胃酸|航空航天系统结构材料研究进展综述（一）( 五 ) 胃酸

新一代铝锂合金中的第一种是Weldalite 049?（2094），其屈服强度高达700 MPa ，相关拉伸伸长率为10% 。原合金2195的精炼，铜含量较低，现在被用于美国航天飞机超轻型坦克。合金2195取代了2219 ，加上新的结构设计，使60000磅的油箱减轻了7500磅的重量。这增加了航天飞机的有效载荷，减少了建造国际空间站所需的飞行次数，从而节省了数百万美元。第三代铝锂合金的其他三种最新衍生物是2096、2097和2197 。它们含有较低的铜和略高的锂含量。 2097和2197合金含有非常低的Mg含量，以提高抗SCC性能，而Mn含量则可防止应变局部化，这通常与含锂较高的合金中存在的可剪切Al3Li有关。
合金2097/2197最近被选为F16舱壁2124的替代品，其疲劳强度不足。 2097合金比2124合金具有5%的密度优势，光谱疲劳性能至少比2124合金好三倍，或允许的光谱疲劳应力约高15% 。虽然铝锂合金比传统铝合金更贵，但F16的BL 19加长翼用2097替换2124 ，使零件的使用寿命延长了一倍，为美国空军运营的850架机队节省了超过2100万美元。铝锂合金由于其更好的疲劳寿命，也正在取代目前由2124制成的发动机检修盖加强件。 2098铝锂合金已经成功地在F16蒙皮上进行了演示/飞行测试，并且与2024蒙皮相比，寿命提高了6倍。
有许多新的铝材料正在开发中，用于商用运输机。铝板与芳纶纤维增强（ARALL）或玻璃纤维增强（GLARE）复合材料的层压混合材料具有很高的抗疲劳性，并有可能在飞机上显著减轻重量。这些材料在发生火灾时也具有抗烧穿性，并有可能替代防火墙中的钛。
负面影响是材料成本非常高，通常是整体铝板的7-10倍。 C-17的货舱门由ARALL制成。层压板还提供了增加额外功能的可能性，例如载荷监测、损伤检测等。将这些功能结合起来将使其在航空航天结构中更具成本效益。其他正在开发的铝合金包括Al-Mg-Sc合金。尽管由于钪的存在可能非常昂贵，但它们似乎具有优异的耐腐蚀性，作为人体皮肤，它们可能不需要包覆或涂漆，这将降低维护成本。高强度锻件、时效可成形合金、淬火敏感度较低的合金以及可成形性得到改善的铆钉合金都在进行检查和开发，以备将来在亚音速飞机上使用。
虽然由于钪的存在可能非常昂贵，但它们似乎具有极好的耐腐蚀性能，它们可能不需要覆盖或涂漆，这将减少维护成本。高强度锻件、可时效成形合金、低淬感合金和可改进成形性的铆钉合金都在检测和开发中，以用于未来的亚音速飞机。
由于机身设计的很大一部分是由刚度驱动的，因此新的金属材料相对于当前可用的材料有机会提供高比刚度。例如，铝铍合金可在刚度关键的机身结构中为树脂基复合材料提供价格合理的金属板替代品。图8显示了AlBe（62%铍， 38%铝）与硼/环氧树脂、钛和碳/环氧树脂的比模量和比强度的比较。铝铍合金因其密度低、刚度高和良好的减振特性，目前用于设备架和支撑结构等二级结构。在一次结构中应用这些材料需要建立设计和制造数据库、避免暴露于铍粉尘和微粒的安全制造实践以及现场部件的防腐方法。此外，还必须采用适当的安全协议来控制现场维护中的铍暴露。
图8 Al-Be合金、硼和碳纤维增强聚合物基复合材料密度正化刚度与强度关系图
使用新型制造和设计工具开发具有周期性开孔芯的金属夹层板。它们可以使用基于桁架板材成型和织物装配的协议进行制造。分析、测试和优化表明，用这些芯制成的夹层板在重量上远远优于随机形式，并与已知最轻的蜂窝芯系统相竞争。与蜂窝相比，桁架/织物芯的优势在于其在低相对密度下具有更高的比强度，以及更低的制造成本。
2.1.3.用于较新系统的改进铝基材料
空客A380将是有史以来最大的商用飞机，需要引进先进的新材料和新的制造技术。 Hinrichsen撰写了一系列论文，描述了空中客车公司为这种先进飞机选择新材料和工艺的过程。选择过程的第一步是检查从现有空客车队运营中获得的“经验教训” ，包括腐蚀防护、裂纹扩展检查和维修方面的经验，其设计解决方案和设想的材料应用必须获得A380客户关于检查和维修的批准。
图9 示意图描述了新的、非常大的空客A-380选用的材料
航空公司的车间被视为“技术向下选择过程”的关键要素。最终材料选择如图9所示，包括先进铝合金、碳纤维增强塑料（CFRP）、纤维金属层压板（眩光）和玻璃热塑性塑料。请注意，即使是这种先进的飞机，机身的大部分重量仍然由铝制成，如图10所示。新材料与新的制造工艺相结合，为发布版本提供了最小的附加值。