счет содержащегося внутри воздуха. Он же предохраняет экипаж от излишнего звукового давления.

Очевидны преимущества такой конструкции и при возникновении трещин, от усталости металла или под внешним влиянием. При варианте цельного корпуса любое повреждение металла приведет к развитию коррозийных процессов и разрастанию эрозии вплоть до фатального повреждения. Трубка же локализует процесс на себя. То есть разрушен будет незначительный участок фюзеляжа, что не скажется на характеристиках самолета в целом.

www.nastroy.net

Из чего делают самолеты мечты? » Триникси

Японцы крупно подставили компанию «Боинг». С «лайнером мечты», знаменитым «Боинг-787 Дримлайнер» все время что-то происходит. А все дело в японских аккумуляторах, у которых есть один изъян – иногда они взрываются.

Как и все новое, проект «Дримлайнер» развивался не совсем гладко. Треснувшее стекло кабины пилотов, течь топлива, проблемы с тормозами - неполный список проблем, с которыми столкнулись инженеры на испытаниях. Но фанатам авиации будет интересно узнать, что «Дримлайнер» – действительно необычный самолет. Вот вам несколько фактов о «лайнере мечты».

Самый экономичный в своем классе
По сравнению с предыдущими поколениями самолетов у «Дримлайнера» на 20% ниже расход топлива и на 10% – эксплуатационные расходы. Это означает скидки для пассажиров, ведь стоимость билета во многом складывается именно из этих параметров, а вовсе не из дилеммы «вам рыбу или курицу?».

Он из другого теста
Разработчики говорят буквально о революции в отрасли. Последний раз подобное случалось, когда в авиастроении вместо фанеры и дерева стали применять алюминий. Благодаря композитным материалам и новым металлическим сплавам «Дримлайнер» на 45 тонн легче своего прямого конкурента – Airbus A330-200. Правда, бывший инженер «Боинга» Винс Уэлдон утверждал, что композиты в отличие от алюминия выделяют при горении токсические вещества –впрочем, пассажирам, терпящим бедствие, разницы уже никакой нет.

Русский титан
На 15% каждый «Дримлайнер» - русский. Потому что на 15% он состоит из титана, сплавы которого дают наилучшее сочетание прочности и легкости. Титан для «Боинга» поставляет наша уральская компания ВСМПО-Ависма (блокпакет принадлежит корпорации Ростех). Она вообще производит более 35% всего титана, необходимого пассажирским «Боингам». Причем американцы покупают у нас не только титановые сплавы, но и готовые детали. Об этом сотрудничестве пишет даже Нью-Йорк Таймс: «Россия – стратегический партнер, производящий детали для Boeing 787». Всего у нас выпускается свыше 50 деталей для «Боинга». Самые крупные из них: балки шасси и крыльевая хорда. Совместное предприятие Ural Boeing Manufacturing на Урале включено в цикл серийного производства «Дримлайнера», что, согласитесь, «вселяет».

Российские инженеры
400 российских инженеров и 200 программистов участвовали в разработке «Дримлайнера». В Москве существует целый конструкторский центр «Боинга».

Без пересадок
«Дримлайнер» способен без посадки пролететь 16 000 километров, то есть перелететь, например, Тихий океан.

Широко летит
Салон «Дримлайнера» на 40 см шире, чем у Боинга-767. Казалось бы пустяк, но сколько это дало! Например, увеличился в размере традиционно самый неудобный отсек на борту – туалет. Кроме того, у самолета самые здоровые иллюминаторы в истории – 46 см высотой.

Натуральный кислород
В «Дримлайнер» воздух попадает из внешней среды через специальные компрессоры. В старых системах горячий воздух отбирается от двигателей, проходит через систему охлаждения и только потом оказывается в салоне. Судите сами, каким воздухом дышать легче.

