Металлические материалы.
В конструкции РН и КА применяются следующие металлические материалы:
1) Алюминиевые сплавы (плотность р=2800 кг/м3; модуль упругости Е=70...72 ГПа) являются основными материалами в конструкции РН и КА.
Для негерметичных (сухих) отсеков применяются сплавы Д16 и В95, а для герметичных отсеков сварной конструкции и топливных баков применяют сплавы АМг3 и АМг6.
2) Магниевые сплавы (у них малая плотность р=1800кг/м3 и низкий модуль упругости Е=42 гПа) ограниченно применяются, например, когда нужно получить конструкцию минимальной массы. Каркас интерьера некоторых КА (ферма внутри КА под оборудование) изготавливался из магниевых сплавов.
Основной недостаток магниевых сплавов – низкая коррозионная стойкость и пожароопасность. Поэтому применяется химическое оксидирование с последующим нанесением лакокрасочных покрытий.
3) Титановые сплавы (р=4500 кг/м3, Е=110...115 ГПа) применяются ограниченно в конструкции РН и КА из-за более высокой стоимости по сравнению с алюминиевыми сплавами, обладают высокой коррозионной стойкостью и выдерживают более высокую температуру по сравнению со сплавами алюминия.
4) Нержавеющие жаропрочные стали (р=7850 кг/м3; Е=210 ГПа) представляют собой хромоникелевые стали с содержанием хрома 15-23%, никеля 40-18% и легированные (добавки) молибденом, вольфрамом, ниобием, ванадием, кобальтом, титаном, алюминием, остальное - железо. Например, стали 12Х18Н10Т и Х15Н9Ю.
Стали применяются для изготовления деталей и агрегатов, где алюминиевые сплавы не годятся по прочности или не выдерживают высокую температуру. Из стали делаются клапаны, детали двигательной установки.
5) Жаропрочные никелевые и кобальтовые сплавы выдерживают еще более высокие температуры, чем нержавеющие стали. Сплавы на никелевой основе до 800-950 град.С, сплавы на кобальтовой основе до 1100 град.С. В этих сплавах основу составляют никель или кобальт, плюс добавки (легирование) хрома, титана, вольфрама и других элементов.
Эти жаропрочные сплавы применяют ограничено там, где стали не выдерживают высокую температуру, например, отдельные детали двигательной установки.
6) Тугоплавкие металлы и их сплавы - это сплавы на основе хрома, ниобия, молибдена и вольфрама, имеют высокую стоимость. Сплавы на основе молибдена могут быть использованы до температур 1800-1900 град.С, сплавы вольфрама - до 2000-2500 град.С.
Тугоплавкие металлы и сплавы применятся ограниченно, там, где уже не годятся сплавы на основе никеля и кобальта.
Неметаллические материалы. Композиционные материалы.
Неметаллические материалы – это различные пластики, смолы, волокна и композиционные материалы.
Композиционные материалы (КМ) обладают высокой прочностью, жесткостью и теплостойкостью, что и определило их применение в РН и КА. КМ состоит из матрицы и армирующих элементов.
В качестве матрицы (связующего вещества) применяются полимерные материалы, представляющие собой синтетические смолы: фенольно-альдегидные, кремнийорганические, полиэфирные и эпоксидные.
Армирующие элементы изготавливаются из волокон, проволоки и нитевидных кристаллов. Основными армирующими волокнами являются: стеклянное, борное, углеродное (угольное), волокно из карбида кремния (SiC). Проволоку армирующих элементов КМ изготавливают из бериллия, титана и вольфрама; нитевидные кристаллы - из окиси алюминия и карбида кремния.
Для теплозащиты КА применяются такие КМ, как стеклопластики и углепластики на основе различных смол, армированных стеклянными и углеродными волокнами.
В конструкциях отсеков КА используются трехслойные оболочки, в которых наружные слои и сотовый заполнитель между ними изготовлены из стеклопластиков или углепластиков. Это, например, головные обтекатели РН и сухие (негерметичные) отсеки РН и КА.
Современные КМ дороже многих металлических сплавов, применяемых в РН и КА. Однако КМ легкие и прочные, и для отдельных деталей и отсеков КМ более предпочтительны.