В какой стране добывают больше всего алюминия для производства самолетов. И вообще, почему не титан
Недавно мы уже рассматривали устройство авиадвигателей современных пассажирских самолётов. В процессе написания того материала у меня возник ряд вопросов, которые можно объединить в один большой.
Из чего сделан корпус самолёта? Из металла? Какого именно? Как его производят? Где добывают сырьё? И почему для изготовления корпуса был выбран алюминий? Давайте попробуем разобраться в этом.
Кратко
Самолет можно сделать из титана, но есть нюанс
Lockheed SR-71 — самолет сделанный полностью из титана. Проект закрыли из-за дороговизны производства
Первый и самый важный вопрос — почему именно алюминий? Можно ведь делать обшивку, например, из титана, этот металл значительно прочнее.
Рассуждение логичное, но есть нюанс — титан значительно тяжелее алюминия. А чем легче самолёт, тем больше груза он может поднять в воздух. Для этой цели первые самолёты в истории авиации делали из дерева и фанеры.
Самолёт, полностью сделанный из титана, будет намного дороже в разработке и эксплуатации. Чтобы поднять такую машину в воздух, нужно будет делать более мощные двигатели и брать с собой больше топлива.
Всё это неизбежно снизит дальность полёта. И все эти расходы лягут на плечи пассажиров в виде более дорогих билетов. То же самое касается и стали. В любом случае, это будет тяжело и дорого.
Именно поэтому в современном самолетостроении используют так называемый «авиационный алюминий». Этот металл легко обрабатывается, обладает антикоррозийными свойствами, достаточно дешёвый и очень лёгкий.
◦ Назад к содержанию ◬
Что такое авиационный алюминий
Давайте начнём с основных характеристик алюминия. Это лёгкий металл серебристо-белого цвета, который занимает 13-е место в периодической системе химических элементов, созданной Дмитрием Ивановичем Менделеевым.
Алюминий обладает рядом уникальных свойств: он парамагнитен, легко поддаётся литью, формовке и резке, устойчив к коррозии, обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью. На сегодняшний день это один из самых распространённых конструкционных материалов.
На сегодняшний день одним из лучших материалов является алюминиевый сплав 7075-Т6, который также известен как 7075 T6-Aluminium. Этот сплав был впервые разработан японской компанией Sumitomo Metal в 1943 году для производства боевых самолётов
Однако в своём первоначальном виде алюминий довольно мягкий, и изготовленные из него детали не отличаются высокой прочностью. Чтобы улучшить эксплуатационные качества алюминия, производители добавляют в него различные примеси и создают сплавы разной твёрдости. Такие сплавы остаются лёгкими, как и чистый алюминий, но при этом значительно прочнее его.
«Авиационный алюминий» — это общее название для нескольких видов сплавов алюминия, которые используются в разных частях самолёта.
Например, для изготовления планеров, которые подвергаются небольшому аэродинамическому нагреву, применяется дуралюмин. Это высокопрочный сплав алюминия с медью, марганцем и магнием. Для элементов планера, которые подвергаются высоким температурам, и для силовых элементов каркаса самолёта используются сплавы алюминия с повышенной жаропрочностью и добавлением магния.
Эти сплавы также применяются для создания некоторых элементов конструкции двигателя, которые функционируют в условиях умеренного нагрева. К таким элементам относятся лопатки, крыльчатки и диски компрессора первого контура
Алюминиевые сплавы с добавлением кремния используются для литья деталей сложной формы, которые не подвергаются большим нагрузкам. Эти сплавы обладают высокой текучестью и заполняемостью в нагретом состоянии.
Из них производят кронштейны, рычаги, фланцы. Также они применяются для изготовления некоторых деталей двигателя, таких как корпуса компрессоров и картеры.
Даже внутри этого сложного механизма достаточно алюминия
Важно отметить, что самолёт не может быть полностью изготовлен из алюминия. Некоторые его части, например, ключевые элементы пассажирских самолётов, такие как носовая часть фюзеляжа, пилоны навесок двигателей, передние кромки крыльев, предкрылки, а также шасси, обычно делают из титана.
Однако, чтобы не увеличивать вес конструкции, содержание титана в самолёте составляет не более 20% от общего веса.
◦ Назад к содержанию ◬
Как и где добывают алюминий
Бокситы представляют собой горную породу, в состав которой входят гидроксиды алюминия
Итак, мы выяснили, какой алюминий используется в самолётостроении. Но остаётся вопрос: откуда его берут? «Авиационный алюминий» — это сплав обычного алюминия с добавками. Давайте узнаем, какой путь проходит обычный алюминий, прежде чем стать «авиационным».
Значительная часть мировых запасов алюминия находится в земной коре. К тому же частицы этого металла есть и в пресной, и в морской воде, хотя и в очень небольшом количестве. Добыть алюминий путём плавления руды, как железо, невозможно — для этого требуются более сложные методы обработки.
Всё начинается с добычи бокситов — горных пород, содержащих оксид алюминия. Наибольшие запасы бокситов находятся в Гвинее — это 28,4% от общемировых. За Гвинеей следуют Бразилия, Ямайка, Гвинея, Индия и Австралия. Чаще всего для добычи бокситов приходится организовывать шахты, так как эти породы не всегда залегают близко к поверхности.
Шахта «Черемуховская-Глубокая». Находится в Свердловской области РФ. Её глубина составляет более чем 1,5 километра
Следующий этап производства — переработка добытых бокситов в глинозём. Глинозём — это оксид алюминия, который выглядит как белый сыпучий порошок. Переработка осуществляется по методу Байера. Он включает три стадии:
✔️ Дробление. Бокситы раскалывают на более мелкие части и перемалывают.
✔️ Выщелачивание. Размолотый оксид растворяют в концентрированной щёлочи.
✔️ Декомпозиция. В результате этой стадии выделяется осадок.
В результате получается такой вот порошок
Финальные этапы производства — это электролиз и получение чистого алюминия. Сначала глинозём помещают в ванну с расплавленным криолитом и воздействуют на него мощным разрядом.
В результате алюминий отделяется от кислорода и оседает на дно ёмкости. Его извлекают и очищают от примесей. Для этого используют специальные вакуумные ковши, а очистку проводят путём хлорирования — продувания хлористым раствором. Таким образом, мы получаем высококачественный алюминий.
◦ Назад к содержанию ◬
Выводы
Завершающий этап производства алюминия
Итого, мы разобрались почему именно алюминий используется для строения самолетов, что отличает обычный алюминий от авиационного и главное, а как вообще его добывают.
Надеюсь это было интересно и теперь вы знаете больше. Спасибо что прочитали, хорошего дня!