Ну и на закуску – по-моему это первый лайнер, который заставляет здравомыслящего и адекватного человека хотя бы на мгновение задуматься – покупать «первый класс» или нет:

Отсюда

trinixy.ru

История алюминия в самолетостроении | Металлургический портал MetalSpace.ru

Конец XIX в. – это время, когда стала приобретать конкретные очертания мечта о свободном полете. На шарах летали уже не первый век, попривыкли. Но аппарат легче воздуха слишком зависим от капризов атмосферы. Воздухоплавание, это – не полет птицы или насекомого, скорее – путешествие на облаке. Мечта о «птицеподобности» (в переводе на латынь – «авиации») продолжала будоражить умы. Заметим, что в конце XIX в. идея полета притягивала уже не только самых романтически настроенных изобретателей, но и людей вполне прагматичных. И каких только летательных аппаратов не придумывали. В общем, все примерно так же, как сейчас с аппаратами для полета в космос. Современному кошмару «звездных войн» соответствовало в те времена предчувствие «воздушных сражений».

Братья Райт в 1899 г. они сами занялись проблемами управляемого свободного полета. В декабре 1903 г., после четырех с лишним лет упорных исследований, проб и ошибок (на что уходил практически весь доход от их весьма успешного бизнеса), Райты полетели. Им повезло, потому что они смогли в полной мере воспользоваться плодами труда предшественников. Они смогли добиться успеха там, где другие терпели неудачу. Как заметил один классик (Карл Маркс): «Когда истории требуется личность, она ее находит».

В немалой степени усилия братьев Райт увенчались успехом потому, что они действовали методично и последовательно, не пытаясь, как многие предшественники, сразу начать с постройки летательной машины с двигателем. Сначала следовало научиться летать без мотора, освоить навыки управления, понять важнейшие закономерности, соблюдение которых абсолютно необходимо. Планеры и воздушные змеи в «просвещенный век» уже никого не удивляли. Уилбур и Орвилл выучились летать на планерах. С 1899 по 1903 гг. в известном сегодня на весь мир (именно благодаря Райтам) местечке Китти Хок, штат Северная Каролина, они испытали три модели планера, причем достаточно большие, способные поднять человека. Специалистам известно, что часть полученных братьями в 1903 г. патентов была связана с конструкцией именно планеров, а не их первого самолета с двигателем внутреннего сгорания.

На своем третьем планере они совершили более тысячи успешных полетов. Райты, прежде чем приступить к строительству самолета с двигателем, стали, наверное, самыми искусными и опытными в мире пилотами-планеристами. От этого оставался буквально шаг до полета свободного. Конструкторы поняли, что не так важно будет оторвать конструкцию от земли, как обеспечить управление самолетом в воздухе. Поэтому они потратили большую часть своего времени и усилий на то, чтобы изобрести методы управления и стабилизации полета, открыть способы изменения направления вектора подъемной силы.

Райты заметили, что для управления по крену птицы отклоняют вверх или вниз задние кромки раскрытых крыльев. Конструкторы попробовали таким же образом управлять коробчатым воздушным змеем. С помощью специального тросика Райты с земли отклоняли передние и задние кромки его крыльев. Направление вектора подъемной силы менялась, и змей послушно кренился в одну или в другую сторону (впоследствии этот метод был назван «гошированием» – с французского «перекашивание»). Заметим, что на самолете Райтов синхронно с отклонением кромок крыла с помощью другого тросика отклонялся руль направления. Еще до самолета братья построили полноразмерный планер, который по всем трем пространственным осям (тангажу, рысканью и крену) управлялся с помощью рулей высоты, направления и гоширования крыльев, причем руль высоты у планера располагался перед крылом. Сегодня подобная аэродинамическая схема называется «уткой».

