铝锂合金 我国首个3.35米直径铝锂合金火箭贮箱诞生

近日，中国首个直径3.35米的铝锂合金火箭坦克在航天科工集团第一研究院诞生。通过全部试验，性能良好，具备初步工程应用条件，标志着我国开辟了国际一流坦克发展环节，实现了运载火箭发展水平的新飞跃。

据报道，该罐采用第三代高性能铝锂合金，在相同条件下，与目前国际主流铝铜合金罐相比，强度提高约30%，结构重量减轻15%以上。

铝锂合金储罐技术在国际上处于领先地位

在中国航天领域，有这样一句话:“运载火箭的容量有多大，中国航天的舞台就有多大”，但坦克开发者会加半句:“坦克有多大，运载火箭就有多大。”

“这个‘大’是一个宽泛的概念，它不仅指罐体的直径，还指罐体的强度、刚度和结构效率。”第一医院3.35米直径铝锂合金火箭坦克的开发商、总体设计部火箭坦克设计师胡正根说:“中国的运载火箭坦克已经形成了7种直径、3代材料的10多种类型。”

据悉，按口径，有1米、2.25米、3米、3.35米、5米、7.5米、9.5米运载火箭坦克；按材质分类，有第一代铝镁合金罐，第二代铝铜合金罐，第三代铝锂合金罐。在火箭设计过程中，设计人员会灵活组合不同直径的不同材料，开发出各种不同尺寸、不同材料、不同成本的坦克，以满足不同运载任务的需要。

第三代铝锂合金坦克的出现是我国运载火箭结构效率和运载能力进一步提高的重要标志。胡正根说，在坦克结构上大面积使用铝锂合金可以大大提高其结构效率和载重量，代表了运载火箭用坦克的发展方向。

2018年以来，我国铝锂合金火箭贮箱的研发全面启动，第一研究院投入了第三代铝锂合金贮箱研发的全过程。

八项关键技术逐一突破

与传统的铝铜合金相比，铝锂合金的强度和刚度显著提高，但密度却降低了3%~5%，这是国际航天大国争相开拓的领域。

卓越的性能往往需要顶级的制造技术。坦克占火箭体和空重量的50%以上，装在里面的燃料占火箭总重量的90%以上。可以说，坦克性能的稳定性是火箭装填后稳定起飞的核心要素之一。

铝锂合金正好满足火箭坦克的各种性能要求。胡正根介绍锂是元素周期表中最轻的金属元素。铝中加入1%的锂，密度降低3%，但弹性模量增加6%，对于按克重计算运输能力的火箭来说，这是珍贵的。

然而，铝锂合金材料具有很强的各向异性、高屈强比和活泼的锂原子，这给结构设计、零件成形和焊接带来了很大的挑战。任何粗心的一步都会放弃之前的所有成就。为此，第一研究院总设计部汇聚了目前国内的前沿力量，与211厂天津火箭公司、703厂、中南大学、西南铝业有限公司、江苏浩然喷射成形合金有限公司等合作。，从原材料成分优化、结构设计、部件成型、装配和焊接等方面开展全过程各要素的研发。

2018年以来，项目组突破了成分优化控制、轻量化设计、整体旋压、搅拌摩擦焊等8项关键技术。，齐心协力开拓铝锂合金储罐的发展环节，实现了国内首个3.35米直径铝锂合金储罐的高精度、高性能设计制造。

对储罐设计和制造的研究也带动了整体成型技术的进步。例如，整体旋压和整体环轧技术的突破，大大减少了储罐的焊缝，保证了产品的可靠性，缩短了生产工艺，提高了生产效率。

火箭运载能力将得到显著提高

运载能力是衡量火箭价值的核心指标之一。火箭携带的卫星等有效载荷越重，其运载能力和价值就越大。火箭自重越轻，卫星等有效载荷能给的就越多。坦克结构的重量占火箭结构总重量的50%以上，是减轻结构重量、提高火箭运载能力的关键。

然后，一个火箭上有十几个坦克，全部换成铝锂合金坦克。承载能力和价值能否最大化？

“与火箭的运载能力相比，发射成本也是卫星等有效载荷用户最关心的因素。铝锂合金材料的成本远高于铝镁合金和铝铜合金。”胡正根说:“以吨为单位，铝镁合金价格在6万元左右，铝铜合金价格在10万元左右，现在铝锂合金价格高达30万到100万元。”

刀刃上要用好钢。胡正根说，脱离地球引力所需的力量随火箭飞行高度的不同而不同。起跳阶段需要的力量最大，进入Tai 空后需要的力量最小。据专家计算，火箭末级重量减轻1公斤，相当于火箭运载能力增加1公斤。因此，铝锂合金贮箱在火箭末级的应用效益最高，运载能力可显著提高。

第一研究院总设计部结构室主任刘冠日表示，我国3.35米铝锂合金贮箱将主要用于新一代运载火箭的末级，这将提高火箭的结构效率和运载能力，大大提升我国的深空空探测能力和水平，为更大直径的重型火箭和新一代载人火箭的发展奠定基础。