Аэродинамики как науки в то время еще не существовало. Масса разрозненных сведений (при этом большая часть на уровне догадок) была ненадежной опорой, практически использоваться ею не представлялось возможным. В связи с этим Райты были вынуждены построить собственную аэродинамическую трубу и в ней испытать более двухсот профилей крыла. Результаты экспериментов сводились в таблицу, описывающую изменение параметров воздушного потока в зависимости от формы крыла. На основе этих данных впоследствии была выбрана профилировка и форма крыльев самолета. И все же эти исследования не привели бы к желаемому результату, не появись в то время достаточно мощный бензиновый двигатель. Чуть более ранние попытки построить летательный аппарат с громоздкими и малоэффективными паровыми двигателями были заведомо обречены на неудачу. Так, в 1881 г. русский исследователь и конструктор-изобретатель А.Ф.Можайский, а в 1892 г. британский изобретатель и оружейник американского происхождения Хайрем Стивенс Максим (автор знаменитого пулемета) были вынуждены применить именно такую силовую установку, что вполне закономерно привело их в тупик: удельная мощность оказалась недостаточной для осуществления полета. В отличие от великих предшественников братья Райт занялись созданием самолета, когда двигатели внутреннего сгорания были уже изобретены. Может быть, потому-то они этим и занялись, что имели внутреннее ощущение разрешимости проблемы мотора; ведь интуиция – это неосознанный опыт.

И все же существовавшие в начале ХХ в. двигатели внутреннего сгорания были слишком тяжелыми для того, чтобы их можно было использовать для летательного аппарата. Братья Райт решили действовать уже опробованным методом: они сами (с помощью механика Чарли Тейлора) разработали конструкцию двигателя и сами его построили. Их гениальность проявилась в том, что, затратив сравнительно немного времени на проектирование мотора, они сумели осуществить двигатель, превосходивший по удельной мощности все существовавшие в то время. Часть деталей братья изготовили у себя в мастерской, а остальные заказали на стороне. Первый авиационный мотор получился даже более мощным, чем рассчитывали его создатели (16 л.с.). Впрочем, и такая, невероятно большая по тем временам мощность для взлета была недостаточной. Поэтому братья устанавливали свой аппарат на специальную тележку, которую помогала разгонять по рельсам команда «добровольных бурлаков».

Оригинальный двигатель с водяным охлаждением, выполненный из сплава алюминия и меди, был рядным, четырехцилиндровым, с диаметром цилиндров 101,6 мм и таким же ходом поршня, а шатуны были трубчатыми. Одна из интересных особенностей – использование стальных гильз, ввинченных в алюминиевый блок цилиндров. Стенки гильз обрабатывались на токарном станке, но не полировались. Братья Райт рассчитывали, что поверхности отполируют сами поршни, по мере износа приработав поверхности.

Самолет, названый «Флайер» («Летун»), впервые поднялся в воздух 17 декабря 1903 г. Во время первого полета, совершенного Орвиллом Райтом, самолет пролетел 12 секунд и покрыл расстояние всего в 36 м. Последний (четвертый) полет, в котором участвовал Уилбур Райт, длился 59 секунд. В этот день налетевший шквал перевернул «Летуна», стоявшего на земле, в результате чего крепление мотора не выдержало. Детали двигателя от «Флайера-1» пошли на создание следующей модели мотора.

Сегодня алюминий по выплавке уверенно удерживает среди металлов второе место вслед за железом. Ни у кого нет сомнений в важности и нужности этого легкого материала. Но долгое время отношение к нему было весьма сдержанным. Что можно ожидать от металла, который разрушается слабыми щелочами и кислотами, в то время как едва ли существует жидкость, не содержащая несколько кислоты или щелочи и поэтому легко разрушающая прекрасную наружность алюминия или уничтожающая всю его массу. Чай, вино, пиво, кофе и все плодовые соки уничтожают алюминий, и даже пот снимает с него палитру, обращая часть металла в обыкновенный глинозем…

В начале XX в. немецкий химик Альфред Вильм возглавил сектор металлургии в исследовательском институте, расположенном в пригородах Берлина. Он экспериментировал, пытаясь найти высокопрочный сплав алюминия, и в сентябре 1906 г. испытывал очередной сплав, в который, помимо алюминия, входило 4% меди и по 0,5% марганца и магния. Никаких особенных оснований рассчитывать на успех не было. Прочность сплавов оценивали по измерениям твердости. В час дня в субботу твердость была измерена и составила 70 (условных единиц). После этого все сотрудники отправились проводить выходной в Берлин. Немцы – люди аккуратные, и, поскольку в предвкушении отдыха измерения могли быть проведены недостаточно тщательно, в понедельник Вильм распорядился их повторить. Ко всеобщему удивлению, твердость составляла уже 100. В последующие дни твердость продолжала возрастать.

Эффект самопроизвольного упрочнения сплавов назвали старением. Ни сам Вильм, ни другие специалисты не знали, чем он вызван. Но среди алюминиевых сплавов стареющие выделялись по прочности, и это Вильм быстро использовал: рецепт сплава был запатентован. А в 1911 г. немецкие промышленники уже выпустили первую партию сплава Вильма, который нарекли дюралюминием или дуралюмином по названию города Дюрена, где развернулось его производство. Во время первой мировой войны сплав уже активно использовался – из него изготовляли детали немецких цеппелинов. Так дуралюмин предвосхитил судьбу своих более поздних собратьев – других алюминиевых сплавов. Сочетание прочности и легкости сделало их ведущим материалом самолетостроения.

Достоинства дюренерского «алюминия» оценил профессор термодинамики, авиаконструктор Ахенского университета Хуго Юнкерс. Он неоднократно пытался собрать цельнометаллический самолет, смелое решение построить свою крылатую машину из металла. Никто и нигде в мире об этом еще не задумывался. После первого успеха братьев Райт (1903 г.) все аэропланы были похожи на летающие этажерки, имея деревянный каркас, обтянутый полотном. 15 декабря 1915 г. на военном аэродроме города Деберица прошли испытания планера J1, сделанного из листового железа. Но представители военного ведомства самолет «забраковали», назвав его «жестяным ослом»: слишком тяжелый, с низкой скороподъемностью и маневренностью, J1 не соответствовал требованиям военной авиации. Юнкерс понимал, что главный «виновник» провала – металл. Нужна была альтернатива толстым (до 1 мм) железным листам.

Дюралюминий отвечал всем требованиям Хуго Юнкерса – высокая прочность, ковкость и необыкновенная для металла легкость пришлись очень кстати. Уже в 1917 г. на аэродроме Адлершоф поднялся в воздух истребитель J.7, полностью построенный из «легкого» металла.

В том же году начался серийный выпуск военных самолетов Junk J.1, заказанных оборонным ведомством Германии для участия в кампаниях Первой мировой войны. Во время боевых действий дюралюминий полностью оправдал расчеты Юнкерса – металл надежно защищал пилота от пуль и снарядов. Самолеты Junk J.1 были названы летающими танками: известен случай, когда дюралюминий выдержал 480 пулевых прострелов крыльев и фюзеляжа; при этом самолет не просто выполнил боевое задание, но и благополучно приземлился на базу.

Успех первых J.7 и Junk J.1 предопределил рывок в развитии немецкой военной авиации – дюралюминий стал фаворитом конструкторского бюро Юнкерса. Германия выиграла битву за небо, однако ее соперники сдаваться не собирались – в СССР и США полным ходом шли разработки сверхпрочных алюминиевых сплавов.

В 1918 г. по настоянию советского авиаконструктора А.Н.Туполева и профессора Московского государственного университета Н.Е.Жуковского был создан Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), в котором начались разработки новых моделей самолетов и исследования металлических сплавов. ЦАГИ работал совместно с некоторыми металлолитейными заводами, что позволяло оперативно получать и тестировать новые варианты металла. Однако целых четыре года старания исследователей были безрезультатны – созданные сплавы не проходили проверку на прочность.

С выбором материала было сложнее. Отечественные самолеты были деревянными. Даже четырехмоторный гигант первой мировой войны «Илья Муромец» строился из дерева, в основном из импортных пород – орегонской сосны, спруса (разновидность ели), гикори. У сторонников продолжения традиционного самолетостроения были веские доводы: наличие действующих заводов с отработанной технологией изготовления самолетов, опытные инженерно-технические кадры, простота ремонта при эксплуатации. Большие лесные массивы страны позволяли надеяться на бесперебойное снабжение авиационных заводов строительными.

А для строительства самолетов из металла не было ровным счетом ничего. Не было заводов, производящих металл, технологии его применения и людей, умеющих с ним обращаться. Несмотря на печальную действительность, А.Н.Туполев в конце 1922 – начале 1923 гг. возглавил научно-техническую интеллигенцию, считавшую, что будущее авиации (особенно тяжелой) – в цельнометаллическом самолетостроении. Обосновывая недостатки деревянных конструкций, они указывали на отсутствие единых методов механических и физических испытаний древесины, удовлетворяющих требованиям авиационной техники; отсутствие методов исследования заготавливаемых модельных кряжей, большую подверженность атмосферным влияниям.

Они обращали внимание на достоинства строительства самолетов из металла: металл с его практической однородностью (в чем его отличие от древесины) позволит точно производить расчеты; при серийном (массовом) производстве положительно скажется технологичность металла; по мере совершенствования металлургии сплавов и накопления опыта по их применению в конструкции, ее относительная масса будет падать и станет меньше, чем у аналогичной конструкции из дерева.

Весной 1922 г. в ЦАГИ произошло знаменательное событие: в институт был доставлен фюзеляж сбитого истребителя Junkers D.I – бесценный с точки зрения отечественной авиации трофей. Для изучения состава металлического покрытия самолета была организована отдельная группа «Секция испытания материалов». Исследователи не просто определили формулу дюралюминия, но и смогли разработать более прочный вариант сплава, способный конкурировать с иностранными разработками. Результаты их работы были направлены на Латунный и меднопрокатный завод товарищества Кольчугина и на ленинградский завод «Красный Выборжец».

Комиссии предстояло изучить возможность применения кольчугалюминия в качестве материала для самолетостроения, выработать сортамент полуфабрикатов и приступить к созданию отечественных цельнометаллических самолетов.

Постройка самолета началась в апреле 1922 г. Она была в самом разгаре, когда приступила к работе комиссия по металлическому самолетостроению, т.е. начало действовать КБ А.Н.Туполева. К этому времени уже были получены первые полуфабрикаты – листы и гнутые профили из кольчугалюминия. Испытания образцов показали, что сплав можно рекомендовать в качестве материала для цельнометаллических самолетов. Вполне естественно, что энтузиасты решили ввести кольчугалюминий в конструкцию строящегося самолета.

Кольчугалюминий отличается от немецкого дюралюминия присутствием никеля и несколько иным соотношением меди и марганца (медь – 4,5%, марганец – 0,7%, никель – 0,3%, магний – 0,5%, алюминий – 94%). Различались три вида кольчугалюминия: мягкий – отожжённый при температуре 400° C, закалённый – при температуре 500° C, и нагартованный.

Пришлось провести дополнительные расчеты, новые статические испытания отдельных узлов. Конечно, такое решение задержало постройку, но зато АНТ-1 стал первым отечественным монопланом со свободнонесущим крылом и рядом деталей из кольчугалюминия. Первым отечественным монопланом со свободнонесущим крылом, но деревянной, а не смешанной конструкции, был одноместный истребитель ИЛ-400. Самолет, построенный советским авиаконструктором, главой ОКБ-51 Н.Н.Поликарповым в содружестве с выдающимся инженером И.М.Косткиным, совершил первый полет в мае 1923 г. Самолет АНТ-1 – это первая русская конструкция, в которой был применен кольчугалюминий. Назначение – спортивная одноместная авиетка.

Алюминий играл важную роль во время Второй мировой войны. Неоценимый вклад в создание оборонной мощи Советской Армии внес Уральский алюминиевый завод (УАЗ). Первая очередь УАЗа была пущена в сентябре 1939 г. Накануне войны здесь выпускалось 36% алюминия, производившегося в стране. Высокопрочные дюралюминиевые листы и плиты служили основным материалом для обшивки самолетов. Из них получали заготовки сложной формы для деталей авиадвигателей, винтов, шасси, силового набора в фюзеляже самолета. Из пластичного малолегированного дюралюминия и алюминиево-магниевых сплавов прокатывали проволоку для заклепок, соединительные элементы обшивки, из листов сплава алюминия с марганцем сваривали емкости для горючего. Без магниевых и алюминиевых порошков нельзя было выпускать бомбы, снаряды, осветительные ракеты.

Обширные исследования сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu с добавками марганца и хрома были проведены под руководством советских ученых Б.Е.Воловика, С.М.Воронова и И.Н.Фридляндера. В 40-х гг. XX в. в ВИАМе под руководством И.Н.Фридляндера разработан новый высокопрочный сплав, превосходящий по прочности дуралюмины, – В95 (марка отражает основных разработчиков сплава: В – ВИАМ, 95 – завод 95, на котором в то время работал С.М.Воронов). Примерно в то же время аналогичный сплав (7075) был получен в США.

В последующие годы для удовлетворения конкретных запросов советской промышленности под руководством советского металловеда, создателя сплавов, академика И.Н.Фридляндера был разработан сплав В95пч.

В сплавах А1-Zn-Mg-Сu добавки переходных металлов, особенно хрома, эффективно повышают стойкость сплавов против коррозии под напряжением. Все сплавы системы А1-Zn-Mg-Сu подвергают закалке и искусственному старению. Закалку проводят с температуры 460...470° С в холодной или подогретой (до 80... 100° С) воде.

Из всех рассмотренных сплавов В95 – наиболее универсальный конструкционный материал, из него изготавливают все виды деформированных полуфабрикатов: листы, плиты, профили, трубы, поковки, штамповки.

Сплавы системы А1—Zn—Mg—Си (в основном В95 и В93) нашли широкое применение в авиационной промышленности, но все же они не вытеснили ранее внедренные, хотя и менее прочные сплавы систем Al-Cu-Mg (Д16) и Al-Cu-Mg-Si (АК6, АК8). Это объясняется рядом недостатков сплавов системы А1-Zn-Mg-Си. Например, по сравнению с дуралюмином Д16 они более чувствительны к концентраторам напряжений, имеют меньшую вязкость раз­рушения, склонны к коррозии под напряжением и характеризуются низкой жаропрочностью. Так, сплав В95 при температурах выше 125° С уступает по прочности сплаву Д16, хотя при 20° С он значительно прочнее дуралюмина. Поэтому сплавы системы А1-Zn-Mg-Си мало перспективны для скоростных сверхзвуковых самолетов, обшивка которых испытывает аэродинамический на­грев (до 125... 150° С).

Сегодня алюминий используется в авиационной промышленности повсеместно. От 2/3 до 3/4 сухого веса пассажирского самолета и от 1/20 до ½ сухого веса ракеты вот доля алюминия в летающих конструкциях. Из алюминиевых сплавов была изготовлена оболочка первого советского искусственного спутника Земли. Оболочка корпусов американских ракет «Авангард» и «Титан», применявшихся для запуска на орбиту первых американских спутников, а позднее и космических кораблей, также была выполнена из сплавов алюминия. Из них делают различные детали космической аппаратуры – кронштейны, крепления, шасси, футляры и корпуса для многих инструментов и приборов.

В авиации широко применяются сплавы серии 2ххх, Зххх, 5ххх, 6ххх и 7ххх. Серия 2ххх рекомендована для работы при высоких рабочих температурах и с повышенными значениями коэффициента вязкости разрушения. Сплавы серии 7ххх – для работы при более низких температурах значительно нагруженных деталей и для деталей с высокой сопротивляемостью к коррозии под напряжением. Для малонагруженных узлов применяются сплавы серии Зххх, 5ххх и 6xxx. Они же используются в гидро-, масло- и топливных системах.

Бесспорное преимущество имеется у алюминиевых сплавов при создании объектов космической техники. Высокие значения удельной прочности, удельной жесткости материала позволили обеспечить изготовление баков, межбаковых и носовых частей ракеты с высокой продольной устойчивостью. К достоинствам алюминиевых сплавов (2219 и др.) следует отнести их работоспособность при криогенных температурах в контакте с жидким кислородом, водородом и гелием. У этих сплавов происходит так называемое криогенное упрочнение, т.е. прочность и пластичность параллельно растут с понижением температуры.

Алюминиевые сплавы являются широко распространенными в промышленности и строительстве конструкционных материалов: полуфабрикаты – листы, фасонные профили, прутки и трубы. Технология изготовления полуфабрикатов из алюминиевых сплавов отличается своей сравнительной простотой, они обладают хорошим внешним видом и безукоризненной поверхностью. Инженеры и конструкторы не перестают изучать свойства алюминия, разрабатывая все новые сплавы для строительства воздушных и космических судов.

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

metalspace.ru

почему самолет нельзя зделать из титана?

Титан, броневая сталь и ещё с 10 металлов и их сплавов можно использовать в качестве основы фюзеляжа и узлов самого самолёта. Но это прежде всего приведёт к увеличению массы самолёта, к дополнительным мерам по защите от коррозии, потребуются более мощные двигуны- что в конечном итоге скажутся на потреблении топлива в сторону большего потребления. И это основа касательно самого самолёта. А при производстве деталей обшивки и узлов- потребуется более мощный инструментально-станочный парк. Что в итоге: для военной промышленности- не столь существенно скажется, а на оборот даже в выигрыше продукт производства выйдет, а вот для гражданки: уже достаточно накладно и даже убыточно будет иметь такое чудо в своём транспортном парке. Даже пассажирские сверхзвуковые самолёты и те имели спорную окупаемость, за счёт прожорливости при старте с земли .. Поэтому для гражданских самолётов применяют люминий и его сплавы в связи его легкообрабатываемости, коррозионностойкости и ряд других отличительных особенностей данного металла. Из истории авиации: первые самолёты изготавливались из дерева и его производных. Боевые самолёты также были из дерева, а в качестве защиты экипажа выступала ...обычная сковорода !!

потому что он не такой, как авиационный алюминий. даже простой алюминий отличается, от авиационного. ну тогда лучше сразу сделать из чугуна.

кто сказал? в сша скоростные самолёты как ср 71 сделаны из этого металла -дороговаты однако

Делают у нас отдельные части из сплавов Титана.

тогда авиабилеты раз в 100 дороже будут...

а что это даст? ))

отстал от жизни.... не было технологии сварки титана но уже есть давно

Можно. И делают.

Авиационный алюминий и магний легче обрабатывать и латать. С титаном связаны технологические сложности и методы обработки. Титан используется в авиатехнике, но полностью заменить им все сплавы - полная глупость.

Почти цельнотитановый. Су-100. Сделан в полулегендарные времена в 1972 году - почти полвека назад. Крейсерская скорость - 3000 км/ч. Даже в стратосфере алюминий не выдерживает перегрева на таких скоростях, поэтому - титан. Но страна не потянула таких расходов <img alt="" src="//otvet.imgsmail.ru/download/u_7078485423449a93f79148646381cb34_800.jpg" data-lsrc="//otvet.imgsmail.ru/download/u_7078485423449a93f79148646381cb34_120x120.jpg" data-big="1">

touch.otvet.mail.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о